للاستفادة الكاملة من قدرات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، يجب على المصممين التصميم وفقًا لقواعد التصنيع المحددة. ومع ذلك، قد يكون هذا أمرًا صعبًا نظرًا لعدم وجود معايير صناعية محددة. في هذه المقالة، قمنا بتجميع دليل شامل لأفضل ممارسات التصميم لتصنيع الآلات باستخدام الحاسب الآلي. لقد ركزنا على وصف جدوى أنظمة CNC الحديثة وتجاهلنا التكاليف المرتبطة بها. للحصول على دليل لتصميم أجزاء فعالة من حيث التكلفة لـ CNC، راجع هذه المقالة.
التصنيع باستخدام الحاسب الآلي
التصنيع باستخدام الحاسب الآلي هي تقنية تصنيع طرحية. في CNC، تُستخدم أدوات القطع المختلفة التي تدور بسرعات عالية (آلاف الدورات في الدقيقة) لإزالة المواد من الكتلة الصلبة لإنشاء جزء يعتمد على نموذج CAD. يمكن تشكيل كل من المعادن والبلاستيك باستخدام CNC.
توفر التصنيع باستخدام الحاسب الآلي دقة أبعاد عالية وتفاوتات مشددة مناسبة لكل من الإنتاج بكميات كبيرة والوظائف لمرة واحدة. في الواقع، إنها حاليًا الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لإنتاج النماذج الأولية المعدنية، حتى عند مقارنتها بالطباعة ثلاثية الأبعاد.
قيود التصميم الرئيسية باستخدام الحاسب الآلي
يوفر CNC مرونة كبيرة في التصميم، ولكن هناك بعض القيود على التصميم. ترتبط هذه القيود بالآليات الأساسية لعملية القطع، وبشكل أساسي بهندسة الأدوات والوصول إلى الأدوات.
1. شكل الأداة
أدوات CNC الأكثر شيوعًا، مثل المطاحن النهائية والمثاقب، تكون أسطوانية ولها أطوال قطع محدودة. عندما تتم إزالة المادة من قطعة العمل، يتم تكرار شكل الأداة على الجزء المُشكل آليًا.
على سبيل المثال، هذا يعني أن الزوايا الداخلية لجزء CNC سيكون لها دائمًا نصف قطر، بغض النظر عن حجم الأداة المستخدمة.
2. استدعاء الأداة
عند إزالة المواد، تقترب الأداة من قطعة العمل مباشرة من الأعلى. لا يمكن القيام بذلك باستخدام التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، باستثناء القطع السفلية، والتي سنناقشها لاحقًا.
إنها ممارسة تصميمية جيدة لمحاذاة كافة ميزات النموذج، مثل الثقوب والتجويف والجدران الرأسية، مع أحد الاتجاهات الأساسية الستة. يعد هذا اقتراحًا أكثر منه تقييدًا، خاصة وأن أنظمة CNC ذات 5 محاور توفر إمكانات متقدمة لعقد العمل.
تعتبر الأدوات مصدر قلق عند تصنيع أجزاء ذات ميزات ذات نسبة عرض إلى ارتفاع كبيرة. على سبيل المثال، يتطلب الوصول إلى قاع التجويف العميق أداة متخصصة ذات عمود طويل، والتي يمكن أن تقلل من تصلب المستجيب النهائي، وتزيد من الاهتزاز، وتقلل من الدقة التي يمكن تحقيقها.
قواعد تصميم عملية CNC
عند تصميم أجزاء التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، يتمثل أحد التحديات في عدم وجود معايير صناعية محددة. وذلك لأن الشركات المصنعة لآلات وأدوات CNC تعمل باستمرار على تعزيز قدراتها التقنية، وبالتالي توسيع نطاق ما يمكن تحقيقه. أدناه، قدمنا جدولًا يلخص القيم الموصى بها والممكنة للميزات الأكثر شيوعًا الموجودة في الأجزاء المصنعة باستخدام الحاسب الآلي.
1. الجيوب والتجويفات
تذكر النص التالي: "عمق الجيب الموصى به: 4 أضعاف عرض الجيب. تتميز المطاحن النهائية بطول قطع محدود، يصل عادة إلى 3-4 أضعاف قطرها. عندما تكون نسبة العمق إلى العرض صغيرة، تصبح مشكلات مثل انحراف الأداة وإخلاء الشريحة والاهتزاز أكثر وضوحًا. ولضمان نتائج جيدة، حدد عمق التجويف بأربعة أضعاف عرضه.
إذا كنت بحاجة إلى مزيد من العمق، فقد ترغب في التفكير في تصميم جزء بعمق تجويف متغير (انظر الصورة أعلاه للحصول على مثال). عندما يتعلق الأمر بالطحن ذو التجويف العميق، يتم تصنيف التجويف على أنه عميق إذا كان عمقه أكثر من ستة أضعاف قطر الأداة المستخدمة. تسمح الأدوات الخاصة بحد أقصى لعمق 30 سم مع مطحنة نهائية بقطر 1 بوصة، وهو ما يعادل قطر الأداة إلى نسبة عمق التجويف 30:1.
2. الحافة الداخلية
نصف قطر الزاوية الرأسية: ⅓ × عمق التجويف (أو أكبر) موصى به
من المهم استخدام قيم نصف قطر الزاوية الداخلية المقترحة لاختيار أداة الحجم المناسب والالتزام بإرشادات عمق التجويف الموصى بها. تؤدي زيادة نصف قطر الزاوية قليلًا فوق القيمة الموصى بها (على سبيل المثال، بمقدار 1 مم) إلى تمكين الأداة من القطع على طول مسار دائري بدلاً من زاوية 90 درجة، مما يؤدي إلى تشطيب أفضل للسطح. إذا كانت هناك حاجة إلى زاوية داخلية حادة بزاوية 90 درجة، ففكر في إضافة قطع سفلي على شكل حرف T بدلاً من تقليل نصف قطر الزاوية. بالنسبة لنصف قطر الأرضية، فإن القيم الموصى بها هي 0.5 مم، 1 مم، أو بدون نصف قطر؛ ومع ذلك، أي نصف قطرها مقبول. الحافة السفلية للطاحونة النهائية مسطحة أو مستديرة قليلاً. يمكن تشكيل أنصاف أقطار الأرضية الأخرى باستخدام أدوات نهاية الكرة. يعد الالتزام بالقيم الموصى بها ممارسة جيدة لأنه الخيار المفضل للميكانيكيين.
3. جدار رقيق
الحد الأدنى الموصى به لسمك الجدار: 0.8 مم (معدن)، 1.5 مم (بلاستيك)؛ 0.5 مم (معدن)، 1.0 مم (بلاستيك) مقبولة
يؤدي تقليل سمك الجدار إلى تقليل صلابة المادة، مما يؤدي إلى زيادة الاهتزازات أثناء التشغيل الآلي وتقليل الدقة التي يمكن تحقيقها. تميل المواد البلاستيكية إلى الالتواء بسبب الضغوط المتبقية وتلين بسبب زيادة درجة الحرارة، لذلك يوصى باستخدام حد أدنى أكبر لسمك الجدار.
4. هول
يوصى باستخدام أحجام الحفر القياسية. أي قطر أكبر من 1 مم ممكن. يتم صنع الثقب باستخدام مثقاب أو نهايةطحن باستخدام الحاسب الآلي. يتم توحيد أحجام الحفر في الوحدات المترية والإمبراطورية. يتم استخدام أدوات الثقب والثقوب لإنهاء الثقوب التي تتطلب تفاوتات مشددة. بالنسبة للأقطار الأقل من ⌀20 مم، يُنصح باستخدام الأقطار القياسية.
الحد الأقصى للعمق الموصى به هو 4 × القطر الاسمي؛ نموذجي 10 × القطر الاسمي؛ ممكن 40 × القطر الاسمي
ينبغي تشكيل الثقوب ذات القطر غير القياسي باستخدام مطحنة نهائية. في هذا السيناريو، ينطبق الحد الأقصى لعمق التجويف، ويوصى باستخدام الحد الأقصى لقيمة العمق. إذا كنت بحاجة إلى عمل ثقوب أعمق من القيمة النموذجية، فاستخدم مثقابًا خاصًا بقطر لا يقل عن 3 مم. تحتوي الثقوب المسدودة المُصنعة باستخدام المثقاب على قاعدة مدببة بزاوية 135 درجة، بينما تكون الثقوب المُصنعة بمطحنة نهائية مسطحة. في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، لا يوجد تفضيل محدد بين الثقوب والثقوب العمياء.
5. المواضيع
الحد الأدنى لحجم الخيط هو M2. يوصى باستخدام خيوط M6 أو أكبر. يتم إنشاء الخيوط الداخلية باستخدام الصنابير، بينما يتم إنشاء الخيوط الخارجية باستخدام القوالب. يمكن استخدام الصنابير والقوالب لإنشاء سلاسل M2. تُستخدم أدوات الخيوط CNC على نطاق واسع ويفضلها الميكانيكيون لأنها تقلل من خطر كسر الصنبور. يمكن استخدام أدوات الخيوط CNC لإنشاء خيوط M6.
طول الخيط لا يقل عن 1.5 × القطر الاسمي؛ 3 × القطر الاسمي الموصى به
تتحمل الأسنان القليلة الأولية معظم الحمل على الخيط (ما يصل إلى 1.5 مرة من القطر الاسمي). وبالتالي، فإن الخيوط التي يزيد حجمها عن ثلاثة أضعاف القطر الاسمي ليست ضرورية. بالنسبة للخيوط الموجودة في الثقوب المسدودة المصنوعة بنقرة (أي جميع الخيوط الأصغر من M6)، أضف طولًا غير ملولب يساوي 1.5 مرة القطر الاسمي إلى أسفل الثقب.
عندما يمكن استخدام أدوات الخيوط CNC (أي الخيوط الأكبر من M6)، يمكن ربط الثقب بطوله بالكامل.
6. الميزات الصغيرة
الحد الأدنى الموصى به لقطر الثقب هو 2.5 مم (0.1 بوصة)؛ ويُسمح أيضًا بحد أدنى 0.05 مم (0.005 بوصة). يمكن لمعظم محلات الآلات تصنيع التجاويف والثقوب الصغيرة بدقة.
أي شيء أقل من هذا الحد يعتبر تصنيعًا دقيقًا.الطحن الدقيق باستخدام الحاسب الآليتتطلب مثل هذه الميزات (حيث يكون الاختلاف المادي لعملية القطع ضمن هذا النطاق) أدوات متخصصة (تدريبات دقيقة) ومعرفة متخصصة، لذا يوصى بتجنبها ما لم يكن ذلك ضروريًا للغاية.
7. التسامح
قياسي: ±0.125 ملم (0.005 بوصة)
نموذجي: ±0.025 مم (0.001 بوصة)
الأداء: ±0.0125 ملم (0.0005 بوصة)
تحدد التفاوتات الحدود المقبولة للأبعاد. تعتمد التفاوتات الممكن تحقيقها على الأبعاد الأساسية للجزء وهندسته. القيم المقدمة هي مبادئ توجيهية عملية. في حالة عدم وجود تفاوتات محددة، ستستخدم معظم ورش الآلات تفاوتًا قياسيًا يبلغ ±0.125 مم (0.005 بوصة).
8. النص والحروف
حجم الخط الموصى به هو 20 (أو أكبر)، و5 ملم
يُفضل النص المحفور على النص المنقوش لأنه يزيل مواد أقل. يوصى باستخدام خط sans-serif، مثل Microsoft YaHei أو Verdana، بحجم خط لا يقل عن 20 نقطة. تحتوي العديد من آلات CNC على إجراءات مبرمجة مسبقًا لهذه الخطوط.
إعداد الجهاز وتوجيه الجزء
يظهر أدناه رسم تخطيطي للجزء الذي يتطلب إعدادات متعددة:
يعد الوصول إلى الأداة قيدًا كبيرًا في تصميم التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. للوصول إلى جميع أسطح النموذج، يجب تدوير قطعة العمل عدة مرات. على سبيل المثال، الجزء الموضح في الصورة أعلاه يحتاج إلى تدويره ثلاث مرات: مرتين لتصنيع الثقوب في الاتجاهين الأساسيين ومرة ثالثة للوصول إلى الجزء الخلفي من الجزء. في كل مرة يتم فيها تدوير قطعة العمل، يجب إعادة معايرة الماكينة، ويجب تحديد نظام إحداثي جديد.
خذ بعين الاعتبار إعدادات الجهاز عند التصميم لسببين رئيسيين:
1. يؤثر العدد الإجمالي لإعدادات الماكينة على التكلفة. يتطلب تدوير الجزء وإعادة ضبطه جهدًا يدويًا ويزيد من إجمالي وقت المعالجة. إذا كان هناك حاجة إلى تدوير جزء ما 3-4 مرات، فعادةً ما يكون ذلك مقبولاً، ولكن أي شيء يتجاوز هذا الحد يعتبر مفرطًا.
2. لتحقيق الحد الأقصى من دقة الموضع النسبي، يجب أن يتم تشكيل كلا الميزتين في نفس الإعداد. وذلك لأن خطوة الاستدعاء الجديدة تقدم خطأً صغيرًا (لكنه غير مهمل).
التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ذو خمسة محاور
عند استخدام التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ذو 5 محاور، يمكن التخلص من الحاجة إلى إعدادات الماكينات المتعددة. يمكن للآلات CNC متعددة المحاور تصنيع أجزاء ذات أشكال هندسية معقدة لأنها توفر محورين إضافيين للدوران.
تتيح المعالجة باستخدام الحاسب الآلي ذات المحاور الخمسة للأداة أن تكون دائمًا عرضية لسطح القطع. يتيح ذلك اتباع مسارات أدوات أكثر تعقيدًا وفعالية، مما يؤدي إلى الحصول على أجزاء ذات تشطيبات سطحية أفضل وأوقات تشغيل أقصر.
لكن،5 محاور التصنيع باستخدام الحاسب الآليكما أن لها حدودها. لا تزال قيود الشكل الهندسي الأساسي للأداة والقيود المفروضة على الوصول إلى الأداة سارية، على سبيل المثال، لا يمكن تصنيع الأجزاء ذات الشكل الهندسي الداخلي آليًا. وبالإضافة إلى ذلك، فإن تكلفة استخدام مثل هذه الأنظمة أعلى.
تصميم القطع السفلية
القطع السفلية هي ميزات لا يمكن تشكيلها باستخدام أدوات القطع القياسية لأن بعض أسطحها لا يمكن الوصول إليها مباشرة من الأعلى. هناك نوعان رئيسيان من القطع السفلية: فتحات على شكل حرف T وتتوافق. يمكن أن تكون القطع السفلية أحادية الجانب أو مزدوجة الجوانب ويتم تشكيلها باستخدام أدوات متخصصة.
يتم تصنيع أدوات القطع ذات الفتحة T بشكل أساسي باستخدام ملحق قطع أفقي متصل بعمود رأسي. يمكن أن يتراوح عرض الجزء السفلي من 3 مم إلى 40 مم. يوصى باستخدام الأبعاد القياسية (أي زيادات المليمتر الكاملة أو الكسور القياسية للبوصة) للعرض لأنه من المرجح أن تكون الأدوات متاحة بالفعل.
بالنسبة للأدوات المتوافقة، الزاوية هي البعد المميز المحدد. تعتبر الأدوات المتوافقة 45 درجة و60 درجة قياسية.
عند تصميم جزء به قطع سفلية على الجدران الداخلية، تذكر إضافة مساحة كافية للأداة. القاعدة الأساسية الجيدة هي إضافة مساحة بين الجدار المُشكل وأي جدران داخلية أخرى تساوي على الأقل أربعة أضعاف عمق القطع السفلي.
بالنسبة للأدوات القياسية، فإن النسبة النموذجية بين قطر القطع وقطر العمود هي 2:1، مما يحد من عمق القطع. عندما تكون هناك حاجة إلى قطع غير قياسي، غالبًا ما تصنع ورش الآلات أدوات القطع السفلية المخصصة الخاصة بها. وهذا يزيد من المهلة الزمنية والتكلفة ويجب تجنبه كلما أمكن ذلك.
فتحة على شكل حرف T على الجدار الداخلي (يسار)، قطع سفلي متوافق (في الوسط)، وقطع سفلي من جانب واحد (يمين)
صياغة الرسومات الفنية
يرجى ملاحظة أنه لا يمكن تضمين بعض مواصفات التصميم في ملفات STEP أو IGES. تكون الرسومات الفنية ثنائية الأبعاد مطلوبة إذا كان النموذج الخاص بك يتضمن واحدًا أو أكثر مما يلي:
ثقوب أو مهاوي مترابطة
الأبعاد المسموح بها
متطلبات محددة لتشطيب السطح
ملاحظات لمشغلي آلة CNC
القواعد الأساسية
1. قم بتصميم الجزء المراد تشكيله بأداة ذات قطر أكبر.
2. أضف شرائح كبيرة (على الأقل ⅓ × عمق التجويف) إلى جميع الزوايا الرأسية الداخلية.
3. تحديد عمق التجويف بأربعة أضعاف عرضه.
4. قم بمحاذاة السمات الرئيسية لتصميمك على طول أحد الاتجاهات الأساسية الستة. إذا لم يكن هذا ممكنا، اخترخدمات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي 5 محاور.
5. قم بإرسال الرسومات الفنية مع التصميم الخاص بك عندما يتضمن التصميم الخاص بك خيوطًا أو تفاوتات أو مواصفات تشطيب السطح أو تعليقات أخرى لمشغلي الماكينات.
إذا كنت تريد معرفة المزيد أو الاستفسار، فلا تتردد في الاتصال info@anebon.com.
وقت النشر: 13 يونيو 2024