За да се използват напълно възможностите на CNC машинната обработка, дизайнерите трябва да проектират според специфични правила за производство. Това обаче може да бъде предизвикателство, тъй като не съществуват специфични индустриални стандарти. В тази статия сме съставили изчерпателно ръководство за най-добрите дизайнерски практики за обработка с ЦПУ. Фокусирахме се върху описанието на осъществимостта на съвременните CNC системи и пренебрегнахме свързаните с тях разходи. За ръководство за рентабилно проектиране на части за ЦПУ вижте тази статия.
CNC обработка
CNC обработката е субтрактивна производствена техника. В CNC различни режещи инструменти, които се въртят с високи скорости (хиляди RPM), се използват за елиминиране на материал от солиден блок, за да се създаде детайл, базиран на CAD модел. Както металите, така и пластмасите могат да се обработват с помощта на CNC.
CNC обработката предлага висока точност на размерите и тесни допуски, подходящи както за големи обеми на производство, така и за еднократни задачи. Всъщност в момента това е най-рентабилният метод за производство на метални прототипи, дори в сравнение с 3D принтирането.
Основни ограничения на дизайна на CNC
CNC предлага голяма гъвкавост на дизайна, но има определени ограничения на дизайна. Тези ограничения са свързани с основната механика на процеса на рязане, главно с геометрията на инструмента и достъпа до инструмента.
1. Форма на инструмента
Най-разпространените CNC инструменти, като челни фрези и свредла, са цилиндрични и имат ограничени дължини на рязане. Тъй като материалът се отстранява от детайла, формата на инструмента се възпроизвежда върху обработваната част.
Например, това означава, че вътрешните ъгли на детайла с ЦПУ винаги ще имат радиус, независимо от размера на използвания инструмент.
2. Извикване на инструмент
При отстраняване на материал инструментът се приближава към детайла директно отгоре. Това не може да се направи с CNC обработка, с изключение на подрязванията, които ще обсъдим по-късно.
Добра практика при проектиране е да подравните всички характеристики на модел, като дупки, кухини и вертикални стени, с една от шестте основни посоки. Това е по-скоро предложение, отколкото ограничение, особено след като 5-осните CNC системи предлагат разширени възможности за задържане на работа.
Инструментите са проблем при обработката на части с характеристики, които имат голямо съотношение. Например, достигането до дъното на дълбока кухина изисква специализиран инструмент с дълъг вал, който може да намали твърдостта на крайния ефектор, да увеличи вибрациите и да намали постижимата точност.
Правила за проектиране на CNC процеси
При проектирането на части за CNC обработка едно от предизвикателствата е липсата на специфични индустриални стандарти. Това е така, защото производителите на CNC машини и инструменти непрекъснато подобряват техническите си възможности, като по този начин разширяват обхвата на това, което може да се постигне. По-долу сме предоставили таблица, обобщаваща препоръчителните и осъществими стойности за най-често срещаните характеристики, открити в машинно обработените с ЦПУ части.
1. Джобове и вдлъбнатини
Запомнете следния текст: „Препоръчителна дълбочина на джоба: 4 пъти ширината на джоба. Челните фрези имат ограничена дължина на рязане, обикновено 3-4 пъти техния диаметър. Когато съотношението дълбочина към ширина е малко, проблеми като отклонение на инструмента, изхвърляне на стружки и вибрации стават по-изявени. За да осигурите добри резултати, ограничете дълбочината на кухината до 4 пъти нейната ширина.
Ако имате нужда от повече дълбочина, може да искате да помислите за проектиране на част с променлива дълбочина на кухината (вижте изображението по-горе за пример). Когато става въпрос за фрезоване на дълбока кухина, една кухина се класифицира като дълбока, ако нейната дълбочина е повече от шест пъти диаметъра на използвания инструмент. Специалните инструменти позволяват максимална дълбочина от 30 см с челна фреза с диаметър 1 инч, което се равнява на съотношение на диаметър на инструмента към дълбочина на кухината 30:1.
2. Вътрешен ръб
Вертикален радиус на ъгъла: препоръчва се ⅓ x дълбочина на кухината (или повече).
Важно е да използвате предложените стойности на радиуса на вътрешния ъгъл, за да изберете правилния размер на инструмента и да се придържате към препоръчаните указания за дълбочина на кухината. Леко увеличаване на радиуса на ъгъла над препоръчителната стойност (напр. с 1 mm) позволява на инструмента да реже по кръгова траектория вместо под ъгъл от 90°, което води до по-добро покритие на повърхността. Ако е необходим остър вътрешен ъгъл от 90°, помислете за добавяне на Т-образно подрязване, вместо да намалявате радиуса на ъгъла. За радиуса на пода препоръчителните стойности са 0,5 mm, 1 mm или без радиус; всеки радиус обаче е приемлив. Долният ръб на фрезата е плосък или леко заоблен. Други радиуси на пода могат да бъдат обработени с инструменти със сферичен край. Спазването на препоръчителните стойности е добра практика, тъй като това е предпочитаният избор за машинистите.
3. Тънка стена
Препоръки за минимална дебелина на стената: 0,8 mm (метал), 1,5 mm (пластмаса); Допустими са 0,5 mm (метал), 1,0 mm (пластмаса).
Намаляването на дебелината на стената намалява твърдостта на материала, което води до повишени вибрации по време на обработка и намалена постижима точност. Пластмасите имат склонност да се изкривяват поради остатъчни напрежения и да омекват поради повишена температура, поради което се препоръчва използването на по-голяма минимална дебелина на стената.
4. Дупка
Диаметър Препоръчват се стандартни размери на свредлото. Всеки диаметър, по-голям от 1 mm, е приложим. Направата на дупка се извършва със свредло или накрайникcnc фрезовани. Размерите на свредлата са стандартизирани в метрични и английски единици. Райбери и пробиващи инструменти се използват за завършване на отвори, които изискват тесни допуски. За диаметри под ⌀20 mm е препоръчително да използвате стандартни диаметри.
Препоръчителна максимална дълбочина 4 x номинален диаметър; типичен 10 x номинален диаметър; възможен 40 x номинален диаметър
Отворите с нестандартен диаметър трябва да се обработват с помощта на челна фреза. В този сценарий е приложимо максималното ограничение на дълбочината на кухината и се препоръчва да се използва стойността на максималната дълбочина. Ако трябва да обработите дупки, по-дълбоки от типичната стойност, използвайте специална бормашина с минимален диаметър 3 mm. Глухите отвори, обработени със свредло, имат заострена основа с ъгъл от 135°, докато отворите, обработени с челна фреза, са плоски. При обработката с ЦПУ няма специфично предпочитание между проходните отвори и глухите отвори.
5. Конци
Минималният размер на резбата е M2. Препоръчително е да използвате резби M6 или по-големи. Вътрешните резби се създават с помощта на метчици, докато външните резби се създават с помощта на матрици. Метчовете и матриците могат да се използват за създаване на M2 резби. Инструментите за резба с ЦПУ са широко използвани и предпочитани от машинистите, защото намаляват риска от счупване на метчици. CNC инструментите за нарязване на резби могат да се използват за създаване на резби M6.
Дължина на резбата минимум 1,5 x номинален диаметър; Препоръчва се 3 x номинален диаметър
Първоначалните няколко зъба поемат по-голямата част от натоварването върху резбата (до 1,5 пъти номиналния диаметър). По този начин не са необходими резби, по-големи от три пъти номиналния диаметър. За резби в глухи отвори, направени с метчик (т.е. всички резби, по-малки от M6), добавете дължина без резба, равна на 1,5 пъти номиналния диаметър към дъното на отвора.
Когато могат да се използват CNC инструменти за резбоване (т.е. резби, по-големи от M6), отворът може да бъде резбован по цялата си дължина.
6. Малки функции
Минималният препоръчителен диаметър на отвора е 2,5 мм (0,1 инча); минимум 0,05 мм (0,005 инча) също е приемливо. Повечето машинни работилници могат точно да обработват малки кухини и дупки.
Всичко под тази граница се счита за микрообработка.CNC прецизно фрезованетакива характеристики (където физическата вариация на процеса на рязане е в този диапазон) изискват специализирани инструменти (микро свредла) и експертни познания, така че се препоръчва да ги избягвате, освен ако не е абсолютно необходимо.
7. Допустими отклонения
Стандартно: ±0,125 мм (0,005 инча)
Типично: ±0,025 мм (0,001 инча)
Производителност: ±0,0125 мм (0,0005 инча)
Допустимите отклонения установяват допустимите граници за размерите. Достижимите допуски зависят от основните размери и геометрията на частта. Предоставените стойности са практически насоки. При липса на определени допуски повечето машинни работилници ще използват стандартен допуск от ±0,125 mm (0,005 инча).
8. Текст и букви
Препоръчителният размер на шрифта е 20 (или по-голям) и 5 мм букви
Гравираният текст е за предпочитане пред релефния текст, защото премахва по-малко материал. Препоръчително е да използвате sans-serif шрифт, като Microsoft YaHei или Verdana, с размер на шрифта най-малко 20 точки. Много CNC машини имат предварително програмирани процедури за тези шрифтове.
Настройка на машината и ориентация на частта
По-долу е показана схематична диаграма на част, която изисква множество настройки:
Достъпът до инструмента е значително ограничение при проектирането на CNC обработка. За да достигне до всички повърхности на модела, детайлът трябва да се завърти многократно. Например, частта, показана на изображението по-горе, трябва да се завърти три пъти: два пъти за обработка на дупките в двете основни посоки и трети път за достъп до задната част на частта. Всеки път, когато детайлът се върти, машината трябва да се калибрира отново и трябва да се дефинира нова координатна система.
Помислете за настройките на машината, когато проектирате по две основни причини:
1. Общият брой настройки на машината влияе върху цената. Завъртането и повторното подравняване на детайла изисква ръчно усилие и увеличава общото време за обработка. Ако една част трябва да се завърти 3-4 пъти, това обикновено е приемливо, но всичко над тази граница е прекалено.
2. За да се постигне максимална точност на относителната позиция, и двата елемента трябва да бъдат обработени в една и съща настройка. Това е така, защото новата стъпка на повикване въвежда малка (но не за пренебрегване) грешка.
Петосна CNC обработка
При използване на 5-осна CNC обработка, необходимостта от множество настройки на машината може да бъде елиминирана. Многоосната CNC обработка може да произвежда части със сложни геометрии, тъй като предлага две допълнителни оси на въртене.
Петосната CNC обработка позволява на инструмента винаги да е тангенциален спрямо режещата повърхност. Това позволява да се следват по-сложни и ефективни траектории на инструмента, което води до части с по-добро покритие на повърхността и по-кратко време за обработка.
обаче5 ос CNC обработкасъщо има своите ограничения. Основната геометрия на инструмента и ограниченията за достъп до инструмента все още се прилагат, например части с вътрешна геометрия не могат да бъдат обработвани. Освен това разходите за използване на такива системи са по-високи.
Проектиране на подрязвания
Подрязванията са елементи, които не могат да бъдат обработени със стандартни режещи инструменти, тъй като някои от техните повърхности не са директно достъпни отгоре. Има два основни типа подрязвания: Т-прорези и лястовича опашка. Подрязванията могат да бъдат едностранни или двустранни и се обработват със специализирани инструменти.
Режещите инструменти с T-слот са основно направени с хоризонтална режеща вложка, прикрепена към вертикален вал. Ширината на подрязването може да варира между 3 mm и 40 mm. Препоръчително е да използвате стандартни размери (т.е. стъпки от цели милиметри или стандартни части от инчове) за ширината, тъй като е по-вероятно инструментите вече да са налични.
За инструментите тип лястовича опашка ъгълът е определящият размер на характеристиката. 45° и 60° инструменти тип лястовича опашка се считат за стандартни.
Когато проектирате част с подрязвания на вътрешните стени, не забравяйте да добавите достатъчно свободно пространство за инструмента. Добро правило е да добавите пространство между обработената стена и всички други вътрешни стени, равно на поне четири пъти дълбочината на подрязването.
За стандартните инструменти типичното съотношение между диаметъра на рязане и диаметъра на вала е 2:1, което ограничава дълбочината на рязане. Когато се изисква нестандартно подрязване, машинните работилници често правят свои собствени инструменти за подрязване по поръчка. Това увеличава времето и разходите и трябва да се избягва, когато е възможно.
Т-образен прорез на вътрешната стена (вляво), подрязване тип лястовича опашка (в центъра) и едностранно врязване (вдясно)
Изготвяне на технически чертежи
Моля, обърнете внимание, че някои спецификации на дизайна не могат да бъдат включени в STEP или IGES файлове. 2D технически чертежи са необходими, ако вашият модел включва едно или повече от следните:
Резбови отвори или валове
Допустими размери
Специфични изисквания за покритие на повърхността
Бележки за операторите на CNC машини
Основни правила
1. Проектирайте детайла, който ще се обработва с инструмент с най-голям диаметър.
2. Добавете големи филета (поне ⅓ x дълбочина на кухината) към всички вътрешни вертикални ъгли.
3. Ограничете дълбочината на кухината до 4 пъти нейната ширина.
4. Подравнете основните характеристики на вашия дизайн по една от шестте основни посоки. Ако това не е възможно, изберете5 ос CNC машинни услуги.
5. Изпратете технически чертежи заедно с вашия дизайн, когато вашият дизайн включва резби, допуски, спецификации за повърхностно покритие или други коментари за операторите на машини.
Ако искате да научите повече или да направите запитване, не се колебайте да се свържете info@anebon.com.
Време на публикуване: 13 юни 2024 г