Pro plné využití možností CNC obrábění musí konstruktéři navrhovat podle specifických výrobních pravidel. To však může být náročné, protože neexistují specifické průmyslové standardy. V tomto článku jsme sestavili komplexního průvodce nejlepšími konstrukčními postupy pro CNC obrábění. Zaměřili jsme se na popis proveditelnosti moderních CNC systémů a nevzali jsme v úvahu související náklady. Návod k nákladově efektivnímu navrhování dílů pro CNC naleznete v tomto článku.
CNC obrábění
CNC obrábění je subtraktivní výrobní technika. V CNC se používají různé řezné nástroje, které rotují vysokou rychlostí (tisíce otáček za minutu), k odstranění materiálu z pevného bloku za účelem vytvoření součásti na základě modelu CAD. Jak kovy, tak plasty lze obrábět pomocí CNC.
CNC obrábění nabízí vysokou rozměrovou přesnost a úzké tolerance vhodné jak pro velkoobjemovou výrobu, tak pro jednorázové zakázky. Ve skutečnosti jde v současnosti o cenově nejvýhodnější způsob výroby kovových prototypů, a to i ve srovnání s 3D tiskem.
Hlavní konstrukční omezení CNC
CNC nabízí velkou flexibilitu designu, ale existují určitá konstrukční omezení. Tato omezení souvisí se základní mechanikou procesu řezání, zejména s geometrií nástroje a přístupem k nástroji.
1. Tvar nástroje
Nejběžnější CNC nástroje, jako jsou stopkové frézy a vrtáky, jsou válcové a mají omezené řezné délky. Když je materiál z obrobku odebírán, tvar nástroje se replikuje na obráběnou součást.
To například znamená, že vnitřní rohy CNC dílu budou mít vždy rádius, bez ohledu na velikost použitého nástroje.
2. Volání nástroje
Při odebírání materiálu se nástroj přibližuje přímo shora k obrobku. To nelze provést pomocí CNC obrábění, kromě podřezů, o kterých budeme hovořit později.
Je dobrým konstrukčním postupem zarovnat všechny prvky modelu, jako jsou díry, dutiny a svislé stěny, s jedním ze šesti světových stran. Jedná se spíše o návrh než omezení, zejména proto, že 5osé CNC systémy nabízejí pokročilé možnosti držení obrobku.
Nástroje jsou problémem při obrábění součástí s prvky, které mají velký poměr stran. Například dosažení dna hluboké dutiny vyžaduje specializovaný nástroj s dlouhou hřídelí, který může snížit tuhost koncového efektoru, zvýšit vibrace a snížit dosažitelnou přesnost.
Pravidla návrhu CNC procesu
Při navrhování dílů pro CNC obrábění je jedním z problémů absence specifických průmyslových standardů. Je tomu tak proto, že výrobci CNC strojů a nástrojů neustále zlepšují své technické možnosti a tím rozšiřují rozsah toho, čeho lze dosáhnout. Níže uvádíme tabulku shrnující doporučené a proveditelné hodnoty pro nejběžnější funkce nalezené u CNC obráběných dílů.
1. Kapsy a prohlubně
Zapamatujte si následující text: „Doporučená hloubka kapsy: 4krát šířka kapsy. Stopkové frézy mají omezenou řeznou délku, obvykle 3-4násobek jejich průměru. Když je poměr hloubek k šířce malý, problémy, jako je vychýlení nástroje, odvod třísek a vibrace, se stávají výraznějšími. Abyste zajistili dobré výsledky, omezte hloubku dutiny na 4násobek její šířky.
Pokud potřebujete větší hloubku, možná budete chtít uvažovat o návrhu součásti s proměnnou hloubkou dutiny (příklad viz obrázek výše). Pokud jde o frézování hlubokých dutin, je dutina klasifikována jako hluboká, pokud je její hloubka větší než šestinásobek průměru použitého nástroje. Speciální nástroje umožňují maximální hloubku 30 cm s čelní frézou o průměru 1 palce, což se rovná poměru průměru nástroje k hloubce dutiny 30:1.
2. Vnitřní okraj
Poloměr svislého rohu: doporučeno ⅓ x hloubka dutiny (nebo větší).
Je důležité použít navrhované hodnoty poloměru vnitřního rohu pro výběr správné velikosti nástroje a dodržovat doporučené pokyny pro hloubku dutiny. Mírné zvětšení poloměru rohu nad doporučenou hodnotu (např. o 1 mm) umožňuje nástroji řezat po kruhové dráze namísto pod úhlem 90°, což vede k lepší kvalitě povrchu. Je-li potřeba ostrý vnitřní roh 90°, zvažte přidání podříznutí ve tvaru T namísto zmenšení poloměru rohu. Pro poloměr podlahy jsou doporučené hodnoty 0,5 mm, 1 mm nebo žádný poloměr; přijatelný je však jakýkoli poloměr. Spodní hrana stopkové frézy je plochá nebo mírně zaoblená. Jiné poloměry podlahy lze obrábět pomocí kulových nástrojů. Dodržování doporučených hodnot je dobrou praxí, protože je to preferovaná volba pro strojníky.
3. Tenká stěna
Doporučená minimální tloušťka stěny: 0,8 mm (kov), 1,5 mm (plast); Přijatelné jsou 0,5 mm (kov), 1,0 mm (plast).
Snížení tloušťky stěny snižuje tuhost materiálu, což vede ke zvýšeným vibracím při obrábění a snížení dosažitelné přesnosti. Plasty mají tendenci se deformovat vlivem zbytkových pnutí a měknout vlivem zvýšené teploty, proto se doporučuje použít větší minimální tloušťku stěny.
4. Díra
Průměr Doporučují se standardní velikosti vrtáků. Je možný jakýkoli průměr větší než 1 mm. Výroba děr se provádí vrtákem nebo koncovkoucnc frézované. Velikosti vrtáků jsou standardizovány v metrických a britských jednotkách. Výstružníky a vyvrtávací nástroje se používají k dokončování otvorů, které vyžadují úzké tolerance. Pro průměry menší než ⌀20 mm je vhodné použít standardní průměry.
Maximální doporučená hloubka 4 x jmenovitý průměr; typický 10 x jmenovitý průměr; možný 40 x jmenovitý průměr
Otvory s nestandardním průměrem by měly být obrobeny pomocí stopkové frézy. V tomto scénáři platí limit maximální hloubky dutiny a doporučuje se použít hodnotu maximální hloubky. Pokud potřebujete opracovat otvory hlubší, než je typická hodnota, použijte speciální vrták o minimálním průměru 3 mm. Slepé otvory obrobené vrtačkou mají kuželovou základnu s úhlem 135°, zatímco otvory obrobené stopkovou frézou jsou ploché. Při CNC obrábění neexistuje žádná specifická preference mezi průchozími a slepými otvory.
5. Závity
Minimální velikost závitu je M2. Doporučuje se použít závity M6 nebo větší. Vnitřní závity jsou vytvářeny pomocí závitníků, zatímco vnější závity jsou vytvářeny pomocí matric. K vytváření závitů M2 lze použít závitníky i matrice. CNC závitovací nástroje jsou široce používány a preferovány strojníky, protože snižují riziko zlomení závitníku. K vytváření závitů M6 lze použít CNC závitovací nástroje.
Délka závitu minimálně 1,5 x jmenovitý průměr; Doporučuje se 3 x jmenovitý průměr
Počáteční několik zubů nese většinu zatížení závitu (až 1,5násobek jmenovitého průměru). Závity větší než trojnásobek jmenovitého průměru jsou tedy zbytečné. U závitů ve slepých dírách vyrobených závitníkem (tj. všechny závity menší než M6) přidejte ke dnu díry délku bez závitu rovnající se 1,5násobku jmenovitého průměru.
Pokud lze použít CNC závitovací nástroje (tj. závity větší než M6), lze otvor provrtat po celé jeho délce.
6. Malé funkce
Minimální doporučený průměr otvoru je 2,5 mm (0,1 palce); minimálně 0,05 mm (0,005 palce) je také přijatelné. Většina strojíren dokáže přesně obrábět malé dutiny a otvory.
Cokoli pod touto hranicí je považováno za mikroobrábění.CNC přesné frézovánítakové vlastnosti (kde jsou fyzické variace procesu řezání v tomto rozsahu) vyžadují specializované nástroje (mikrovrtáky) a odborné znalosti, proto se doporučuje vyhnout se jim, pokud to není nezbytně nutné.
7. Tolerance
Standardní: ±0,125 mm (0,005 palce)
Typické: ±0,025 mm (0,001 palce)
Výkon: ±0,0125 mm (0,0005 palce)
Tolerance určují přijatelné limity pro rozměry. Dosažitelné tolerance závisí na základních rozměrech a geometrii součásti. Uvedené hodnoty jsou praktickými pokyny. Při absenci specifikovaných tolerancí bude většina strojíren používat standardní toleranci ±0,125 mm (0,005 palce).
8. Text a písmo
Doporučená velikost písma je 20 (nebo větší) a písmo 5 mm
Gravírovaný text je vhodnější než reliéfní text, protože odstraňuje méně materiálu. Doporučuje se používat bezpatkové písmo, jako je Microsoft YaHei nebo Verdana, s velikostí písma alespoň 20 bodů. Mnoho CNC strojů má pro tato písma předem naprogramované rutiny.
Nastavení stroje a orientace dílu
Níže je uveden schematický diagram součásti, která vyžaduje více nastavení:
Přístup k nástroji je významným omezením při návrhu CNC obrábění. Aby bylo možné dosáhnout na všechny povrchy modelu, musí být obrobek několikrát otočen. Například díl zobrazený na obrázku výše je třeba otočit třikrát: dvakrát pro obrobení otvorů ve dvou primárních směrech a potřetí pro přístup k zadní části dílu. Pokaždé, když se obrobek otočí, musí být stroj překalibrován a musí být definován nový souřadný systém.
Při navrhování zvažte nastavení stroje ze dvou hlavních důvodů:
1. Celkový počet nastavení stroje ovlivňuje náklady. Otáčení a vyrovnávání součásti vyžaduje manuální úsilí a zvyšuje celkovou dobu obrábění. Pokud je třeba součást otočit 3-4krát, je to obvykle přijatelné, ale cokoli za tímto limitem je nadměrné.
2. Pro dosažení maximální relativní přesnosti polohy musí být oba prvky obráběny ve stejném nastavení. Důvodem je, že nový krok volání přináší malou (ale nezanedbatelnou) chybu.
Pětiosé CNC obrábění
Při použití 5osého CNC obrábění může být eliminována potřeba vícenásobného nastavení stroje. Víceosé CNC obrábění může vyrábět díly se složitou geometrií, protože nabízí dvě další osy rotace.
Pětiosé CNC obrábění umožňuje, aby byl nástroj vždy tangenciální k řezné ploše. To umožňuje sledovat složitější a efektivnější dráhy nástroje, což vede k dílům s lepší kvalitou povrchu a kratšími časy obrábění.
Však,5osé cnc obráběnímá také svá omezení. Základní geometrie nástroje a omezení přístupu k nástroji stále platí, například díly s vnitřní geometrií nelze obrábět. Navíc jsou náklady na používání takových systémů vyšší.
Navrhování podříznutí
Podřezy jsou prvky, které nelze obrábět standardními řeznými nástroji, protože některé jejich povrchy nejsou přímo přístupné shora. Existují dva hlavní typy podříznutí: T-drážky a rybiny. Podřezy mohou být jednostranné nebo oboustranné a jsou obráběny specializovanými nástroji.
Řezné nástroje s T-drážkou jsou v zásadě vyráběny s horizontální řeznou vložkou připevněnou k vertikální hřídeli. Šířka podříznutí se může pohybovat mezi 3 mm a 40 mm. Pro šířku se doporučuje používat standardní rozměry (tj. celomilimetrové přírůstky nebo standardní zlomky palců), protože je pravděpodobnější, že nástroje již budou k dispozici.
U rybinových nástrojů je úhel určujícím rozměrem prvku. Rybinové nástroje 45° a 60° jsou považovány za standardní.
Při navrhování součásti s podříznutím na vnitřních stěnách nezapomeňte přidat dostatečnou vůli pro nástroj. Dobrým pravidlem je přidat prostor mezi obrobenou stěnou a jakoukoli jinou vnitřní stěnou rovnající se alespoň čtyřnásobku hloubky podříznutí.
Pro standardní nástroje je typický poměr mezi průměrem řezu a průměrem hřídele 2:1, což omezuje hloubku řezu. Je-li požadován nestandardní podřez, strojírny často vyrábějí vlastní nástroje na podřezávání. To prodlužuje dobu realizace a náklady a je třeba se tomu vyhnout, kdykoli je to možné.
T-drážka na vnitřní stěně (vlevo), rybinové podříznutí (uprostřed) a jednostranné podříznutí (vpravo)
Vypracování technických výkresů
Upozorňujeme, že některé specifikace návrhu nelze zahrnout do souborů STEP nebo IGES. 2D technické výkresy jsou vyžadovány, pokud váš model obsahuje jednu nebo více z následujících položek:
Závitové otvory nebo hřídele
Tolerované rozměry
Specifické požadavky na povrchovou úpravu
Poznámky pro obsluhu CNC strojů
Základní pravidla
1. Navrhněte obráběnou součást nástrojem s největším průměrem.
2. Přidejte velká zaoblení (alespoň ⅓ x hloubka dutiny) do všech vnitřních vertikálních rohů.
3. Omezte hloubku dutiny na 4násobek její šířky.
4. Zarovnejte hlavní prvky svého návrhu podél jednoho ze šesti světových stran. Pokud to není možné, rozhodněte se pro5osé cnc obrábění.
5. Odešlete spolu s návrhem technické výkresy, pokud váš návrh obsahuje závity, tolerance, specifikace povrchové úpravy nebo jiné poznámky pro obsluhu stroje.
Pokud se chcete dozvědět více nebo dotaz, neváhejte nás kontaktovat info@anebon.com.
Čas odeslání: 13. června 2024