Untuk sepenuhnya memanfaatkan kemampuan permesinan CNC, perancang harus merancang sesuai dengan aturan manufaktur tertentu. Namun, hal ini dapat menjadi tantangan karena tidak ada standar industri tertentu. Pada artikel ini, kami telah menyusun panduan komprehensif tentang praktik desain terbaik untuk pemesinan CNC. Kami fokus pada deskripsi kelayakan sistem CNC modern dan mengabaikan biaya terkait. Untuk panduan merancang komponen CNC dengan hemat biaya, lihat artikel ini.
Pemesinan CNC
Pemesinan CNC adalah teknik manufaktur subtraktif. Di CNC, berbagai alat pemotong yang berputar dengan kecepatan tinggi (ribuan RPM) digunakan untuk menghilangkan material dari blok padat guna membuat bagian berdasarkan model CAD. Baik logam maupun plastik dapat dikerjakan menggunakan CNC.
Pemesinan CNC menawarkan akurasi dimensi tinggi dan toleransi ketat yang cocok untuk produksi bervolume tinggi dan pekerjaan satu kali. Faktanya, saat ini metode ini merupakan metode yang paling hemat biaya untuk memproduksi prototipe logam, bahkan jika dibandingkan dengan pencetakan 3D.
Keterbatasan Desain Utama CNC
CNC menawarkan fleksibilitas desain yang luar biasa, namun ada batasan desain tertentu. Keterbatasan ini terkait dengan mekanisme dasar proses pemotongan, terutama geometri pahat dan akses pahat.
1. Bentuk Alat
Perkakas CNC yang paling umum, seperti pabrik akhir dan bor, berbentuk silinder dan memiliki panjang pemotongan terbatas. Saat material dikeluarkan dari benda kerja, bentuk pahat direplikasi pada bagian yang dikerjakan.
Misalnya, ini berarti sudut dalam bagian CNC akan selalu memiliki radius, berapa pun ukuran pahat yang digunakan.
2. Pemanggilan Alat
Saat mengeluarkan material, pahat mendekati benda kerja langsung dari atas. Hal ini tidak dapat dilakukan dengan permesinan CNC, kecuali untuk undercut, yang akan kita bahas nanti.
Merupakan praktik desain yang baik untuk menyelaraskan semua fitur model, seperti lubang, rongga, dan dinding vertikal, dengan salah satu dari enam arah mata angin. Hal ini lebih merupakan saran daripada batasan, terutama karena sistem CNC 5-sumbu menawarkan kemampuan penahan kerja tingkat lanjut.
Perkakas menjadi perhatian saat mengerjakan bagian dengan fitur yang memiliki rasio aspek besar. Misalnya, untuk mencapai dasar rongga yang dalam memerlukan alat khusus dengan poros panjang, yang dapat mengurangi kekakuan efektor ujung, meningkatkan getaran, dan mengurangi akurasi yang dapat dicapai.
Aturan Desain Proses CNC
Saat merancang suku cadang untuk pemesinan CNC, salah satu tantangannya adalah tidak adanya standar industri tertentu. Hal ini karena produsen mesin dan perkakas CNC terus meningkatkan kemampuan teknisnya, sehingga memperluas jangkauan pencapaiannya. Di bawah ini, kami telah menyediakan tabel yang merangkum nilai yang direkomendasikan dan layak untuk fitur paling umum yang ditemukan pada komponen mesin CNC.
1. Kantong dan Relung
Ingat teks berikut: “Kedalaman Kantong yang Direkomendasikan: 4 Kali Lebar Kantong. Pabrik akhir memiliki panjang pemotongan yang terbatas, biasanya 3-4 kali diameternya. Ketika rasio kedalaman terhadap lebar kecil, permasalahan seperti defleksi pahat, evakuasi chip, dan getaran menjadi lebih menonjol. Untuk memastikan hasil yang baik, batasi kedalaman rongga hingga 4 kali lebarnya.”
Jika Anda membutuhkan lebih banyak kedalaman, Anda mungkin ingin mempertimbangkan untuk mendesain bagian dengan kedalaman rongga yang bervariasi (lihat gambar di atas sebagai contoh). Untuk deep rongga milling, suatu rongga tergolong dalam jika kedalamannya lebih dari enam kali diameter pahat yang digunakan. Perkakas khusus memungkinkan kedalaman maksimum 30 cm dengan end mill berdiameter 1 inci, yang setara dengan rasio diameter pahat terhadap kedalaman rongga sebesar 30:1.
2. Tepi bagian dalam
Jari-jari sudut vertikal: ⅓ x kedalaman rongga (atau lebih besar) yang direkomendasikan
Penting untuk menggunakan nilai radius sudut dalam yang disarankan untuk memilih alat ukuran yang tepat dan mematuhi pedoman kedalaman rongga yang disarankan. Meningkatkan sedikit radius sudut di atas nilai yang direkomendasikan (misalnya, sebesar 1 mm) memungkinkan pahat memotong sepanjang jalur melingkar, bukan pada sudut 90°, sehingga menghasilkan permukaan akhir yang lebih baik. Jika diperlukan sudut dalam yang tajam 90°, pertimbangkan untuk menambahkan potongan bawah berbentuk T daripada mengurangi radius sudut. Untuk radius lantai, nilai yang disarankan adalah 0,5 mm, 1 mm, atau tanpa radius; namun, radius berapa pun dapat diterima. Tepi bawah end mill berbentuk datar atau agak membulat. Jari-jari lantai lainnya dapat dikerjakan menggunakan alat ujung bola. Mematuhi nilai-nilai yang direkomendasikan adalah praktik yang baik karena merupakan pilihan utama bagi masinis.
3. Dinding Tipis
Rekomendasi ketebalan dinding minimum: 0,8 mm (logam), 1,5 mm (plastik); 0,5 mm (logam), 1,0 mm (plastik) dapat diterima
Mengurangi ketebalan dinding akan mengurangi kekakuan material, menyebabkan peningkatan getaran selama pemesinan dan mengurangi akurasi yang dapat dicapai. Plastik cenderung melengkung karena tegangan sisa dan melunak karena peningkatan suhu, oleh karena itu disarankan untuk menggunakan ketebalan dinding minimum yang lebih besar.
4. Lubang
Diameter Ukuran bor standar direkomendasikan. Diameter apa pun yang lebih besar dari 1 mm dapat dilakukan. Pembuatan lubang dilakukan dengan bor atau ujungdigiling dengan cnc. Ukuran bor distandarisasi dalam satuan metrik dan imperial. Reamer dan alat bor digunakan untuk menyelesaikan lubang yang memerlukan toleransi ketat. Untuk diameter kurang dari ⌀20 mm, disarankan menggunakan diameter standar.
Kedalaman maksimum yang direkomendasikan 4 x diameter nominal; tipikal 10 x diameter nominal; layak 40 x diameter nominal
Lubang berdiameter non-standar harus dikerjakan menggunakan end mill. Dalam skenario ini, batas kedalaman rongga maksimum berlaku, dan disarankan untuk menggunakan nilai kedalaman maksimum. Jika Anda perlu membuat lubang lebih dalam dari nilai biasanya, gunakan bor khusus dengan diameter minimal 3 mm. Lubang buta yang dikerjakan dengan bor memiliki alas yang meruncing dengan sudut 135°, sedangkan lubang yang dikerjakan dengan end mill berbentuk datar. Dalam pemesinan CNC, tidak ada preferensi khusus antara lubang tembus dan lubang buta.
5. Utas
Ukuran benang minimum adalah M2. Disarankan untuk menggunakan thread M6 atau lebih besar. Thread internal dibuat menggunakan tap, sedangkan thread eksternal dibuat menggunakan die. Tap dan die keduanya dapat digunakan untuk membuat thread M2. Alat penguliran CNC banyak digunakan dan disukai oleh masinis karena mengurangi risiko kerusakan tap. Alat threading CNC dapat digunakan untuk membuat thread M6.
Panjang benang minimal 1,5 x diameter nominal; Direkomendasikan 3 x diameter nominal
Beberapa gigi awal menanggung sebagian besar beban pada ulir (hingga 1,5 kali diameter nominal). Oleh karena itu, benang yang lebih besar dari tiga kali diameter nominal tidak diperlukan. Untuk ulir pada lubang buta yang dibuat dengan keran (yaitu semua ulir lebih kecil dari M6), tambahkan panjang tak berulir sebesar 1,5 kali diameter nominal ke dasar lubang.
Jika alat penguliran CNC dapat digunakan (yaitu ulir yang lebih besar dari M6), lubang dapat diulir sepanjang keseluruhannya.
6. Fitur Kecil
Diameter lubang minimum yang disarankan adalah 2,5 mm (0,1 in); minimum 0,05 mm (0,005 in) juga dapat diterima. Sebagian besar bengkel mesin dapat mengerjakan rongga dan lubang kecil secara akurat.
Apa pun yang berada di bawah batas ini dianggap sebagai pemesinan mikro.Penggilingan presisi CNCfitur-fitur tersebut (di mana variasi fisik proses pemotongan berada dalam kisaran ini) memerlukan alat khusus (bor mikro) dan pengetahuan ahli, sehingga disarankan untuk menghindarinya kecuali benar-benar diperlukan.
7. Toleransi
Standar: ±0,125 mm (0,005 inci)
Khas: ±0,025 mm (0,001 inci)
Performa: ±0,0125 mm (0,0005 inci)
Toleransi menetapkan batas dimensi yang dapat diterima. Toleransi yang dapat dicapai bergantung pada dimensi dasar dan geometri bagian tersebut. Nilai-nilai yang diberikan merupakan pedoman praktis. Jika tidak ada toleransi yang ditentukan, sebagian besar bengkel mesin akan menggunakan toleransi standar ±0,125 mm (0,005 in).
8. Teks dan Huruf
Ukuran font yang disarankan adalah 20 (atau lebih besar), dan huruf 5 mm
Teks terukir lebih disukai daripada teks timbul karena menghilangkan lebih sedikit material. Disarankan menggunakan font sans-serif seperti Microsoft YaHei atau Verdana dengan ukuran font minimal 20 point. Banyak mesin CNC memiliki rutinitas yang telah diprogram sebelumnya untuk font ini.
Pengaturan Mesin dan Orientasi Bagian
Diagram skema bagian yang memerlukan beberapa pengaturan ditunjukkan di bawah ini:
Akses alat merupakan batasan signifikan dalam desain pemesinan CNC. Untuk menjangkau seluruh permukaan model, benda kerja harus diputar beberapa kali. Misalnya, bagian yang ditunjukkan pada gambar di atas perlu diputar tiga kali: dua kali untuk membuat lubang pada dua arah utama dan ketiga kalinya untuk mengakses bagian belakang bagian tersebut. Setiap kali benda kerja diputar, mesin harus dikalibrasi ulang, dan sistem koordinat baru harus ditentukan.
Pertimbangkan pengaturan mesin saat mendesain karena dua alasan utama:
1. Jumlah total penyetelan mesin mempengaruhi biaya. Memutar dan menyelaraskan kembali komponen memerlukan upaya manual dan meningkatkan total waktu pemesinan. Jika suatu bagian perlu diputar 3-4 kali, biasanya hal ini dapat diterima, tetapi melebihi batas ini adalah berlebihan.
2. Untuk mencapai akurasi posisi relatif maksimum, kedua fitur harus dikerjakan dalam pengaturan yang sama. Hal ini karena langkah panggilan baru menimbulkan kesalahan kecil (namun tidak dapat diabaikan).
Pemesinan CNC Lima Sumbu
Saat menggunakan pemesinan CNC 5 sumbu, kebutuhan akan beberapa pengaturan mesin dapat dihilangkan. Pemesinan CNC multi-sumbu dapat memproduksi komponen dengan geometri kompleks karena menawarkan dua sumbu rotasi tambahan.
Pemesinan CNC lima sumbu memungkinkan pahat selalu bersinggungan dengan permukaan pemotongan. Hal ini memungkinkan lintasan pahat yang lebih kompleks dan efisien untuk diikuti, sehingga menghasilkan komponen dengan penyelesaian permukaan yang lebih baik dan waktu pemesinan yang lebih singkat.
Namun,mesin cnc 5 sumbujuga mempunyai keterbatasan. Geometri pahat dasar dan pembatasan akses pahat masih berlaku, misalnya, komponen dengan geometri internal tidak dapat dikerjakan. Selain itu, biaya penggunaan sistem seperti itu lebih tinggi.
Merancang Undercut
Undercut adalah fitur yang tidak dapat dikerjakan dengan alat pemotong standar karena beberapa permukaannya tidak dapat diakses langsung dari atas. Ada dua tipe utama undercut: T-slot dan pas. Pemotongan dapat dilakukan satu sisi atau dua sisi dan dikerjakan dengan alat khusus.
Alat pemotong T-slot pada dasarnya dibuat dengan sisipan pemotong horizontal yang dipasang pada poros vertikal. Lebar undercut dapat bervariasi antara 3 mm dan 40 mm. Direkomendasikan untuk menggunakan dimensi standar (yaitu, pertambahan seluruh milimeter atau pecahan standar dalam inci) untuk lebarnya karena kemungkinan besar perkakas sudah tersedia.
Untuk alat pas, sudut adalah dimensi fitur yang menentukan. Perkakas pas 45° dan 60° dianggap standar.
Saat mendesain bagian dengan potongan di bagian dalam dinding, ingatlah untuk menambahkan jarak yang cukup untuk alat tersebut. Aturan praktis yang baik adalah menambahkan ruang antara dinding yang dikerjakan dan dinding bagian dalam lainnya yang setara dengan setidaknya empat kali kedalaman potongan bawah.
Untuk perkakas standar, rasio tipikal antara diameter pemotongan dan diameter poros adalah 2:1, sehingga membatasi kedalaman pemotongan. Jika diperlukan undercut non-standar, bengkel mesin sering kali membuat alat undercut khusus sendiri. Hal ini meningkatkan waktu tunggu dan biaya dan harus dihindari sebisa mungkin.
Slot-T pada dinding bagian dalam (kiri), undercut pas (tengah), dan undercut satu sisi (kanan)
Penyusunan Gambar Teknik
Harap diperhatikan bahwa beberapa spesifikasi desain tidak dapat disertakan dalam file STEP atau IGES. Gambar teknik 2D diperlukan jika model Anda mencakup satu atau lebih hal berikut:
Lubang atau poros berulir
Dimensi yang ditoleransi
Persyaratan penyelesaian permukaan tertentu
Catatan untuk operator mesin CNC
Aturan praktis
1. Rancang bagian yang akan dikerjakan dengan alat berdiameter terbesar.
2. Tambahkan fillet besar (setidaknya ⅓ x kedalaman rongga) ke semua sudut vertikal bagian dalam.
3. Batasi kedalaman rongga hingga 4 kali lebarnya.
4. Sejajarkan fitur utama desain Anda di sepanjang salah satu dari enam arah mata angin. Jika ini tidak memungkinkan, pilihlahLayanan pemesinan cnc 5 sumbu.
5. Kirimkan gambar teknis beserta desain Anda bila desain Anda mencakup ulir, toleransi, spesifikasi permukaan akhir, atau komentar lain untuk operator mesin.
Jika Anda ingin tahu lebih banyak atau bertanya, jangan ragu untuk menghubungi info@anebon.com.
Waktu posting: 13 Juni 2024