For å utnytte mulighetene til CNC-maskinering fullt ut, må designere designe i henhold til spesifikke produksjonsregler. Dette kan imidlertid være utfordrende fordi spesifikke industristandarder ikke eksisterer. I denne artikkelen har vi samlet en omfattende guide til beste designpraksis for CNC-maskinering. Vi har fokusert på å beskrive gjennomførbarheten til moderne CNC-systemer og har sett bort fra de tilhørende kostnadene. For en veiledning for kostnadseffektivt design av deler for CNC, se denne artikkelen.
CNC maskinering
CNC-maskinering er en subtraktiv produksjonsteknikk. I CNC brukes forskjellige skjæreverktøy som roterer med høye hastigheter (tusenvis av RPM) for å eliminere materiale fra en solid blokk for å lage en del basert på en CAD-modell. Både metaller og plast kan bearbeides med CNC.
CNC-maskinering tilbyr høy dimensjonsnøyaktighet og stramme toleranser egnet for både høyvolumsproduksjon og engangsjobber. Faktisk er det for tiden den mest kostnadseffektive metoden for å produsere metallprototyper, selv sammenlignet med 3D-utskrift.
CNC hoveddesignbegrensninger
CNC tilbyr stor designfleksibilitet, men det er visse designbegrensninger. Disse begrensningene er knyttet til den grunnleggende mekanikken i skjæreprosessen, hovedsakelig til verktøygeometri og verktøytilgang.
1. Verktøyform
De vanligste CNC-verktøyene, som endefreser og bor, er sylindriske og har begrensede skjærelengder. Når materialet fjernes fra arbeidsstykket, kopieres formen til verktøyet på den maskinerte delen.
For eksempel betyr dette at innvendige hjørner av en CNC-del alltid vil ha en radius, uavhengig av størrelsen på verktøyet som brukes.
2. Verktøyanrop
Ved fjerning av materiale nærmer verktøyet seg arbeidsstykket direkte ovenfra. Dette kan ikke gjøres med CNC-maskinering, bortsett fra underskjæringer, som vi skal diskutere senere.
Det er en god designpraksis å justere alle funksjonene til en modell, som hull, hulrom og vertikale vegger, med en av de seks hovedretningene. Dette er mer et forslag enn en begrensning, spesielt siden 5-akse CNC-systemer tilbyr avanserte arbeidsholdeegenskaper.
Verktøy er et problem når man bearbeider deler med funksjoner som har et stort sideforhold. For å nå bunnen av et dypt hulrom krever for eksempel et spesialverktøy med et langt skaft, som kan redusere endeeffektorstivheten, øke vibrasjonen og redusere oppnåelig nøyaktighet.
CNC-prosessdesignregler
Når du designer deler for CNC-bearbeiding, er en av utfordringene fraværet av spesifikke industristandarder. Dette er fordi produsenter av CNC-maskiner og verktøy kontinuerlig forbedrer sine tekniske evner, og dermed utvider spekteret av hva som kan oppnås. Nedenfor har vi gitt en tabell som oppsummerer de anbefalte og gjennomførbare verdiene for de vanligste funksjonene som finnes i CNC-maskinerte deler.
1. Lommer og utsparinger
Husk følgende tekst: "Anbefalt lommedybde: 4 ganger lommebredde. Pinnefreser har en begrenset skjærelengde, vanligvis 3-4 ganger diameteren. Når forholdet mellom dybde og bredde er lite, blir problemer som verktøyavbøyning, sponevakuering og vibrasjoner mer fremtredende. For å sikre gode resultater, begrense dybden til et hulrom til 4 ganger bredden.»
Hvis du trenger mer dybde, kan det være lurt å tenke på å designe en del med variabel hulromsdybde (se bildet ovenfor for et eksempel). Når det gjelder fresing av dype hulrom, klassifiseres et hulrom som dypt hvis dybden er mer enn seks ganger diameteren til verktøyet som brukes. Spesialverktøy tillater en maksimal dybde på 30 cm med en 1-tommers endefres, som tilsvarer et forhold mellom verktøydiameter og hulromsdybde på 30:1.
2. Innerkant
Vertikal hjørneradius: ⅓ x hulromsdybde (eller større) anbefales
Det er viktig å bruke de foreslåtte radiusverdiene for innvendig hjørne for å velge riktig størrelse verktøy og følge de anbefalte retningslinjene for hulromsdybde. En liten økning av hjørneradiusen over anbefalt verdi (f.eks. med 1 mm) gjør at verktøyet kan skjære langs en sirkulær bane i stedet for i 90° vinkel, noe som gir en bedre overflatefinish. Hvis et skarpt 90° innvendig hjørne er nødvendig, bør du vurdere å legge til en T-formet underskjæring i stedet for å redusere hjørneradius. For gulvradius er de anbefalte verdiene 0,5 mm, 1 mm eller ingen radius; Imidlertid er enhver radius akseptabel. Den nedre kanten av endefresen er flat eller lett avrundet. Andre gulvradier kan bearbeides med kuleverktøy. Det er en god praksis å følge de anbefalte verdiene, siden det er det foretrukne valget for maskinister.
3. Tynnvegg
Anbefalt minimum veggtykkelse: 0,8 mm (metall), 1,5 mm (plast); 0,5 mm (metall), 1,0 mm (plast) er akseptable
Redusering av veggtykkelsen reduserer stivheten til materialet, noe som fører til økte vibrasjoner under bearbeiding og redusert oppnåelig nøyaktighet. Plast har en tendens til å vri seg på grunn av restspenninger og mykne på grunn av økt temperatur, derfor anbefales det å bruke en større minimum veggtykkelse.
4. Hull
Diameter Standard borstørrelser anbefales. Enhver diameter større enn 1 mm er mulig. Hulltaking gjøres med bor eller endecnc frest. Borstørrelser er standardisert i metriske og britiske enheter. Reamers og boreverktøy brukes til å fullføre hull som krever stramme toleranser. For diametre mindre enn ⌀20 mm, anbefales det å bruke standarddiametre.
Maksimal dybde anbefalt 4 x nominell diameter; typisk 10 x nominell diameter; mulig 40 x nominell diameter
Hull med ikke-standard diameter bør maskineres med en endefres. I dette scenariet er grensen for maksimal hulromsdybde gjeldende, og det anbefales å bruke den maksimale dybdeverdien. Hvis du trenger å bearbeide hull dypere enn den typiske verdien, bruk et spesialbor med en minimumsdiameter på 3 mm. Blindhull maskinert med bor har en konisk base med 135° vinkel, mens hull maskinert med endefres er flate. Ved CNC-bearbeiding er det ingen spesifikk preferanse mellom gjennomgående hull og blinde hull.
5. Tråder
Minste gjengestørrelse er M2. Det anbefales å bruke M6 eller større gjenger. Innvendige gjenger lages ved hjelp av kraner, mens utvendige gjenger lages ved hjelp av dyser. Kraner og dyser kan begge brukes til å lage M2-gjenger. CNC-gjengeverktøy er mye brukt og foretrukket av maskinister fordi de reduserer risikoen for tapbrudd. CNC-gjengeverktøy kan brukes til å lage M6-gjenger.
Gjengelengde minimum 1,5 x nominell diameter; 3 x nominell diameter anbefales
De første få tennene bærer mesteparten av belastningen på gjengen (opptil 1,5 ganger den nominelle diameteren). Dermed er gjenger større enn tre ganger den nominelle diameteren unødvendig. For gjenger i blinde hull laget med tap (dvs. alle gjenger mindre enn M6), legg til en ugjenget lengde lik 1,5 ganger den nominelle diameteren til bunnen av hullet.
Når CNC-gjengeverktøy kan brukes (dvs. gjenger større enn M6), kan hullet tres gjennom hele lengden.
6. Små funksjoner
Minste anbefalte hulldiameter er 2,5 mm (0,1 tommer); et minimum på 0,05 mm (0,005 tommer) er også akseptabelt. De fleste maskinverksteder kan maskinere små hulrom og hull nøyaktig.
Alt under denne grensen regnes som mikromaskinering.CNC presisjonsfresingslike funksjoner (hvor den fysiske variasjonen av skjæreprosessen er innenfor dette området) krever spesialiserte verktøy (mikrobor) og ekspertkunnskap, så det anbefales å unngå dem med mindre det er absolutt nødvendig.
7. Toleranser
Standard: ±0,125 mm (0,005 tommer)
Typisk: ±0,025 mm (0,001 tommer)
Ytelse: ±0,0125 mm (0,0005 tommer)
Toleranser fastsetter akseptable grenser for dimensjoner. De oppnåelige toleransene avhenger av delens grunnleggende dimensjoner og geometri. Verdiene som gis er praktiske retningslinjer. I mangel av spesifiserte toleranser, vil de fleste maskinverksteder bruke en standard ±0,125 mm (0,005 tommer) toleranse.
8. Tekst og bokstaver
Anbefalt skriftstørrelse er 20 (eller større) og 5 mm skrift
Gravert tekst er å foretrekke fremfor preget tekst fordi det fjerner mindre materiale. Det anbefales å bruke en sans-serif-skrift, for eksempel Microsoft YaHei eller Verdana, med en skriftstørrelse på minst 20 poeng. Mange CNC-maskiner har forhåndsprogrammerte rutiner for disse fontene.
Maskinoppsett og delorientering
Et skjematisk diagram av en del som krever flere oppsett er vist nedenfor:
Verktøytilgang er en betydelig begrensning i utformingen av CNC-maskinering. For å nå alle overflater på en modell, må arbeidsstykket roteres flere ganger. For eksempel må delen vist på bildet ovenfor roteres tre ganger: to ganger for å bearbeide hullene i de to primære retningene og en tredje gang for å få tilgang til baksiden av delen. Hver gang arbeidsstykket roteres, må maskinen kalibreres på nytt, og et nytt koordinatsystem må defineres.
Vurder maskinoppsett når du designer av to hovedgrunner:
1. Det totale antallet maskinoppsett påvirker kostnadene. Rotering og omjustering av delen krever manuell innsats og øker den totale bearbeidingstiden. Hvis en del må roteres 3-4 ganger, er det vanligvis akseptabelt, men alt utover denne grensen er overdrevent.
2. For å oppnå maksimal relativ posisjonsnøyaktighet, må begge funksjonene maskineres i samme oppsett. Dette er fordi det nye anropstrinnet introduserer en liten (men ikke ubetydelig) feil.
Fem-akset CNC-bearbeiding
Ved bruk av 5-akset CNC-bearbeiding kan behovet for flere maskinoppsett elimineres. Flerakset CNC-bearbeiding kan produsere deler med komplekse geometrier fordi den tilbyr to ekstra rotasjonsakser.
Fem-akset CNC-bearbeiding gjør at verktøyet alltid er tangentielt til skjæreoverflaten. Dette gjør det mulig å følge mer komplekse og effektive verktøybaner, noe som resulterer i deler med bedre overflatefinish og kortere bearbeidingstid.
Imidlertid5-akset cnc-bearbeidinghar også sine begrensninger. Grunnleggende verktøygeometri og begrensninger for verktøytilgang gjelder fortsatt, for eksempel kan deler med intern geometri ikke bearbeides. I tillegg er kostnadene ved å bruke slike systemer høyere.
Utforming av underskjæringer
Underskjæringer er funksjoner som ikke kan bearbeides med standard skjæreverktøy fordi noen av overflatene deres ikke er direkte tilgjengelige ovenfra. Det er to hovedtyper av underskjæringer: T-spor og svalehale. Underskjæringer kan være ensidige eller dobbeltsidige og bearbeides med spesialverktøy.
T-spor skjæreverktøy er i utgangspunktet laget med en horisontal skjæreinnsats festet til en vertikal aksel. Bredden på et underskjæring kan variere mellom 3 mm og 40 mm. Det anbefales å bruke standarddimensjoner (dvs. hele millimeter-intervaller eller standard brøkdeler av tommer) for bredden fordi det er mer sannsynlig at verktøyet allerede er tilgjengelig.
For svalehaleverktøy er vinkelen den definerende egenskapsdimensjonen. 45° og 60° svalehaleverktøy anses som standard.
Når du designer en del med underskjæringer på innvendige vegger, husk å legge til nok klaring til verktøyet. En god tommelfingerregel er å legge til plass mellom den bearbeidede veggen og eventuelle andre innvendige vegger lik minst fire ganger dybden til underskjæringen.
For standardverktøy er det typiske forholdet mellom skjærediameteren og akseldiameteren 2:1, noe som begrenser skjæredybden. Når en ikke-standard underskjæring er nødvendig, lager maskinverksteder ofte sine egne skreddersydde underskjæringsverktøy. Dette øker ledetiden og kostnadene og bør unngås når det er mulig.
T-spor på innervegg (venstre), svalehale underskjæring (senter) og ensidig underskjæring (høyre)
Utarbeide tekniske tegninger
Vær oppmerksom på at enkelte designspesifikasjoner ikke kan inkluderes i STEP- eller IGES-filer. 2D tekniske tegninger kreves hvis modellen din inneholder ett eller flere av følgende:
Gjengede hull eller skaft
Tolererte dimensjoner
Spesifikke krav til overflatefinish
Merknader for CNC-maskinoperatører
Tommelfingerregler
1. Design delen som skal maskineres med verktøyet med størst diameter.
2. Legg til store fileter (minst ⅓ x hulromsdybde) til alle innvendige vertikale hjørner.
3. Begrens dybden til et hulrom til 4 ganger dets bredde.
4. Juster hovedtrekkene i designet langs en av de seks hovedretningene. Hvis dette ikke er mulig, velg5-akset cnc maskineringstjenester.
5. Send inn tekniske tegninger sammen med designet når designet inkluderer gjenger, toleranser, overflatefinishspesifikasjoner eller andre kommentarer for maskinoperatører.
Hvis du vil vite mer eller spørre, ta gjerne kontakt info@anebon.com.
Innleggstid: 13. juni 2024