Hyödyntämään CNC-työstön ominaisuuksia täysimääräisesti suunnittelijoiden on suunniteltava erityisten valmistussääntöjen mukaisesti. Tämä voi kuitenkin olla haastavaa, koska erityisiä alan standardeja ei ole olemassa. Tässä artikkelissa olemme koonneet kattavan oppaan CNC-koneistuksen parhaista suunnittelukäytännöistä. Olemme keskittyneet nykyaikaisten CNC-järjestelmien toteutettavuuden kuvaamiseen ja jättäneet huomioimatta niihin liittyvät kustannukset. Tässä artikkelissa on opas CNC-osien kustannustehokkaaseen suunnitteluun.
CNC-työstö
CNC-työstö on vähentävä valmistustekniikka. CNC:ssä käytetään erilaisia suurilla nopeuksilla (tuhansia kierroksia) pyöriviä leikkaustyökaluja materiaalin poistamiseen kiinteästä kappaleesta CAD-malliin perustuvan osan luomiseksi. Sekä metallia että muovia voidaan työstää CNC:llä.
CNC-työstö tarjoaa korkean mittatarkkuuden ja tiukat toleranssit, jotka sopivat sekä suuriin tuotantomääriin että yksittäisiin töihin. Itse asiassa se on tällä hetkellä kustannustehokkain tapa valmistaa metalliprototyyppejä, jopa verrattuna 3D-tulostukseen.
CNC:n pääsuunnittelun rajoitukset
CNC tarjoaa suuren suunnittelun joustavuuden, mutta suunnitteluun liittyy tiettyjä rajoituksia. Nämä rajoitukset liittyvät leikkausprosessin perusmekaniikkaan, pääasiassa työkalun geometriaan ja työkalun käyttömahdollisuuksiin.
1. Työkalun muoto
Yleisimmät CNC-työkalut, kuten päätyjyrsimet ja porat, ovat sylinterimäisiä ja niillä on rajoitettu leikkauspituus. Kun materiaalia poistetaan työkappaleesta, työkalun muoto toistuu koneistetussa kappaleessa.
Tämä tarkoittaa esimerkiksi sitä, että CNC-osan sisäkulmilla on aina säde käytetyn työkalun koosta riippumatta.
2. Työkalukutsu
Materiaalia poistettaessa työkalu lähestyy työkappaletta suoraan ylhäältä. Tätä ei voida tehdä CNC-työstyksellä, paitsi alileikkauksilla, joista keskustelemme myöhemmin.
On hyvä suunnittelukäytäntö kohdistaa kaikki mallin ominaisuudet, kuten reiät, ontelot ja pystysuorat seinät, yhteen kuudesta pääsuunnasta. Tämä on enemmän ehdotus kuin rajoitus, varsinkin kun 5-akseliset CNC-järjestelmät tarjoavat edistyneitä työnpito-ominaisuuksia.
Työstö on huolenaihe, kun työstetään osia, joilla on suuri kuvasuhde. Esimerkiksi syvän onkalon pohjan saavuttaminen vaatii erikoistyökalun, jossa on pitkä varsi, mikä voi vähentää pääteefektorin jäykkyyttä, lisätä tärinää ja vähentää saavutettavaa tarkkuutta.
CNC-prosessin suunnittelusäännöt
Kun suunnitellaan osia CNC-koneistukseen, yksi haasteista on erityisten teollisuusstandardien puuttuminen. Tämä johtuu siitä, että CNC-koneiden ja -työkalujen valmistajat parantavat jatkuvasti teknisiä kykyjään ja laajentavat siten saavutettavia asioita. Alla olemme toimittaneet taulukon, jossa on yhteenveto suosituksista ja toteutettavista arvoista yleisimmille CNC-koneistetuissa osissa esiintyville ominaisuuksille.
1. Taskut ja syvennykset
Muista seuraava teksti: "Suositeltu taskun syvyys: 4 kertaa taskun leveys. Päätyjyrsimien leikkauspituus on rajoitettu, yleensä 3-4 kertaa halkaisijaltaan. Kun syvyyden ja leveyden suhde on pieni, työkalun taipuma, lastujen poisto ja tärinä korostuvat. Hyvän tuloksen varmistamiseksi rajaa ontelon syvyys 4 kertaa sen leveys."
Jos tarvitset lisää syvyyttä, kannattaa harkita sellaisen osan suunnittelua, jossa on vaihteleva syvyys (katso esimerkki yllä olevasta kuvasta). Syväontelojyrsinnässä onkalo luokitellaan syväksi, jos sen syvyys on yli kuusi kertaa käytettävän työkalun halkaisija. Erikoistyökalut mahdollistavat 30 cm:n enimmäissyvyyden halkaisijaltaan 1 tuuman päätyjyrsimellä, mikä vastaa työkalun halkaisijan ja ontelon syvyyden suhdetta 30:1.
2. Sisäreuna
Pystykulman säde: ⅓ x ontelon syvyys (tai suurempi) suositeltava
On tärkeää käyttää ehdotettuja sisäkulman säteen arvoja oikeankokoisen työkalun valinnassa ja noudattaa suositeltuja ontelon syvyysohjeita. Kulman säteen lisääminen hieman suositellun arvon yläpuolelle (esim. 1 mm) mahdollistaa työkalun leikkaamisen ympyränmuotoista rataa pitkin 90° kulman sijaan, jolloin saadaan parempi pintakäsittely. Jos tarvitaan terävä 90° sisäkulma, harkitse T:n muotoisen alileikkauksen lisäämistä kulman säteen pienentämisen sijaan. Lattian säteen suositellut arvot ovat 0,5 mm, 1 mm tai ei sädettä. kuitenkin mikä tahansa säde on hyväksyttävä. Päätyjyrsimen alareuna on tasainen tai hieman pyöristetty. Muut lattiasäteet voidaan työstää pallopäätytyökaluilla. Suositeltujen arvojen noudattaminen on hyvä käytäntö, koska se on koneistajien suositeltava valinta.
3. Ohut seinä
Seinämän vähimmäispaksuussuositukset: 0,8 mm (metalli), 1,5 mm (muovi); 0,5 mm (metalli), 1,0 mm (muovi) ovat hyväksyttäviä
Seinämän paksuuden pienentäminen vähentää materiaalin jäykkyyttä, mikä lisää tärinää koneistuksen aikana ja alentaa saavutettavaa tarkkuutta. Muoveilla on taipumus vääntyä jäännösjännityksen vuoksi ja pehmentyä kohonneen lämpötilan vuoksi, joten on suositeltavaa käyttää suurempaa vähimmäisseinäpaksuutta.
4. Reikä
Halkaisija Vakioporan kokoja suositellaan. Mikä tahansa halkaisija, joka on suurempi kuin 1 mm, on mahdollinen. Reikien teko tehdään poralla tai päädylläcnc jyrsitty. Poran koot on standardoitu metri- ja brittiläisissä yksiköissä. Kalvikkeita ja poraustyökaluja käytetään tiukkoja toleransseja vaativien reikien viimeistelyyn. Jos halkaisija on alle ⌀20 mm, on suositeltavaa käyttää vakiohalkaisijoita.
Suurin suositeltu syvyys 4 x nimellishalkaisija; tyypillinen 10 x nimellishalkaisija; mahdollinen 40 x nimellishalkaisija
Halkaisijaltaan poikkeavat reiät tulee työstää päätyjyrsimellä. Tässä skenaariossa ontelon enimmäissyvyyden rajaa sovelletaan, ja on suositeltavaa käyttää enimmäissyvyyden arvoa. Jos joudut koneistamaan tyypillistä arvoa syvempiä reikiä, käytä erikoisporaa, jonka halkaisija on vähintään 3 mm. Poralla koneistetuissa sokeissa rei'issä on kartiomainen pohja 135° kulmassa, kun taas päätyjyrsimellä koneistetut reiät ovat litteitä. CNC-työstyksessä ei ole erityistä etusijaa läpimenevien reikien ja sokeareikien välillä.
5. Langat
Minimi kierrekoko on M2. On suositeltavaa käyttää M6 tai suurempia kierteitä. Sisäkierteet luodaan tapeilla, kun taas ulkoiset kierteet luodaan meistien avulla. Sekä tappeja että meistiä voidaan käyttää M2-kierteiden luomiseen. CNC-kierretyökalut ovat laajalti käytössä ja koneistajien suosimia, koska ne vähentävät tapin rikkoontumisen riskiä. CNC-kierretyökaluja voidaan käyttää M6-kierteiden luomiseen.
Kierteen pituus vähintään 1,5 x nimellishalkaisija; 3 x nimellishalkaisija suositeltava
Ensimmäiset muutamat hampaat kantavat suurimman osan kierteeseen kohdistuvasta kuormituksesta (jopa 1,5 kertaa nimellishalkaisija). Näin ollen yli kolme kertaa nimellishalkaisijaa suuremmat kierteet ovat tarpeettomia. Kierteille, jotka on tehty tapilla tehtyihin sokeisiin reikiin (eli kaikki kierteet, jotka ovat pienempiä kuin M6), lisää reiän pohjaan kierteetön pituus, joka on 1,5 kertaa nimellishalkaisija.
Kun voidaan käyttää CNC-kierretyökaluja (eli kierteet, jotka ovat suurempia kuin M6), reikä voidaan kierrettää koko pituudeltaan.
6. Pienet ominaisuudet
Pienin suositeltu reiän halkaisija on 2,5 mm (0,1 tuumaa); vähintään 0,05 mm (0,005 tuumaa) on myös hyväksyttävä. Useimmat konepajat pystyvät koneistamaan tarkasti pieniä onteloita ja reikiä.
Kaikki tämän rajan alapuolella olevat asiat katsotaan mikrokoneistukseksi.CNC-tarkkuusjyrsintätällaiset ominaisuudet (jos leikkausprosessin fyysinen vaihtelu on tällä alueella) vaativat erikoistyökaluja (mikroporat) ja asiantuntemusta, joten on suositeltavaa välttää niitä, ellei se ole ehdottoman välttämätöntä.
7. Toleranssit
Vakio: ±0,125 mm (0,005 tuumaa)
Tyypillinen: ±0,025 mm (0,001 tuumaa)
Suorituskyky: ±0,0125 mm (0,0005 tuumaa)
Toleranssit määrittelevät mittojen hyväksyttävät rajat. Saavutettavat toleranssit riippuvat osan perusmitoista ja geometriasta. Annetut arvot ovat käytännön ohjeita. Jos määritettyjä toleransseja ei ole, useimmat konepajat käyttävät vakiotoleranssia ±0,125 mm (0,005 tuumaa).
8. Teksti ja kirjaimet
Suositeltu fonttikoko on 20 (tai suurempi) ja 5 mm kirjasinkoko
Kaiverrettu teksti on parempi kuin kohokuvioitu teksti, koska se poistaa vähemmän materiaalia. On suositeltavaa käyttää sans-serif-fonttia, kuten Microsoft YaHei tai Verdana, jonka fonttikoko on vähintään 20 pistettä. Monissa CNC-koneissa on esiohjelmoidut rutiinit näille fonteille.
Koneen asennus ja osien suuntaus
Alla on kaavio osasta, joka vaatii useita asetuksia:
Työkalujen saatavuus on merkittävä rajoitus CNC-työstön suunnittelussa. Jotta mallin kaikki pinnat saavutetaan, työkappaletta on käännettävä useita kertoja. Esimerkiksi yllä olevassa kuvassa näkyvää osaa on käännettävä kolme kertaa: kaksi kertaa reikien työstämiseksi kahteen ensisijaiseen suuntaan ja kolmannen kerran päästäksesi käsiksi osan takaosaan. Joka kerta kun työkappaletta käännetään, kone on kalibroitava uudelleen ja määritettävä uusi koordinaattijärjestelmä.
Harkitse koneen asetuksia suunnittelua tehdessäsi kahdesta syystä:
1. Koneasetusten kokonaismäärä vaikuttaa kustannuksiin. Kappaleen pyörittäminen ja kohdistaminen vaatii manuaalista työtä ja lisää kokonaistyöstöaikaa. Jos osaa on käännettävä 3-4 kertaa, se on yleensä hyväksyttävää, mutta kaikki tämän rajan ylittävät asiat ovat liikaa.
2. Maksimaalisen suhteellisen asennon tarkkuuden saavuttamiseksi molemmat ominaisuudet on työstettävä samassa kokoonpanossa. Tämä johtuu siitä, että uusi kutsuvaihe aiheuttaa pienen (mutta ei merkityksettömän) virheen.
Viiden akselin CNC-koneistus
Kun käytetään 5-akselista CNC-työstöä, useiden koneen asetusten tarve voidaan eliminoida. Moniakselinen CNC-työstö voi valmistaa osia, joilla on monimutkainen geometria, koska se tarjoaa kaksi ylimääräistä kiertoakselia.
Viisiakselinen CNC-työstö mahdollistaa työkalun aina tangentiaalisen leikkauspinnan suhteen. Tämä mahdollistaa monimutkaisempien ja tehokkaampien työkaluratojen seuraamisen, jolloin saadaan parempia pintakäsittelyjä ja lyhyempiä työstöaikoja.
Kuitenkin,5-akselinen cnc-työstöon myös rajoituksensa. Työkalujen perusgeometria ja työkalun käyttörajoitukset ovat edelleen voimassa, esimerkiksi sisägeometrisia osia ei voida työstää. Lisäksi tällaisten järjestelmien käyttökustannukset ovat korkeammat.
Undercuttien suunnittelu
Poikkileikkaukset ovat ominaisuuksia, joita ei voida työstää tavallisilla leikkaustyökaluilla, koska joihinkin niiden pintoihin ei pääse suoraan käsiksi ylhäältä. Alleleikkauksia on kahta päätyyppiä: T-urat ja lohenpyrstö. Poikkileikkaukset voivat olla yksi- tai kaksipuolisia, ja ne työstetään erikoistyökaluilla.
T-uraleikkaustyökalut valmistetaan periaatteessa vaakasuuntaisella leikkuuterällä, joka on kiinnitetty pystyakseliin. Poikkileikkauksen leveys voi vaihdella 3 mm ja 40 mm välillä. Leveydelle on suositeltavaa käyttää vakiomittoja (eli kokonaisia millimetriä tai tuuman standardiosia), koska työkalut ovat todennäköisemmin jo saatavilla.
Lohenpyrstötyökaluissa kulma on määrittävä piirremitta. 45° ja 60° lohenpyrstötyökaluja pidetään vakiona.
Kun suunnittelet osaa, jonka sisäseiniin on leikkaus, muista jättää riittävästi tilaa työkalulle. Hyvä nyrkkisääntö on lisätä koneistetun seinän ja muiden sisäseinien väliin vähintään neljä kertaa alileikkauksen syvyys.
Vakiotyökaluilla tyypillinen leikkaushalkaisijan ja akselin halkaisijan välinen suhde on 2:1, mikä rajoittaa leikkaussyvyyttä. Kun vaaditaan ei-standardi alileikkaus, konepajat valmistavat usein omia mukautettuja alileikkaustyökaluja. Tämä lisää läpimenoaikaa ja kustannuksia, ja sitä tulisi välttää aina kun mahdollista.
T-ura sisäseinässä (vasemmalla), lohenpyrstö (keskellä) ja yksipuolinen alta (oikea)
Teknisten piirustusten laatiminen
Huomaa, että kaikkia suunnittelutietoja ei voida sisällyttää STEP- tai IGES-tiedostoihin. 2D tekniset piirustukset vaaditaan, jos mallisi sisältää yhden tai useamman seuraavista:
Kierrereiät tai akselit
Hyväksytyt mitat
Erityiset pinnankäsittelyvaatimukset
Huomautuksia CNC-koneiden käyttäjille
Nyrkkisäännöt
1. Suunnittele koneistettava kappale halkaisijaltaan suurimmalla työkalulla.
2. Lisää suuria fileitä (vähintään ⅓ x ontelon syvyys) kaikkiin sisäisiin pystykulmiin.
3. Rajoita ontelon syvyys 4 kertaa sen leveys.
4. Kohdista suunnittelusi pääpiirteet johonkin kuudesta pääsuunnasta. Jos tämä ei ole mahdollista, valitse5-akseliset cnc-työstöpalvelut.
5. Lähetä tekniset piirustukset suunnittelusi mukana, kun suunnittelussasi on kierteitä, toleransseja, pinnan viimeistelytietoja tai muita kommentteja koneen käyttäjille.
Jos haluat tietää lisää tai tiedustella, ota rohkeasti yhteyttä info@anebon.com.
Postitusaika: 13.6.2024