Kako bi u potpunosti iskoristili mogućnosti CNC obrade, dizajneri moraju dizajnirati u skladu s određenim proizvodnim pravilima. Međutim, to može biti izazov jer ne postoje specifični industrijski standardi. U ovom smo članku sastavili opsežan vodič za najbolju praksu dizajna za CNC obradu. Usredotočili smo se na opisivanje izvedivosti modernih CNC sustava i zanemarili smo povezane troškove. Za vodič za isplativo projektiranje dijelova za CNC, pogledajte ovaj članak.
CNC obrada
CNC obrada je subtraktivna tehnika proizvodnje. U CNC-u se različiti alati za rezanje koji se okreću velikim brzinama (tisuće okretaja u minuti) koriste za uklanjanje materijala iz čvrstog bloka kako bi se stvorio dio temeljen na CAD modelu. I metali i plastika mogu se obrađivati CNC-om.
CNC obrada nudi visoku točnost dimenzija i niske tolerancije prikladne i za proizvodnju velikih količina i za jednokratne poslove. Zapravo, to je trenutno najisplativija metoda za proizvodnju metalnih prototipova, čak i u usporedbi s 3D ispisom.
Ograničenja glavnog CNC dizajna
CNC nudi veliku fleksibilnost dizajna, ali postoje određena ograničenja dizajna. Ta su ograničenja povezana s osnovnom mehanikom procesa rezanja, uglavnom s geometrijom alata i pristupom alatu.
1. Oblik alata
Najčešći CNC alati, kao što su glodala i svrdla, cilindrični su i imaju ograničenu duljinu rezanja. Kako se materijal uklanja iz obratka, oblik alata se replicira na obrađenom dijelu.
Na primjer, to znači da će unutarnji kutovi CNC dijela uvijek imati polumjer, bez obzira na veličinu korištenog alata.
2. Pozivanje alata
Prilikom uklanjanja materijala, alat se približava izratku izravno odozgo. To se ne može učiniti s CNC strojnom obradom, osim za udubljenja, o kojima ćemo raspravljati kasnije.
Dobra je praksa dizajna uskladiti sve značajke modela, kao što su rupe, šupljine i okomiti zidovi, s jednim od šest kardinalnih smjerova. Ovo je više prijedlog nego ograničenje, pogotovo jer 5-osni CNC sustavi nude napredne mogućnosti držanja posla.
Alati su problem pri obradi dijelova sa značajkama koje imaju veliki omjer širine i visine. Na primjer, dosezanje dna duboke šupljine zahtijeva specijalizirani alat s dugom osovinom, koji može smanjiti krutost krajnjeg efektora, povećati vibracije i smanjiti dostižnu točnost.
Pravila projektiranja CNC procesa
Prilikom projektiranja dijelova za CNC strojnu obradu, jedan od izazova je nepostojanje specifičnih industrijskih standarda. To je zato što proizvođači CNC strojeva i alata neprestano poboljšavaju svoje tehničke mogućnosti, proširujući tako raspon onoga što se može postići. U nastavku smo dali tablicu koja sažima preporučene i izvedive vrijednosti za najčešće značajke koje se nalaze u CNC strojno obrađenim dijelovima.
1. Džepovi i udubljenja
Zapamtite sljedeći tekst: “Preporučena dubina džepa: 4 puta širina džepa. Krajnja glodala imaju ograničenu duljinu rezanja, obično 3-4 puta veću od njihovog promjera. Kada je omjer dubine i širine mali, problemi kao što su otklon alata, evakuacija strugotine i vibracije postaju izraženiji. Kako biste osigurali dobre rezultate, ograničite dubinu šupljine na 4 puta veću od njezine širine.”
Ako vam je potrebna veća dubina, možda biste trebali razmisliti o dizajniranju dijela s promjenjivom dubinom šupljine (pogledajte gornju sliku za primjer). Kada je u pitanju glodanje dubokih šupljina, šupljina je klasificirana kao duboka ako je njena dubina više od šest puta veća od promjera alata koji se koristi. Poseban alat omogućuje maksimalnu dubinu od 30 cm s čeonim glodalom promjera 1 inča, što je jednako omjeru promjera alata i dubine šupljine od 30:1.
2. Unutarnji rub
Radijus okomitog kuta: preporučuje se ⅓ x dubina šupljine (ili veća).
Važno je koristiti predložene vrijednosti polumjera unutarnjeg kuta za odabir alata prave veličine i pridržavati se preporučenih smjernica za dubinu šupljine. Lagano povećanje polumjera kuta iznad preporučene vrijednosti (npr. za 1 mm) omogućuje alatu rezanje duž kružne putanje umjesto pod kutom od 90°, što rezultira boljom završnom obradom površine. Ako je potreban oštar unutarnji kut od 90°, razmislite o dodavanju podreza u obliku slova T umjesto smanjivanja polumjera kuta. Za polumjer poda, preporučene vrijednosti su 0,5 mm, 1 mm ili bez radijusa; međutim, prihvatljiv je bilo koji radijus. Donji rub glodala je ravan ili blago zaobljen. Ostali radijusi poda mogu se obraditi pomoću alata s kuglastim krajem. Pridržavanje preporučenih vrijednosti je dobra praksa jer je to preferirani izbor za strojare.
3. Tanak zid
Preporuke za minimalnu debljinu stijenke: 0,8 mm (metal), 1,5 mm (plastika); Prihvatljivo je 0,5 mm (metal), 1,0 mm (plastika).
Smanjenje debljine stijenke smanjuje krutost materijala, što dovodi do povećanih vibracija tijekom strojne obrade i smanjene točnosti koja se može postići. Plastika ima tendenciju savijanja zbog zaostalih naprezanja i omekšavanja zbog povišene temperature, stoga se preporučuje korištenje veće minimalne debljine stijenke.
4. Rupa
Promjer Preporučuju se standardne veličine svrdla. Svaki promjer veći od 1 mm je izvediv. Izrada rupa se vrši bušilicom ili završetkomcnc glodano. Veličine svrdla su standardizirane u metričkim i imperijalnim jedinicama. Razvrtala i alati za bušenje koriste se za završnu obradu rupa koje zahtijevaju niske tolerancije. Za promjere manje od ⌀20 mm, preporučljivo je koristiti standardne promjere.
Maksimalna preporučena dubina 4 x nominalni promjer; tipični 10 x nazivni promjer; izvedivo 40 x nazivni promjer
Rupe nestandardnog promjera treba obraditi pomoću čeonog glodala. U ovom scenariju primjenjivo je ograničenje maksimalne dubine šupljine i preporučuje se korištenje vrijednosti najveće dubine. Ako trebate obraditi rupe dublje od tipične vrijednosti, koristite posebnu bušilicu s minimalnim promjerom od 3 mm. Slijepe rupe obrađene bušilicom imaju suženu osnovu pod kutom od 135°, dok su rupe obrađene čeonim glodalom ravne. U CNC obradi ne postoji posebna prednost između prolaznih i slijepih rupa.
5. Navoji
Minimalna veličina navoja je M2. Preporuča se koristiti M6 ili veće navoje. Unutarnji navoji izrađuju se nareznicama, a vanjski narezima. Ureznice i matrice mogu se koristiti za izradu M2 navoja. CNC alati za narezivanje navoja široko su korišteni i preferirani od strane strojara jer smanjuju rizik od loma navoja. CNC alati za narezivanje navoja mogu se koristiti za izradu M6 navoja.
Duljina navoja minimalno 1,5 x nazivni promjer; Preporuča se 3 x nazivni promjer
Prvih nekoliko zuba nosi najveći dio opterećenja navoja (do 1,5 puta nominalnog promjera). Stoga su navoji veći od trostrukog nominalnog promjera nepotrebni. Za navoje u slijepim rupama izrađenim narezom (tj. sve navoje manje od M6), dodajte duljinu bez navoja jednaku 1,5 puta nazivnom promjeru na dno rupe.
Kada se mogu koristiti CNC alati za narezivanje navoja (tj. navoji veći od M6), rupa se može narezati cijelom dužinom.
6. Male značajke
Minimalni preporučeni promjer rupe je 2,5 mm (0,1 in); također je prihvatljivo najmanje 0,05 mm (0,005 in). Većina strojarnica može precizno obraditi male šupljine i rupe.
Sve ispod ove granice smatra se mikrostrojnom obradom.CNC precizno glodanjetakve značajke (gdje je fizička varijacija procesa rezanja unutar ovog raspona) zahtijevaju specijalizirane alate (mikro bušilice) i stručno znanje, pa se preporučuje izbjegavati ih osim ako su apsolutno nužni.
7. Tolerancije
Standardno: ±0,125 mm (0,005 in)
Tipično: ±0,025 mm (0,001 in)
Izvedba: ±0,0125 mm (0,0005 in)
Tolerancije određuju prihvatljive granice za dimenzije. Ostvariva odstupanja ovise o osnovnim dimenzijama i geometriji dijela. Navedene vrijednosti su praktične smjernice. U nedostatku navedenih tolerancija, većina strojarnica će koristiti standardnu toleranciju od ±0,125 mm (0,005 in).
8. Tekst i slova
Preporučena veličina slova je 20 (ili veća) i 5 mm slova
Ugravirani tekst je bolji od reljefnog teksta jer uklanja manje materijala. Preporuča se koristiti sans-serif font, kao što je Microsoft YaHei ili Verdana, s veličinom fonta od najmanje 20 točaka. Mnogi CNC strojevi imaju unaprijed programirane rutine za te fontove.
Postavljanje stroja i orijentacija dijela
Dolje je prikazan shematski dijagram dijela koji zahtijeva višestruke postavke:
Pristup alatu je značajno ograničenje u dizajnu CNC obrade. Da bi dosegli sve površine modela, izradak se mora više puta rotirati. Na primjer, dio prikazan na gornjoj slici potrebno je rotirati tri puta: dva puta za izradu rupa u dva primarna smjera i treći put za pristup stražnjoj strani dijela. Svaki put kad se obradak okrene, stroj se mora ponovno kalibrirati i mora se definirati novi koordinatni sustav.
Razmotrite postavke stroja prilikom projektiranja iz dva glavna razloga:
1. Ukupan broj postavki stroja utječe na cijenu. Rotiranje i ponovno poravnavanje dijela zahtijeva ručni napor i povećava ukupno vrijeme obrade. Ako dio treba rotirati 3-4 puta, to je obično prihvatljivo, ali sve preko ove granice je pretjerano.
2. Da bi se postigla maksimalna točnost relativnog položaja, obje značajke moraju biti strojno izrađene u istoj postavci. To je zato što novi korak poziva uvodi malu (ali nezanemarljivu) pogrešku.
Petoosna CNC obrada
Kada se koristi 5-osna CNC obrada, može se eliminirati potreba za višestrukim postavkama stroja. Višeosna CNC obrada može proizvesti dijelove složene geometrije jer nudi dvije dodatne osi rotacije.
Petoosna CNC obrada omogućuje da alat uvijek bude tangencijalan na površinu rezanja. To omogućuje praćenje složenijih i učinkovitijih putanja alata, što rezultira dijelovima s boljom završnom obradom površine i kraćim vremenom obrade.
Međutim,5-osna CNC obradatakođer ima svoja ograničenja. Osnovna geometrija alata i ograničenja pristupa alatu i dalje vrijede, na primjer, dijelovi s unutarnjom geometrijom ne mogu se obrađivati. Dodatno, troškovi korištenja takvih sustava su veći.
Dizajniranje podreza
Udubljenja su značajke koje se ne mogu obraditi standardnim alatima za rezanje jer neke od njihovih površina nisu izravno dostupne odozgo. Postoje dvije glavne vrste podreza: T-utori i lastin rep. Podrezivanja mogu biti jednostrana ili dvostrana i obrađuju se specijaliziranim alatima.
Alati za rezanje s T-utorima u osnovi se izrađuju s horizontalnim reznim umetkom pričvršćenim na okomitu osovinu. Širina podreza može varirati između 3 mm i 40 mm. Preporuča se koristiti standardne dimenzije (tj. cijeli milimetarski koraci ili standardne frakcije inča) za širinu jer je vjerojatnije da je alat već dostupan.
Za alate u obliku lastinog repa, kut je dimenzija koja definira značajku. Alati s lastinim repom od 45° i 60° smatraju se standardnim.
Kada dizajnirate dio s udubljenjima na unutarnjim stijenkama, ne zaboravite dodati dovoljno prostora za alat. Dobro pravilo je dodati razmak između strojno obrađene stijenke i bilo kojih drugih unutarnjih stijenki jednak barem četverostrukoj dubini udubljenja.
Za standardne alate, tipični omjer između promjera rezanja i promjera osovine je 2:1, ograničavajući dubinu rezanja. Kada je potrebno nestandardno podrezivanje, strojarske radionice često izrađuju vlastite alate za podrezivanje. To povećava vrijeme i troškove i treba ga izbjegavati kad god je to moguće.
T-utor na unutarnjem zidu (lijevo), udubljenje lastinog repa (u sredini) i jednostrano udubljenje (desno)
Izrada tehničkih crteža
Imajte na umu da se neke specifikacije dizajna ne mogu uključiti u STEP ili IGES datoteke. 2D tehnički crteži su potrebni ako vaš model uključuje jedno ili više od sljedećeg:
Rupe ili osovine s navojem
Tolerirane dimenzije
Posebni zahtjevi za završnu obradu površine
Napomene za operatere CNC strojeva
Opća pravila
1. Dizajnirajte dio koji će se obrađivati alatom najvećeg promjera.
2. Dodajte velike zaobljene (najmanje ⅓ x dubina šupljine) svim unutarnjim okomitim kutovima.
3. Ograničite dubinu šupljine na 4 puta veću od širine.
4. Poravnajte glavne značajke svog dizajna duž jednog od šest kardinalnih smjerova. Ako to nije moguće, odlučite se zaUsluge 5-osne cnc obrade.
5. Predajte tehničke crteže zajedno sa svojim dizajnom kada vaš dizajn uključuje navoje, tolerancije, specifikacije završne obrade površine ili druge komentare za operatere stroja.
Ako želite saznati više ili se raspitati, slobodno nas kontaktirajte info@anebon.com.
Vrijeme objave: 13. lipnja 2024