12 לקחים מרכזיים שנלמדו בעיבוד שבבי CNC

כדי לנצל באופן מלא את היכולות של עיבוד שבבי CNC, על המעצבים לתכנן לפי כללי ייצור ספציפיים. עם זאת, זה יכול להיות מאתגר מכיוון שלא קיימים תקנים ספציפיים בתעשייה. במאמר זה, ריכזנו מדריך מקיף לשיטות התכנון הטובות ביותר עבור עיבוד CNC. התמקדנו בתיאור ההיתכנות של מערכות CNC מודרניות והתעלמנו מהעלויות הנלוות. למדריך לתכנון חלקים ל-CNC בצורה חסכונית, עיין במאמר זה.

עיבוד CNC

עיבוד CNC הוא טכניקת ייצור חיסורית. ב-CNC, כלי חיתוך שונים המסתובבים במהירויות גבוהות (אלפי סל"ד) משמשים לסילוק חומר מבלוק מוצק על מנת ליצור חלק המבוסס על מודל CAD. ניתן לעבד גם מתכות וגם פלסטיק באמצעות CNC.

עיבוד CNC מציע דיוק ממדי גבוה וסובלנות הדוקה המתאימים לייצור בנפח גבוה וגם לעבודות חד פעמיות. למעשה, זוהי כיום השיטה החסכונית ביותר לייצור אבות טיפוס ממתכת, גם בהשוואה להדפסת תלת מימד.

מגבלות עיצוב עיקריות של CNC

CNC מציע גמישות עיצובית רבה, אך ישנן מגבלות עיצוביות מסוימות. מגבלות אלו קשורות למכניקה הבסיסית של תהליך החיתוך, בעיקר לגיאומטריית הכלים ולגישה לכלים.

1. צורת כלי

כלי ה-CNC הנפוצים ביותר, כגון כרסום קצה ומקדחות, הם גליליים ובעלי אורכי חיתוך מוגבלים. כאשר החומר מוסר מחומר העבודה, צורת הכלי משוכפלת על החלק המעובד.
לדוגמה, זה אומר שלפינות פנימיות של חלק CNC תמיד יהיה רדיוס, ללא קשר לגודל הכלי שבו נעשה שימוש.

2. Call Call
בעת הסרת חומר, הכלי מתקרב לחומר העבודה ישירות מלמעלה. לא ניתן לעשות זאת עם עיבוד CNC, למעט חתכים תחתונים, עליהם נדון בהמשך.

זוהי תרגול עיצוב טוב ליישר את כל התכונות של דגם, כגון חורים, חללים וקירות אנכיים, עם אחד מששת הכיוונים הקרדינליים. זו יותר הצעה מאשר הגבלה, במיוחד מכיוון שמערכות CNC 5 צירים מציעות יכולות מתקדמות להחזיק עבודה.

כלי עבודה הם דאגה בעת עיבוד של חלקים עם תכונות בעלות יחס רוחב-גובה גדול. לדוגמה, הגעה לתחתית חלל עמוק דורשת כלי מיוחד עם מוט ארוך, שיכול להפחית את קשיחות האפקטור הקצה, להגביר את הרטט ולהפחית את הדיוק שניתן להשיג.

כללי עיצוב תהליך CNC

בעת תכנון חלקים עבור עיבוד CNC, אחד האתגרים הוא היעדר תקנים ספציפיים בתעשייה. הסיבה לכך היא שיצרני מכונות וכלי CNC משפרים ללא הרף את היכולות הטכניות שלהם, ובכך מרחיבים את מגוון מה שניתן להשיג. להלן, סיפקנו טבלה המסכמת את הערכים המומלצים והאפשריים עבור התכונות הנפוצות ביותר שנמצאות בחלקים בעיבוד CNC.

1. כיסים ושקעים

זכור את הטקסט הבא: "עומק כיס מומלץ: פי 4 רוחב כיס. לטחנות קצה יש אורך חיתוך מוגבל, בדרך כלל פי 3-4 מקוטרם. כאשר יחס העומק לרוחב קטן, נושאים כמו סטיית הכלים, פינוי שבבים ורטט הופכות בולטות יותר. כדי להבטיח תוצאות טובות, הגבילו את עומק החלל לפי 4 מרוחבו."

אם אתה צריך יותר עומק, אולי תרצה לחשוב על עיצוב חלק עם עומק חלל משתנה (ראה את התמונה למעלה לדוגמא). כשמדובר בכרסום חלל עמוק, חלל מסווג כעומק אם עומקו גדול משישה מקוטר הכלי בו נעשה שימוש. כלי עבודה מיוחדים מאפשרים עומק מרבי של 30 ס"מ עם כרסום קצה בקוטר 1 אינץ', השווה ליחס בין קוטר כלי לעומק חלל של 30:1.

2. קצה פנימי
רדיוס פינתי אנכי: ⅓ x עומק חלל (או יותר) מומלץ

חשוב להשתמש בערכי רדיוס הפינה הפנימית המוצעים לבחירת הכלי בגודל המתאים ולהקפיד על הנחיות עומק החלל המומלצות. הגדלה קלה של רדיוס הפינות מעל הערך המומלץ (למשל ב-1 מ"מ) מאפשרת לכלי לחתוך לאורך מסלול מעגלי במקום בזווית של 90°, מה שמביא לגימור פני שטח טוב יותר. אם יש צורך בפינה פנימית חדה של 90°, שקול להוסיף חתך בצורת T במקום להקטין את רדיוס הפינה. עבור רדיוס רצפה, הערכים המומלצים הם 0.5 מ"מ, 1 מ"מ, או ללא רדיוס; עם זאת, כל רדיוס מקובל. הקצה התחתון של טחנת הקצה שטוח או מעוגל מעט. רדיוסי רצפה אחרים ניתנים לעיבוד באמצעות כלי קצה כדוריים. הקפדה על הערכים המומלצים היא תרגול טוב שכן זוהי הבחירה המועדפת על מכונאים.

3. קיר דק

המלצות עובי דופן מינימלי: 0.8 מ"מ (מתכת), 1.5 מ"מ (פלסטיק); 0.5 מ"מ (מתכת), 1.0 מ"מ (פלסטיק) מקובלים

הפחתת עובי הדופן מפחיתה את קשיחות החומר, מה שמוביל לתנודות מוגברות במהלך העיבוד ולרמת הדיוק המופחתת שניתן להשיג. לפלסטיק יש נטייה להתעקם עקב מתחים שיוריים ולהתרכך עקב עליית הטמפרטורה, לכן, מומלץ להשתמש בעובי דופן מינימלי גדול יותר.

4. חור
קוטר מומלצים גדלי מקדחים סטנדרטיים. כל קוטר גדול מ-1 מ"מ אפשרי. יצירת חורים מתבצעת עם מקדחה או קצהcnc כרסום. גדלי מקדחים סטנדרטיים ביחידות מטריות ואימפריאליות. חולצים וכלים משעממים משמשים לגימור חורים הדורשים סובלנות הדוקה. בקטרים של פחות מ-⌀20 מ"מ, רצוי להשתמש בקטרים סטנדרטיים.

עומק מרבי מומלץ 4 x קוטר נומינלי; קוטר נומינלי 10 x טיפוסי; אפשרי 40 x קוטר נומינלי
יש לעבד חורים בקוטר לא סטנדרטיים באמצעות מכונת קצה. בתרחיש זה, מגבלת עומק החלל המקסימלית חלה, ומומלץ להשתמש בערך העומק המרבי. אם אתה צריך לעבד חורים עמוקים יותר מהערך הטיפוסי, השתמש במקדחה מיוחדת בקוטר מינימלי של 3 מ"מ. לחורים עיוורים המעובדים עם מקדחה יש בסיס מחודד עם זווית של 135°, בעוד שהחורים המעובדים עם חרסנת קצה הם שטוחים. בעיבוד CNC, אין העדפה ספציפית בין חורים דרך וחורים עיוורים.

5. חוטים
גודל החוט המינימלי הוא M2. מומלץ להשתמש בחוטים M6 או יותר. חוטים פנימיים נוצרים באמצעות ברזים, בעוד חוטים חיצוניים נוצרים באמצעות תבניות. ניתן להשתמש גם ברזים וגם במות ליצירת חוטי M2. כלי השחלה CNC נמצאים בשימוש נרחב ומועדפים על ידי מכונאים מכיוון שהם מפחיתים את הסיכון לשבירת ברז. ניתן להשתמש בכלי השחלת CNC ליצירת חוטי M6.

אורך חוט מינימום 1.5 x קוטר נומינלי; מומלץ 3x קוטר נומינלי

מספר השיניים הראשוניות נושאות את רוב העומס על החוט (עד פי 1.5 מהקוטר הנומינלי). לפיכך, חוטים גדולים מפי שלושה מהקוטר הנומינלי אינם נחוצים. עבור חוטים בחורים עיוורים העשויים עם ברז (כלומר כל החוטים קטנים מ-M6), הוסף אורך לא מושחל שווה פי 1.5 מהקוטר הנומינלי לתחתית החור.

כאשר ניתן להשתמש בכלי השחלה CNC (כלומר חוטים גדולים מ-M6), ניתן להשחיל את החור לכל אורכו.

6. תכונות קטנות
קוטר החור המינימלי המומלץ הוא 2.5 מ"מ (0.1 אינץ'); גם מינימום של 0.05 מ"מ (0.005 אינץ') מקובל. רוב חנויות המכונות יכולות לעבד במדויק חללים וחורים קטנים.

כל דבר מתחת לגבול זה נחשב למיקרו-עיבוד.כרסום CNC מדויקתכונות כאלה (כאשר הווריאציה הפיזית של תהליך החיתוך היא בטווח זה) דורשות כלים מיוחדים (מיקרו מקדחות) וידע מומחה, ולכן מומלץ להימנע מהם אלא אם כן הכרחי.

7. סובלנות
סטנדרטי: ±0.125 מ"מ (0.005 אינץ')
טיפוסי: ±0.025 מ"מ (0.001 אינץ')
ביצועים: ±0.0125 מ"מ (0.0005 אינץ')

סובלנות קובעות את הגבולות המקובלים למידות. הסבולות הניתנות להשגה תלויות במידות הבסיסיות ובגיאומטריה של החלק. הערכים המסופקים הם קווים מנחים מעשיים. בהיעדר סובלנות מוגדרות, רוב חנויות המכונות ישתמשו בסובלנות סטנדרטית של ±0.125 מ"מ (0.005 אינץ').

8. טקסט ואותיות
גודל הגופן המומלץ הוא 20 (או יותר), ואותיות של 5 מ"מ

טקסט חרוט עדיף על טקסט מובלט מכיוון שהוא מסיר פחות חומר. מומלץ להשתמש בפונט ללא סריף, כמו Microsoft YaHei או Verdana, בגודל גופן של 20 נקודות לפחות. למכונות CNC רבות יש שגרות מתוכנתות מראש עבור גופנים אלה.

הגדרת מכונה וכיוון חלק
תרשים סכמטי של חלק הדורש הגדרות מרובות מוצג להלן:

גישה לכלים היא מגבלה משמעותית בתכנון של עיבוד CNC. כדי להגיע לכל המשטחים של הדגם, יש לסובב את חומר העבודה מספר פעמים. לדוגמה, יש לסובב את החלק המוצג בתמונה למעלה שלוש פעמים: פעמיים כדי לעבד את החורים בשני הכיוונים הראשיים ופעם שלישית כדי לגשת לחלק האחורי. בכל פעם שחומר העבודה מסובב, יש לכייל מחדש את המכונה, ויש להגדיר מערכת קואורדינטות חדשה.

שקול את הגדרות המכונה בעת התכנון משתי סיבות עיקריות:
1. המספר הכולל של הגדרות המכונה משפיע על העלות. סיבוב ויישור החלק מחדש דורש מאמץ ידני ומגדיל את זמן העיבוד הכולל. אם צריך לסובב חלק 3-4 פעמים, זה בדרך כלל מקובל, אבל כל דבר מעבר לגבול זה מוגזם.
2. כדי להשיג דיוק מיקום יחסי מרבי, יש לעבד את שתי התכונות באותה הגדרה. הסיבה לכך היא ששלב השיחה החדש מציג שגיאה קטנה (אך לא זניחה).

עיבוד CNC בעל חמישה צירים

בעת שימוש בעיבוד CNC 5 צירים, ניתן לבטל את הצורך בהגדרות מכונה מרובות. עיבוד CNC רב צירי יכול לייצר חלקים בעלי גיאומטריות מורכבות מכיוון שהוא מציע שני צירי סיבוב נוספים.

עיבוד CNC בעל חמישה צירים מאפשר לכלי להיות תמיד משיק למשטח החיתוך. זה מאפשר לעקוב אחר נתיבי כלים מורכבים ויעילים יותר, וכתוצאה מכך חלקים בעלי גימור משטח טוב יותר וזמני עיבוד קצרים יותר.

אוּלָם,עיבוד cnc 5 ציריםיש גם מגבלות. גיאומטריית הכלים הבסיסית והגבלות הגישה לכלי עדיין חלות, לדוגמה, חלקים בעלי גיאומטריה פנימית לא ניתנים לעיבוד. בנוסף, עלות השימוש במערכות כאלה גבוהה יותר.

עיצוב תחתונים

חתכים תחתונים הם מאפיינים שלא ניתן לעבד אותם עם כלי חיתוך סטנדרטיים מכיוון שחלק מהמשטחים שלהם אינם נגישים ישירות מלמעלה. ישנם שני סוגים עיקריים של חתכים: חריצי T ו-dovetails. חתכים תחתונים יכולים להיות חד-צדדיים או דו-צדדיים והם מעובדים עם כלים מיוחדים.

כלי חיתוך חריץ T מיוצרים בעצם עם מוסיף חיתוך אופקי המחובר לפיר אנכי. רוחב החתך יכול לנוע בין 3 מ"מ ל-40 מ"מ. מומלץ להשתמש במידות סטנדרטיות (כלומר, מרווחים שלמים של מילימטרים או שברים סטנדרטיים של אינצ'ים) עבור הרוחב מכיוון שסביר יותר שהכלים כבר יהיו זמינים.

עבור כלי זנב יונים, הזווית היא ממד התכונה המגדיר. כלים 45° ו- 60° זנב יונים נחשבים סטנדרטיים.

בעת תכנון חלק עם חתכים תחתונים על הקירות הפנימיים, זכור להוסיף מספיק מרווח עבור הכלי. כלל אצבע טוב הוא להוסיף מרווח בין הקיר המעובד לכל קירות פנימיים אחרים השווים לפחות פי ארבעה מעומק החתך.

עבור כלים סטנדרטיים, היחס האופייני בין קוטר החיתוך לקוטר הפיר הוא 2:1, המגביל את עומק החיתוך. כאשר נדרשת חיתוך לא סטנדרטי, חנויות מכונות מייצרות לרוב כלי חיתוך מותאמים אישית משלהן. זה מגדיל את זמן ההובלה והעלות ויש להימנע ממנו בכל הזדמנות אפשרית.