For fuldt ud at udnytte mulighederne ved CNC-bearbejdning skal designere designe efter specifikke fremstillingsregler. Dette kan dog være udfordrende, fordi specifikke industristandarder ikke eksisterer. I denne artikel har vi samlet en omfattende guide til den bedste designpraksis for CNC-bearbejdning. Vi har fokuseret på at beskrive gennemførligheden af moderne CNC-systemer og har set bort fra de dermed forbundne omkostninger. Se denne artikel for en guide til omkostningseffektivt design af dele til CNC.
CNC bearbejdning
CNC-bearbejdning er en subtraktiv fremstillingsteknik. I CNC bruges forskellige skæreværktøjer, der roterer ved høje hastigheder (tusindvis af RPM) til at fjerne materiale fra en solid blok for at skabe en del baseret på en CAD-model. Både metaller og plast kan bearbejdes ved hjælp af CNC.
CNC-bearbejdning tilbyder høj dimensionsnøjagtighed og snævre tolerancer, der er velegnet til både højvolumenproduktion og enkeltopgaver. Faktisk er det i øjeblikket den mest omkostningseffektive metode til fremstilling af metalprototyper, selv sammenlignet med 3D-print.
CNC-hoveddesignbegrænsninger
CNC tilbyder stor designfleksibilitet, men der er visse designbegrænsninger. Disse begrænsninger er relateret til den grundlæggende mekanik i skæreprocessen, hovedsageligt til værktøjsgeometri og værktøjsadgang.
1. Værktøjsform
De mest almindelige CNC-værktøjer, såsom pindfræsere og bor, er cylindriske og har begrænsede skærelængder. Efterhånden som materiale fjernes fra emnet, kopieres værktøjets form på den bearbejdede del.
For eksempel betyder det, at indvendige hjørner af en CNC-del altid vil have en radius, uanset størrelsen på det anvendte værktøj.
2. Værktøjsopkald
Ved fjernelse af materiale nærmer værktøjet sig arbejdsemnet direkte fra oven. Dette kan ikke gøres med CNC-bearbejdning, bortset fra underskæringer, som vi vil diskutere senere.
Det er en god designpraksis at tilpasse alle funktioner i en model, såsom huller, hulrum og lodrette vægge, med en af de seks kardinalretninger. Dette er mere et forslag end en begrænsning, især da 5-aksede CNC-systemer tilbyder avancerede arbejdsholdeevner.
Værktøj er et problem, når man bearbejder dele med funktioner, der har et stort billedformat. For eksempel kræver det at nå bunden af et dybt hulrum et specialiseret værktøj med et langt skaft, som kan reducere effektorens stivhed, øge vibrationerne og reducere opnåelig nøjagtighed.
CNC-procesdesignregler
Når man designer dele til CNC-bearbejdning, er en af udfordringerne fraværet af specifikke industristandarder. Dette skyldes, at producenter af CNC-maskiner og -værktøjer løbende forbedrer deres tekniske formåen og dermed udvider rækken af, hvad der kan opnås. Nedenfor har vi givet en tabel, der opsummerer de anbefalede og gennemførlige værdier for de mest almindelige funktioner, der findes i CNC-bearbejdede dele.
1. Lommer og fordybninger
Husk følgende tekst: “Anbefalet lommedybde: 4 gange lommebredde. Pindfræsere har en begrænset skærelængde, normalt 3-4 gange deres diameter. Når dybde-til-bredde-forholdet er lille, bliver problemer som værktøjsudbøjning, spånevakuering og vibrationer mere fremtrædende. For at sikre gode resultater skal du begrænse dybden af et hulrum til 4 gange dets bredde."
Hvis du har brug for mere dybde, kan du overveje at designe en del med variabel kavitetsdybde (se billedet ovenfor for et eksempel). Når det kommer til fræsning med dybt hulrum, klassificeres et hulrum som dybt, hvis dets dybde er mere end seks gange diameteren på det værktøj, der bruges. Specielt værktøj giver mulighed for en maksimal dybde på 30 cm med en endefræser på 1 tomme, hvilket svarer til et forhold mellem værktøjsdiameter og hulrumsdybde på 30:1.
2. Indvendig kant
Lodret hjørneradius: ⅓ x hulrumsdybde (eller større) anbefales
Det er vigtigt at bruge de foreslåede indvendige hjørneradiusværdier til at vælge den rigtige størrelse værktøj og overholde de anbefalede retningslinjer for hulrumsdybde. En lille forøgelse af hjørneradius over den anbefalede værdi (f.eks. med 1 mm) gør det muligt for værktøjet at skære langs en cirkulær bane i stedet for i en vinkel på 90°, hvilket resulterer i en bedre overfladefinish. Hvis der er behov for et skarpt 90° indvendigt hjørne, kan du overveje at tilføje en T-formet underskæring i stedet for at reducere hjørneradius. For gulvradius er de anbefalede værdier 0,5 mm, 1 mm eller ingen radius; dog er enhver radius acceptabel. Den nederste kant af endefræseren er flad eller let afrundet. Andre gulvradier kan bearbejdes ved hjælp af kugleende værktøjer. Det er en god praksis at overholde de anbefalede værdier, da det er det foretrukne valg for maskinmestre.
3. Tyndvæg
Anbefalet mindste vægtykkelse: 0,8 mm (metal), 1,5 mm (plastik); 0,5 mm (metal), 1,0 mm (plastik) er acceptable
Reduktion af vægtykkelsen reducerer materialets stivhed, hvilket fører til øgede vibrationer under bearbejdning og reduceret opnåelig nøjagtighed. Plast har en tendens til at vride sig på grund af restspændinger og blødgøres på grund af øget temperatur, derfor anbefales det at bruge en større minimumsvægtykkelse.
4. Hul
Diameter Standard borstørrelser anbefales. Enhver diameter større end 1 mm er mulig. Huller laves med bor eller endecnc fræset. Borstørrelser er standardiseret i metriske og imperiale enheder. Oprømmere og boreværktøj bruges til at afslutte huller, der kræver snævre tolerancer. For diametre mindre end ⌀20 mm anbefales det at bruge standarddiametre.
Anbefalet maksimal dybde 4 x nominel diameter; typisk 10 x nominel diameter; mulig 40 x nominel diameter
Huller med ikke-standard diameter skal bearbejdes med en pindfræser. I dette scenarie gælder den maksimale hulrumsdybdegrænse, og det anbefales at bruge den maksimale dybdeværdi. Hvis du skal bearbejde huller dybere end den typiske værdi, skal du bruge et specialbor med en minimumsdiameter på 3 mm. Blindhuller bearbejdet med en boremaskine har en tilspidset bund med en 135° vinkel, mens huller bearbejdet med en endefræser er flade. Ved CNC-bearbejdning er der ingen specifik præference mellem gennemgående huller og blinde huller.
5. Tråde
Mindste gevindstørrelse er M2. Det anbefales at bruge M6 eller større gevind. Indvendige gevind skabes ved hjælp af haner, mens udvendige gevind skabes ved hjælp af matricer. Haner og matricer kan begge bruges til at skabe M2-gevind. CNC-gevindværktøjer er meget udbredt og foretrukket af maskinmestre, fordi de reducerer risikoen for tapbrud. CNC-gevindværktøjer kan bruges til at skabe M6-gevind.
Gevindlængde minimum 1,5 x nominel diameter; 3 x nominel diameter anbefales
De første få tænder bærer det meste af belastningen på gevindet (op til 1,5 gange den nominelle diameter). Således er gevind større end tre gange den nominelle diameter unødvendige. For gevind i blinde huller lavet med en tap (dvs. alle gevind mindre end M6), tilføjes en ikke-gevind længde svarende til 1,5 gange den nominelle diameter til bunden af hullet.
Når der kan anvendes CNC-gevindværktøj (dvs. gevind større end M6), kan hullet gevindskæres i hele sin længde.
6. Små funktioner
Den mindste anbefalede huldiameter er 2,5 mm (0,1 tommer); et minimum på 0,05 mm (0,005 tommer) er også acceptabelt. De fleste maskinværksteder kan præcist bearbejde små hulrum og huller.
Alt under denne grænse betragtes som mikrobearbejdning.CNC præcisionsfræsningsådanne funktioner (hvor den fysiske variation af skæreprocessen er inden for dette område) kræver specialværktøj (mikrobor) og ekspertviden, så det anbefales at undgå dem, medmindre det er absolut nødvendigt.
7. Tolerancer
Standard: ±0,125 mm (0,005 tommer)
Typisk: ±0,025 mm (0,001 tommer)
Ydelse: ±0,0125 mm (0,0005 tommer)
Tolerancer fastlægger de acceptable grænser for dimensioner. De opnåelige tolerancer afhænger af delens grundmål og geometri. De angivne værdier er praktiske retningslinjer. I mangel af specificerede tolerancer vil de fleste maskinværksteder bruge en standard ±0,125 mm (0,005 tommer) tolerance.
8. Tekst og bogstaver
Den anbefalede skriftstørrelse er 20 (eller større) og 5 mm bogstaver
Indgraveret tekst er at foretrække frem for præget tekst, fordi det fjerner mindre materiale. Det anbefales at bruge en sans-serif skrifttype, såsom Microsoft YaHei eller Verdana, med en skriftstørrelse på mindst 20 punkter. Mange CNC-maskiner har forprogrammerede rutiner for disse skrifttyper.
Maskinopsætning og delorientering
Et skematisk diagram af en del, der kræver flere opsætninger, er vist nedenfor:
Værktøjsadgang er en væsentlig begrænsning i designet af CNC-bearbejdning. For at nå alle overflader af en model, skal emnet roteres flere gange. For eksempel skal delen vist på billedet ovenfor roteres tre gange: to gange for at bearbejde hullerne i de to primære retninger og en tredje gang for at få adgang til bagsiden af delen. Hver gang arbejdsemnet roteres, skal maskinen omkalibreres, og et nyt koordinatsystem skal defineres.
Overvej maskinopsætninger, når du designer af to hovedårsager:
1. Det samlede antal maskinopsætninger påvirker omkostningerne. Rotation og omstilling af delen kræver manuel indsats og øger den samlede bearbejdningstid. Hvis en del skal roteres 3-4 gange, er det normalt acceptabelt, men alt ud over denne grænse er for stort.
2. For at opnå maksimal relativ positionsnøjagtighed skal begge funktioner bearbejdes i samme opsætning. Dette skyldes, at det nye opkaldstrin introducerer en lille (men ikke ubetydelig) fejl.
Fem-akset CNC-bearbejdning
Ved brug af 5-akset CNC-bearbejdning kan behovet for flere maskinopsætninger elimineres. Flerakset CNC-bearbejdning kan fremstille dele med komplekse geometrier, fordi den tilbyder to yderligere rotationsakser.
Fem-akset CNC-bearbejdning gør det muligt for værktøjet altid at være tangentielt til skæreoverfladen. Dette gør det muligt at følge mere komplekse og effektive værktøjsbaner, hvilket resulterer i dele med bedre overfladefinish og kortere bearbejdningstider.
Imidlertid,5-akset cnc-bearbejdninghar også sine begrænsninger. Grundlæggende værktøjsgeometri og værktøjsadgangsbegrænsninger gælder stadig, for eksempel kan dele med indvendig geometri ikke bearbejdes. Derudover er omkostningerne ved at bruge sådanne systemer højere.
Design af underskæringer
Underskæringer er funktioner, der ikke kan bearbejdes med standard skærende værktøjer, fordi nogle af deres overflader ikke er direkte tilgængelige fra oven. Der er to hovedtyper af underskæringer: T-slidser og svalehale. Underskæringer kan være enkeltsidede eller dobbeltsidede og bearbejdes med specialværktøj.
T-spalte skæreværktøjer er grundlæggende lavet med en vandret skæreindsats fastgjort til en lodret aksel. Bredden af et underskæring kan variere mellem 3 mm og 40 mm. Det anbefales at bruge standarddimensioner (dvs. hele millimeter-intervaller eller standardbrøkdele af tommer) til bredden, fordi det er mere sandsynligt, at værktøjet allerede er tilgængeligt.
For svalehaleværktøjer er vinklen den definerende trækdimension. 45° og 60° svalehaleværktøj betragtes som standard.
Når du designer en del med underskæringer på indervæggene, skal du huske at tilføje tilstrækkelig plads til værktøjet. En god tommelfingerregel er at tilføje plads mellem den bearbejdede væg og eventuelle andre indvendige vægge svarende til mindst fire gange dybden af underskæringen.
For standardværktøjer er det typiske forhold mellem skærediameteren og skaftdiameteren 2:1, hvilket begrænser skæredybden. Når en ikke-standard underskæring er påkrævet, fremstiller maskinværksteder ofte deres egne tilpassede underskæringsværktøjer. Dette øger gennemløbstiden og omkostningerne og bør undgås, når det er muligt.
T-slids på indervæggen (venstre), svalehaleunderskæring (i midten) og ensides underskæring (højre)
Udarbejdelse af tekniske tegninger
Bemærk venligst, at nogle designspecifikationer ikke kan inkluderes i STEP- eller IGES-filer. 2D tekniske tegninger er påkrævet, hvis din model indeholder en eller flere af følgende:
Gevindhuller eller skafter
Tolererede dimensioner
Specifikke krav til overfladefinish
Bemærkninger til CNC-maskineoperatører
Tommelfingerregler
1. Design den del, der skal bearbejdes, med værktøjet med den største diameter.
2. Tilføj store fileter (mindst ⅓ x hulrumsdybde) til alle indvendige lodrette hjørner.
3. Begræns dybden af et hulrum til 4 gange dets bredde.
4. Juster hovedtrækkene i dit design langs en af de seks kardinalretninger. Hvis dette ikke er muligt, så vælg5-akset cnc-bearbejdningstjenester.
5. Indsend tekniske tegninger sammen med dit design, når dit design indeholder gevind, tolerancer, overfladefinishspecifikationer eller andre kommentarer til maskinoperatører.
Hvis du vil vide mere eller forespørgsel, er du velkommen til at kontakte info@anebon.com.
Indlægstid: 13-jun-2024