雕刻名牌

作為熱身，今章我們會先教大家最基本的CNC機操作，和教大家如何用Fusion 360，簡單雕刻文字，製作適用於CNC機能讀取的G-Code檔案。

Fusion 360是一款強大的CAD/CAM軟件，它集成了設計、工程和製造功能於一體。在這個教程中，我們將使用Fusion 360的CAM功能來生成G-Code檔案。

1. 製作CAD

1.1 建立木牌

1. 首先，在Fusion360中，開啟一個新的零件，可以命名為Name Tap。

2. 點選new sketch，點選頂視圖。

1. 在頂視圖中，按快捷鍵S，搜尋center rectangle，劃一個50mmx25mm的長方形。

2. 按快捷鍵E，擠出剛才的方形3mm。

(選做，不做也沒關係)用快捷鍵A，找到喜歡的木顏色，將顏色標示拖到長方體中，即可為其上色。

1.2 建立和擠出文字

1. 用快捷鍵s搜尋new sketch，或直接在工具列中找到按下。

2. 隨意框上文字方框並輸入文字，我就使用會袓鮑思高神父的Bosco。

3. 適當設定字體、文字大小，Alignment項，置直和水平都選擇置中對齊。

4. 不是所有字體都可以擠出，而且太幼的字體，CNC的精度也未必能雕刻，選擇時請留意。

1. 在Constraint幾何約束中，找到第二個Coincident(重合)

2. 分別點選文字框的左上角和木牌的左上角，文字框就能跟木牌重合，右下角也一樣。

3. 按快捷鍵E，向後擠出-0.2mm，Operation就會自動選擇Cut，就能削去文字部分。

製作好後如下圖：

2. 生成刀路

2.1 基本設定

Fusion 360已經內置了CAM的功能，而且是免費的，這對於初學者和預算有限的用戶來說是一個巨大的福音。它提供了一個直觀的界面和強大的工具集，使得從設計到生產的過程變得無縫且高效。

在左上方的下拉欄中，選擇MANUFACTURE，就會進入到生產界面。

界面亦相當直觀，首先找到最左面的SETUP。按下，就會出現一個SETUP的介面。

第一步是要設定你的機器，在Machine按下Select。

在Fusion Library裡，我們要找到Autodesk Generic 3-axis的模型，這裡總共有三種選擇。而我們的機器是Y axis on the Table and XZ axis on the Head。選好後，Fusion360將會下載機器的模型，以便進行模擬。稍等片刻，就可以開始了。

1. 在Operation Type的選項中，預設選擇為Milling，也就是銑床操作。

   除此之外，該軟件還提供了一系列的刀路生成選項，包括結合銑床和車床的操作、單獨的車床操作、鐳射/水切割，以及3D打印。更進一步地，如果您的項目需要更複雜的加工，該軟件還以相對實惠的價格提供4軸和5軸銑床的刀路生成功能。

2. 在Work Corrdinate System中的Origin，選擇Model box point，就會有下圖中的24個小白點，選擇木牌頂部的中間點為原點，留意一下XYZ軸的方向是否跟我的一樣，如果不一樣，需要先在Orientation中設定。

3. 在Model選項，點選你的木牌就可以了

4. 最後一個選項Fixture是指機械虎鉗，Fusion360可以提供精確的模擬，確保在雕銑過程中不會撞到虎鉗而斷刀。這裡我們留空就可以了。

在第二版的Stock選項，Mode選擇Relative size box，Stock Offset Mode中，選No additional stock。

Stock是指原始未加工的材料，也就是材料塊。CNC加工為減法製造，要得到我們需要的特定形狀和尺寸，通常要準備一塊比這個尺寸更大的材料塊，所以這裡的Stock預設是比我們最後工件的尺寸為大，但我們今次練習只雕刻中間的名字，所以不要外加尺寸。

2.2 設定刀具

第一次使用時，需要先設定刀具，下一次再使用同一把銑刀，就不需要再設定。

在上方的Manage中找到Tool library的圖示，或直接用快捷鍵s搜尋Tool library。

Fusion360中本身就有一些刀具，但都是些工業級比較大的銑刀，我們的雕刻刀也是要自己設定的。我們今次用的刀，是下方這一款30度，尖端直徑為0.1mm的雕刻刀。

按下「+」符號新增一把刀。但在選擇刀的種類時，我們不使用Engrave/Chamfer mill雕刻刀，而是使用Flat end mill。這是因為使用Engrave/Chamfer mill雕刻刀沒有多階段的功能，只能一刀到底，容易斷刀。

1. 第一版是該刀的名字和廠家等資訊，我們在Description輸入Fake 1/8" Engrave mill。

2. 第二版的內容：

   1. Diameter為刀的直徑，我們輸入雕刻刀的刀尖直徑0.1mm

   2. Shaft diameter即刀柄直徑，輸係1/8英寸，即3.175mm

   3. Overall length輸入28mm

   4. Length below holder很視乎我們夾刀時的高度，不過這個參數只對模擬時會有影響，不影響正常操作，我的話輸入19mm

   5. Shoulder length也不影響刀路，我輸入15mm

   6. 最後，Flute length(刃長)輸入6.5mm

第三版和第四版的Shaft和Holder，只會對高級CNC機和模擬產生影響，所以可以跳過。

跳到第五版Cutting data，

1. Spindle Speed是主軸轉速，我們的CNC機大約10000rpm

2. Cutting feedrate(進刀速率)即切削進行的速度，它會影響切削量和速度。在這裡，我們輸入200mm/min。

   刀具類型、材料、切削深度以及被切割的材料都會對進刀速率產生影響。我們可以使用一些網上軟件來計算，或者參考網上有YouTuber對我們的CNC機進行測試，比較不同轉速和進給速率對切削的影響。

3. 在Passes and linking欄，剔選Use stepdown，Stepdown設定為0.1mm。這個意思是：例如我們要切割1mm深度的話，Fusion360在生成刀路時就知道需要切割4次，每刀深0.25mm

4. Coolant為冷卻方法，我們雕刻沒有冷卻，所以選Disable

5. 其餘的部分按預設就可以，並按下Accept

2.3 生成刀路

在2D中，找到2D Pocket。

第一版的tool，按select，選擇我們剛剛新增的銑刀，Feed & Speed如果之前已設定好，就不用再調。

第二版的Geometry中，點選5個文字的面

第三版是決定CNC的過程中，每刀完成前後Z軸升起多少才移到另一點，全部都全留預設就可以 要檢查確保一下，Top Height是位於木牌的表面

第四版的passes，點選Multiple Depths，之前設定刀具時已預設0.1mm一刀，檢查一下是否正確，如果有需要，也可以每刀深一點或淺一點。

接著將Stock to Leave取消選擇，Stock to Leave的意思是要留一點邊緣。

跳到最後一版，將Ramp中的Ramp Type，設定為Plunge，其他使用預設則可。按下OK就會生成刀路。

在CNC加工中，"Ramp"通常指的是刀具同時進行徑向和軸向運動，形成一個角度的刀具路徑。

這種方法通常用在刀具上有較少的徑向接觸，切割力分佈在三個不同的軸上。這是推薦的方法，因為它確保了最長的刀具壽命。

每個生產程序通常都會有幾個步驟，每個步驟都會有一條刀路，這些刀路都是放在左方的零件樹上，確保是一個綠色的剔。工件表面藍色和黃色的，就是刀路。

2.4 輸出刀路

在Actions工具列中，找到Simulate with Machine的圖示，或直接用快捷鍵s搜尋Simulate with Machine。模擬器可以看到雕銑的次序和效果，觀察一下確認沒有問題。

在Actions工具列中，找到Post Process的圖示。首先要設定機器和Post。

機器是加工的工具，而Post你可以理解成CNC的韌體(firmware)，就好像電腦廠商製作電腦，但不會自己研發操作系統，CNC機也一樣，除非是出名的大廠家，否則都只生產機械，再使用第三方的韌體。而其中，GRBL就是很出名的免費開源CNC韌體。

在Post中，按資料夾圖示開啟library。

搜尋grbl，就會找到3個grbl，我們選用grbl - Grbl。按下Select就會複製到你的電腦上。

1. Name/number: 通常製作一件工件，都會涉及到多條刀路，有時甚至要換刀，這裡的Name/number是用來給你定義每個步驟的名字或數字

2. File Name: 就是你項目的名稱，你可以用你的名字+工件來命名，方便管理

3. Output folder: 如題，你可以選擇桌面或下載

4. Split file: 今次的測試我們不會換刀，但下次需要換刀的話，因我們的CNC機沒有自動對刀功能，要手動再調高，記得要在Split file選擇Split by tool

5. Safe Retracts: 選擇Clearnce Height

6. 按下Post就會得出一個(或多個)*.nc檔案。

用Notepad或其他文字工具打開，你會發現，用於控制CNC機器的G-Code其實就是座標指令。

已經生成的刀路實際上儲存在零件樹中。如果工件的尺寸有變化，在Fusion360中完成修改後，只需再次生成刀路即可，不用再重新設定。

3. 生產製作

3.1 開機和控制機器

1. 開機前：

   1. 確保紅色的E-stop緊急掣已按下

   2. 確保Spindel Speed調到最少

2. 開關位置在機箱後方，電源線上方

1. 開機後，OFFLINE CONTROLLER的界面右上角會顯示Alarm，機器是不能操控的，要先按下Home鍵讓機器返回原點。

2. Home的方向是向左下角，先不要安裝左下角的夾具，待機器歸零後再安裝。

1. 歸零後，機械右上角會變成Idle待機。按下左方的Control，就會進到控制界面。

2. 按下Move就能控制機器。

1. XYZ的正負對應控制三軸的方向

2. 中間的Step可以控制移動的幅度：

   1. Step：XYZ的正負可長按，機器會快速移動。

   2. 按下Step鍵會切換到0.05、0.1、1和10，幫忙機器精準定位

3.2 對刀

C對刀的意思，是要確立工件的實際位置。就像3D打印機在打印開始前需要校準打印床，確保打印頭在正確的位置開始打印。這兩種情況都需要精確的定位，以確保最終產品的精度和質量。

3.2.1 方法一

1. 將刀的Z軸高度，移近工作物的表面。(注意：距離接近時，記得將Step轉用0.05mm/步，否則刀尖會直插入工作物)

2. 用一般60磅A4紙，隔在工作物和刀之間，將刀用0.05mm/步一步一步接近，每下一步時輕輕移動A4紙，直到A4紙剛好不能動。

3. 返回主控制界面，按下Zero XYZ。

4. 就會跳到歸零的界面，按下Set XYZ就會同時將XYZ三軸歸零。

5. 歸零後記得將Z軸提高，否則一開機主軸未開始旋轉，刀路就開始走。

3.2.2方法二

1. 對刀前，確保Spindel Speed調到最少，將機器的對刀器放在刀與工作物之間，將鱷魚夾夾在刀上，兩者導電就能歸零。

下載以下檔案，或者直接複雜下面代碼，用Notepad儲存另存新檔，儲存時將副檔名設為*.nc。

-----------> z probe Z15.nc <--------------

1
G21 G91 G38.2 Z-30 F80      ;G21單位為mm，G91使用相對位置模式，G38.2進行探測，Z軸向下移動30mm，以80mm/min的速度進行
2
G0 Z1                       ;第一次探到後，快速移動，Z軸向上移動1mm
3
G38.2 Z-2 F10               ;進行第二次探測，Z軸向下移動2單位，以10mm/min的速度進行
4
G92 Z15                     ;設置當前位置Z軸的位置設置為15
5
G0 Z5                       ;快速移動，Z軸向上移動5單位

1. 上面的這幾行代碼，在進行刀具對刀操作。首先，它將刀具向下移動進行探測，然後稍微提升刀具，再次進行精確探測，最後設置這點的Z高度為15mm(因為對刀器的厚度是15mm)，並將刀具提升。

2. 將上面的代碼存入SD卡中，在主界面點選Files，就能找到上面的代碼，按send就會開始自動對刀。

3. 上面的代碼只會重設Z的高度，你還要是移動XY軸到適當位置，然後在Zero XYZ介面，手動重設X和Y軸的零點。

3.3 加工生產

完成對刀後，

1. 將Fusion360生成的G-Code抄到SD卡中，例如我的例子是F5BChanTinMan.nc

2. 接著回到機器，先將Spindle Speed調到最大

3. 在主界面點選Files，就能找到你的檔案，按send就會開始加工

4. 以我的檔案為例，加工過程大約16分鐘，在機械加工時不要走開，時刻留意，有意外的話立刻按下紅色的E-Stop掣