Aby w pełni wykorzystać możliwości obróbki CNC, projektanci muszą projektować według określonych zasad produkcyjnych. Może to jednak stanowić wyzwanie, ponieważ nie istnieją określone standardy branżowe. W tym artykule przygotowaliśmy kompleksowy przewodnik po najlepszych praktykach projektowych w zakresie obróbki CNC. Skupiliśmy się na opisaniu wykonalności nowoczesnych systemów CNC i pominęliśmy związane z tym koszty. Przewodnik po ekonomicznym projektowaniu części do CNC można znaleźć w tym artykule.
Obróbka CNC
Obróbka CNC jest subtraktywną techniką wytwarzania. W CNC stosuje się różne narzędzia skrawające, które obracają się z dużymi prędkościami (tysiące obr./min) w celu wyeliminowania materiału z litego bloku w celu stworzenia części na podstawie modelu CAD. Za pomocą CNC można obrabiać zarówno metale, jak i tworzywa sztuczne.
Obróbka CNC zapewnia wysoką dokładność wymiarową i wąskie tolerancje, odpowiednie zarówno w przypadku produkcji wielkoseryjnej, jak i zleceń jednorazowych. Tak naprawdę jest to obecnie najbardziej opłacalna metoda wytwarzania prototypów metalowych, nawet w porównaniu z drukiem 3D.
Główne ograniczenia konstrukcyjne CNC
CNC oferuje dużą elastyczność projektowania, ale istnieją pewne ograniczenia projektowe. Ograniczenia te związane są z podstawową mechaniką procesu skrawania, głównie z geometrią narzędzia i dostępem do narzędzia.
1. Kształt narzędzia
Najpopularniejsze narzędzia CNC, takie jak frezy palcowe i wiertła, są cylindryczne i mają ograniczoną długość skrawania. W miarę usuwania materiału z przedmiotu obrabianego kształt narzędzia jest odtwarzany na obrabianej części.
Oznacza to na przykład, że wewnętrzne narożniki części CNC zawsze będą miały promień, niezależnie od rozmiaru użytego narzędzia.
2. Wywoływanie narzędzi
Podczas usuwania materiału narzędzie zbliża się do przedmiotu obrabianego bezpośrednio od góry. Nie można tego zrobić w przypadku obróbki CNC, z wyjątkiem podcięć, które omówimy później.
Dobrą praktyką projektową jest wyrównanie wszystkich cech modelu, takich jak otwory, wnęki i pionowe ściany, z jednym z sześciu głównych kierunków. Jest to bardziej sugestia niż ograniczenie, zwłaszcza że 5-osiowe systemy CNC oferują zaawansowane możliwości utrzymywania pracy.
Oprzyrządowanie stanowi problem podczas obróbki części o cechach o dużym współczynniku kształtu. Na przykład dotarcie do dna głębokiej wnęki wymaga specjalistycznego narzędzia z długim trzonkiem, które może zmniejszyć sztywność efektora końcowego, zwiększyć wibracje i zmniejszyć osiągalną dokładność.
Zasady projektowania procesów CNC
Przy projektowaniu części do obróbki CNC jednym z wyzwań jest brak określonych standardów branżowych. Dzieje się tak dlatego, że producenci maszyn i narzędzi CNC stale zwiększają swoje możliwości techniczne, poszerzając tym samym zakres tego, co można osiągnąć. Poniżej przedstawiamy tabelę podsumowującą zalecane i możliwe wartości dla najczęstszych cech występujących w częściach obrabianych CNC.
1. Kieszenie i wgłębienia
Zapamiętaj następujący tekst: „Zalecana głębokość kieszeni: 4-krotność szerokości kieszeni. Frezy palcowe mają ograniczoną długość skrawania, zwykle 3-4-krotność ich średnicy. Gdy stosunek głębokości do szerokości jest mały, problemy takie jak ugięcie narzędzia, odprowadzanie wiórów i wibracje stają się bardziej widoczne. Aby zapewnić dobre rezultaty, należy ograniczyć głębokość ubytku do 4-krotności jego szerokości.
Jeśli potrzebujesz większej głębi, możesz pomyśleć o zaprojektowaniu części ze zmienną głębokością wnęki (przykład patrz ilustracja powyżej). Jeśli chodzi o frezowanie głębokich wnęk, wgłębienie jest klasyfikowane jako głębokie, jeśli jego głębokość jest większa niż sześciokrotność średnicy używanego narzędzia. Specjalne oprzyrządowanie pozwala na uzyskanie maksymalnej głębokości 30 cm przy frezie walcowo-czołowym o średnicy 1 cala, co odpowiada stosunkowi średnicy narzędzia do głębokości wgłębienia wynoszącemu 30:1.
2. Krawędź wewnętrzna
Promień naroża pionowego: zalecany ⅓ x głębokość wnęki (lub większa).
Ważne jest, aby przy wyborze narzędzia o odpowiednim rozmiarze stosować sugerowane wartości promienia narożnika wewnętrznego i przestrzegać zalecanych wytycznych dotyczących głębokości wnęki. Nieznaczne zwiększenie promienia naroża powyżej zalecanej wartości (np. o 1 mm) umożliwia cięcie narzędziem po torze kołowym zamiast pod kątem 90°, co skutkuje lepszym wykończeniem powierzchni. Jeśli potrzebny jest ostry narożnik wewnętrzny o kącie 90°, rozważ dodanie podcięcia w kształcie litery T zamiast zmniejszania promienia narożnika. W przypadku promienia podłogi zalecane wartości to 0,5 mm, 1 mm lub brak promienia; jednakże dopuszczalny jest dowolny promień. Dolna krawędź frezu końcowego jest płaska lub lekko zaokrąglona. Inne promienie podłóg można obrabiać za pomocą narzędzi z końcówką kulistą. Przestrzeganie zalecanych wartości jest dobrą praktyką, ponieważ jest to preferowany wybór dla mechaników.
3. Cienka ściana
Zalecenia dotyczące minimalnej grubości ścianki: 0,8 mm (metal), 1,5 mm (tworzywo sztuczne); Dopuszczalne są 0,5 mm (metal), 1,0 mm (tworzywo sztuczne).
Zmniejszenie grubości ścianki powoduje zmniejszenie sztywności materiału, co prowadzi do zwiększonych drgań podczas obróbki i zmniejszenia osiągalnej dokładności. Tworzywa sztuczne mają tendencję do wypaczania się pod wpływem naprężeń własnych i mięknięcia pod wpływem podwyższonej temperatury, dlatego zaleca się stosowanie większej minimalnej grubości ścianki.
4. Dziura
Średnica Zalecane są wiertła o standardowych rozmiarach. Możliwa jest każda średnica większa niż 1 mm. Wykonywanie otworów odbywa się za pomocą wiertła lub końcówkifrezowane CNC. Rozmiary wierteł są znormalizowane w jednostkach metrycznych i imperialnych. Rozwiertaki i narzędzia wytaczarskie służą do wykańczania otworów wymagających wąskich tolerancji. Dla średnic mniejszych niż ⌀20 mm zaleca się stosowanie średnic standardowych.
Zalecana maksymalna głębokość 4 x średnica nominalna; typowo 10 x średnica nominalna; możliwe 40 x średnica nominalna
Otwory o średnicach niestandardowych należy obrabiać frezem walcowo-czołowym. W tym scenariuszu obowiązuje limit maksymalnej głębokości wgłębienia i zaleca się stosowanie wartości maksymalnej głębokości. Jeżeli zachodzi potrzeba wykonania otworów głębszych niż typowa wartość, należy zastosować specjalne wiertło o średnicy minimum 3 mm. Otwory ślepe obrobione wiertłem mają podstawę stożkową o kącie 135°, natomiast otwory obrobione frezem walcowo-czołowym są płaskie. W obróbce CNC nie ma szczególnej preferencji pomiędzy otworami przelotowymi i nieprzelotowymi.
5. Wątki
Minimalny rozmiar gwintu to M2. Zaleca się stosowanie gwintów M6 lub większych. Gwinty wewnętrzne tworzone są za pomocą gwintowników, natomiast gwinty zewnętrzne za pomocą narzynek. Do tworzenia gwintów M2 można używać zarówno kranów, jak i matryc. Narzędzia do gwintowania CNC są szeroko stosowane i preferowane przez mechaników, ponieważ zmniejszają ryzyko złamania gwintownika. Do tworzenia gwintów M6 można używać narzędzi do gwintowania CNC.
Długość gwintu minimum 1,5 x średnica nominalna; Zalecane 3 x średnica nominalna
Początkowe kilka zębów przenosi większość obciążenia gwintu (do 1,5 średnicy nominalnej). Zatem gwinty większe niż trzykrotna średnica nominalna są niepotrzebne. W przypadku gwintów w otworach nieprzelotowych wykonanych za pomocą gwintownika (tzn. wszystkich gwintów mniejszych niż M6) należy dodać do dna otworu długość niegwintowaną równą 1,5 średnicy nominalnej.
Gdy można zastosować narzędzia do gwintowania CNC (tj. gwinty większe niż M6), otwór można gwintować na całej długości.
6. Małe funkcje
Minimalna zalecana średnica otworu wynosi 2,5 mm (0,1 cala); dopuszczalne jest również minimum 0,05 mm (0,005 cala). Większość warsztatów mechanicznych może dokładnie obrabiać małe wgłębienia i otwory.
Wszystko poniżej tego limitu jest uważane za mikroobróbkę.Precyzyjne frezowanie CNCtakie cechy (w przypadku, gdy zmienność fizyczna procesu skrawania mieści się w tym zakresie) wymagają specjalistycznych narzędzi (mikrowierteł) i specjalistycznej wiedzy, dlatego zaleca się ich unikać, jeśli nie jest to absolutnie konieczne.
7. Tolerancje
Standard: ±0,125 mm (0,005 cala)
Typowo: ±0,025 mm (0,001 cala)
Wydajność: ±0,0125 mm (0,0005 cala)
Tolerancje określają dopuszczalne granice wymiarów. Osiągalne tolerancje zależą od podstawowych wymiarów i geometrii części. Podane wartości stanowią praktyczne wytyczne. W przypadku braku określonych tolerancji większość warsztatów mechanicznych zastosuje standardową tolerancję ± 0,125 mm (0,005 cala).
8. Tekst i napisy
Zalecany rozmiar czcionki to 20 (lub większy) i wielkość liter 5 mm
Tekst grawerowany jest lepszy od tekstu tłoczonego, ponieważ usuwa mniej materiału. Zaleca się stosowanie czcionki bezszeryfowej, takiej jak Microsoft YaHei lub Verdana, o rozmiarze czcionki co najmniej 20 punktów. Wiele maszyn CNC ma wstępnie zaprogramowane procedury dla tych czcionek.
Konfiguracja maszyny i orientacja części
Poniżej pokazano schematyczny diagram części wymagającej wielu konfiguracji:
Dostęp do narzędzi jest istotnym ograniczeniem w projektowaniu obróbki CNC. Aby dotrzeć do wszystkich powierzchni modelu, obrabiany przedmiot należy wielokrotnie obracać. Na przykład część pokazaną na powyższym obrazku należy obrócić trzy razy: dwa razy, aby obrobić otwory w dwóch głównych kierunkach i trzeci raz, aby uzyskać dostęp do tylnej części części. Za każdym razem, gdy obrabiany przedmiot jest obracany, należy ponownie skalibrować maszynę i zdefiniować nowy układ współrzędnych.
Podczas projektowania należy wziąć pod uwagę konfiguracje maszyn z dwóch głównych powodów:
1. Całkowita liczba konfiguracji maszyny wpływa na koszt. Obracanie i ustawianie części wymaga wysiłku ręcznego i zwiększa całkowity czas obróbki. Jeśli część wymaga obracania 3-4 razy, jest to zwykle dopuszczalne, ale wszystko poza tym limitem jest nadmierne.
2. Aby osiągnąć maksymalną dokładność położenia względnego, obie elementy muszą być obrabiane w tym samym ustawieniu. Dzieje się tak, ponieważ nowy krok wywołania wprowadza mały (ale nieistotny) błąd.
Obróbka CNC w pięciu osiach
Stosując 5-osiową obróbkę CNC, można wyeliminować potrzebę wielokrotnych ustawień maszyny. Wieloosiowa obróbka CNC może wytwarzać części o złożonej geometrii, ponieważ oferuje dwie dodatkowe osie obrotu.
Pięcioosiowa obróbka CNC pozwala na to, aby narzędzie było zawsze styczne do powierzchni skrawania. Umożliwia to podążanie bardziej złożonymi i wydajnymi ścieżkami narzędzia, co skutkuje lepszymi wykończeniami powierzchni i krótszymi czasami obróbki.
Jednakże,Obróbka cnc w 5 osiachma również swoje ograniczenia. Podstawowa geometria narzędzia i ograniczenia dostępu do narzędzi nadal obowiązują, na przykład części z geometrią wewnętrzną nie mogą być obrabiane. Dodatkowo koszt stosowania takich systemów jest wyższy.
Projektowanie podcięć
Podcięcia to cechy, których nie można obrobić za pomocą standardowych narzędzi skrawających, ponieważ niektóre ich powierzchnie nie są bezpośrednio dostępne z góry. Istnieją dwa główne typy podcięć: rowki teowe i jaskółcze ogony. Podcięcia mogą być jednostronne lub dwustronne i są obrabiane specjalistycznymi narzędziami.
Narzędzia skrawające z rowkiem T są zasadniczo wykonane z poziomej płytki tnącej przymocowanej do pionowego wału. Szerokość podcięcia może wynosić od 3 mm do 40 mm. Zaleca się stosowanie standardowych wymiarów (tj. przyrostów pełnych milimetrów lub standardowych ułamków cali) szerokości, ponieważ jest bardziej prawdopodobne, że oprzyrządowanie będzie już dostępne.
W przypadku narzędzi typu jaskółczy ogon kąt jest wymiarem definiującym element. Narzędzia typu jaskółczy ogon 45° i 60° są uważane za standardowe.
Projektując część z podcięciami na wewnętrznych ściankach, pamiętaj o zapewnieniu wystarczającego prześwitu dla narzędzia. Dobrą zasadą jest dodanie przestrzeni pomiędzy obrobioną ścianą a innymi ścianami wewnętrznymi równej co najmniej czterokrotności głębokości podcięcia.
W przypadku narzędzi standardowych typowy stosunek średnicy skrawania do średnicy wału wynosi 2:1, co ogranicza głębokość skrawania. Gdy wymagane jest niestandardowe podcięcie, warsztaty mechaniczne często wytwarzają własne, niestandardowe narzędzia do podcinania. Zwiększa to czas realizacji i koszty, dlatego należy go unikać, gdy tylko jest to możliwe.
Rowek T na ścianie wewnętrznej (po lewej), podcięcie w kształcie jaskółczego ogona (w środku) i podcięcie jednostronne (po prawej)
Sporządzanie rysunków technicznych
Należy pamiętać, że niektórych specyfikacji projektowych nie można uwzględnić w plikach STEP ani IGES. Rysunki techniczne 2D są wymagane, jeśli model zawiera jeden lub więcej z poniższych elementów:
Gwintowane otwory lub wały
Wymiary tolerowane
Specyficzne wymagania dotyczące wykończenia powierzchni
Uwagi dla operatorów maszyn CNC
Praktyczne zasady
1. Zaprojektuj część do obróbki za pomocą narzędzia o największej średnicy.
2. Dodaj duże zaokrąglenia (co najmniej ⅓ x głębokość wnęki) do wszystkich wewnętrznych pionowych narożników.
3. Ogranicz głębokość ubytku do 4-krotności jego szerokości.
4. Dopasuj główne cechy swojego projektu do jednego z sześciu głównych kierunków. Jeśli nie jest to możliwe, wybierzUsługi obróbki CNC 5-osiowej.
5. Prześlij rysunki techniczne wraz z projektem, jeśli projekt zawiera gwinty, tolerancje, specyfikacje wykończenia powierzchni lub inne uwagi dla operatorów maszyn.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej lub zadać pytanie, skontaktuj się z nami info@anebon.com.
Czas publikacji: 13 czerwca 2024 r