Pentru a utiliza pe deplin capacitățile prelucrării CNC, proiectanții trebuie să proiecteze în conformitate cu regulile de fabricație specifice. Cu toate acestea, acest lucru poate fi o provocare deoarece nu există standarde specifice ale industriei. În acest articol, am compilat un ghid cuprinzător pentru cele mai bune practici de proiectare pentru prelucrarea CNC. Ne-am concentrat pe descrierea fezabilității sistemelor CNC moderne și am ignorat costurile asociate. Pentru un ghid pentru proiectarea eficientă a pieselor pentru CNC, consultați acest articol.
Prelucrare CNC
Prelucrarea CNC este o tehnică de fabricație subtractivă. În CNC, diferite scule de tăiere care se rotesc la viteze mari (mii de rpm) sunt folosite pentru a elimina materialul dintr-un bloc solid pentru a crea o piesă pe baza unui model CAD. Atât metalele, cât și materialele plastice pot fi prelucrate folosind CNC.
Prelucrarea CNC oferă precizie dimensională ridicată și toleranțe strânse potrivite atât pentru producția de volum mare, cât și pentru lucrări unice. De fapt, în prezent este cea mai rentabilă metodă de producere a prototipurilor metalice, chiar și în comparație cu imprimarea 3D.
Limitări principale de proiectare CNC
CNC oferă o mare flexibilitate de proiectare, dar există anumite limitări de proiectare. Aceste limitări sunt legate de mecanica de bază a procesului de tăiere, în principal de geometria sculei și accesul la scule.
1. Forma instrumentului
Cele mai comune unelte CNC, cum ar fi freze și burghie, sunt cilindrice și au lungimi de tăiere limitate. Pe măsură ce materialul este îndepărtat din piesa de prelucrat, forma sculei este reprodusă pe piesa prelucrată.
De exemplu, aceasta înseamnă că colțurile interne ale unei piese CNC vor avea întotdeauna o rază, indiferent de dimensiunea sculei utilizate.
2. Apelarea instrumentului
La îndepărtarea materialului, unealta se apropie de piesa de prelucrat direct de sus. Acest lucru nu se poate face cu prelucrarea CNC, cu excepția decupărilor, despre care vom discuta mai târziu.
Este o practică bună de proiectare să aliniați toate caracteristicile unui model, cum ar fi găurile, cavitățile și pereții verticali, cu una dintre cele șase direcții cardinale. Aceasta este mai mult o sugestie decât o restricție, mai ales că sistemele CNC cu 5 axe oferă capabilități avansate de reținere a lucrărilor.
Sculele reprezintă o preocupare atunci când prelucrați piese cu caracteristici care au un raport de aspect mare. De exemplu, atingerea fundului unei cavități adânci necesită o unealtă specializată cu un ax lung, care poate reduce rigiditatea efectorului final, crește vibrațiile și reduce precizia realizabilă.
Reguli de proiectare a proceselor CNC
La proiectarea pieselor pentru prelucrarea CNC, una dintre provocări este absența unor standarde industriale specifice. Acest lucru se datorează faptului că producătorii de mașini CNC și unelte își îmbunătățesc în mod continuu capacitățile tehnice, lărgând astfel gama a ceea ce poate fi realizat. Mai jos, am furnizat un tabel care rezumă valorile recomandate și fezabile pentru cele mai comune caracteristici găsite în piesele prelucrate CNC.
1. Buzunare și adâncituri
Amintiți-vă următorul text: „Adâncimea recomandată a buzunarului: de 4 ori lățimea buzunarului. Frezele au o lungime de tăiere limitată, de obicei de 3-4 ori diametrul lor. Când raportul adâncime-lățime este mic, probleme precum deformarea sculei, evacuarea așchiilor și vibrațiile devin mai proeminente. Pentru a asigura rezultate bune, limitați adâncimea unei cavități la de 4 ori lățimea acesteia.”
Dacă aveți nevoie de mai multă adâncime, s-ar putea să doriți să vă gândiți la proiectarea unei piese cu adâncime variabilă a cavității (vezi imaginea de mai sus pentru un exemplu). Când vine vorba de frezarea adânci, o cavitate este clasificată drept adâncă dacă adâncimea sa este mai mare de șase ori diametrul sculei utilizate. Sculele speciale permit o adâncime maximă de 30 cm cu o freză cu diametrul de 1 inch, ceea ce este egal cu un raport dintre diametrul sculei și adâncimea cavității de 30:1.
2. Marginea interioară
Raza colțului vertical: ⅓ x adâncimea cavității (sau mai mare) recomandată
Este important să utilizați valorile sugerate pentru raza colțului interior pentru a selecta instrumentul de dimensiune potrivită și pentru a respecta recomandările pentru adâncimea cavității. Creșterea ușoară a razei colțului peste valoarea recomandată (de exemplu, cu 1 mm) permite sculei să taie de-a lungul unui traseu circular în loc de un unghi de 90°, ceea ce are ca rezultat un finisaj mai bun al suprafeței. Dacă este necesar un colț interior ascuțit de 90°, luați în considerare adăugarea unei subtăieri în formă de T în loc să reduceți raza colțului. Pentru raza podelei, valorile recomandate sunt 0,5 mm, 1 mm sau fără rază; cu toate acestea, orice rază este acceptabilă. Marginea inferioară a frezei este plată sau ușor rotunjită. Alte raze de pardoseală pot fi prelucrate folosind scule cu capăt sferic. Respectarea valorilor recomandate este o practică bună, deoarece este alegerea preferată pentru mașiniști.
3. Perete subțire
Recomandări pentru grosimea minimă a peretelui: 0,8 mm (metal), 1,5 mm (plastic); 0,5 mm (metal), 1,0 mm (plastic) sunt acceptabile
Reducerea grosimii peretelui scade rigiditatea materialului, ducând la creșterea vibrațiilor în timpul prelucrării și la reducerea preciziei realizabile. Materialele plastice au tendința de a se deforma din cauza tensiunilor reziduale și de a se înmuia din cauza temperaturii crescute, de aceea, se recomandă utilizarea unei grosimi minime mai mari a peretelui.
4. gaura
Diametru Dimensiunile standard de burghie sunt recomandate. Orice diametru mai mare de 1 mm este fezabil. Realizarea găurilor se face cu un burghiu sau un capătfrezate cnc. Dimensiunile forajului sunt standardizate în unități metrice și imperiale. Alezoarele și sculele de găurit sunt folosite pentru finisarea găurilor care necesită toleranțe strânse. Pentru diametre mai mici de ⌀20 mm, este recomandabil să folosiți diametre standard.
Adâncimea maximă recomandată 4 x diametrul nominal; tipic 10 x diametrul nominal; fezabil 40 x diametrul nominal
Găurile cu diametrul nestandard trebuie prelucrate folosind o freză de capăt. În acest scenariu, se aplică limita maximă a adâncimii cavității și se recomandă utilizarea valorii adâncimii maxime. Dacă trebuie să efectuați găuri mai adânci decât valoarea tipică, utilizați un burghiu special cu un diametru minim de 3 mm. Găurile oarbe prelucrate cu un burghiu au o bază conică cu un unghi de 135°, în timp ce găurile prelucrate cu o freză de capăt sunt plate. În prelucrarea CNC, nu există o preferință specifică între găurile traversante și găurile oarbe.
5. Fire
Dimensiunea minimă a filetului este M2. Se recomandă utilizarea filetelor M6 sau mai mari. Filetele interne sunt create folosind robinete, în timp ce firele externe sunt create folosind matrițe. Tarele și matrițele pot fi folosite ambele pentru a crea filete M2. Uneltele de filetare CNC sunt utilizate pe scară largă și preferate de mașiniști deoarece reduc riscul de rupere a robinetului. Uneltele de filetare CNC pot fi folosite pentru a crea filete M6.
Lungimea filetului minim 1,5 x diametrul nominal; Se recomandă 3 x diametrul nominal
Cei câțiva dinți inițiali suportă cea mai mare parte a sarcinii pe fir (de până la 1,5 ori diametrul nominal). Astfel, firele mai mari de trei ori diametrul nominal nu sunt necesare. Pentru filete în găurile oarbe făcute cu robinet (adică toate firele mai mici decât M6), adăugați o lungime nefiletată egală cu 1,5 ori diametrul nominal în partea inferioară a găurii.
Când pot fi utilizate instrumente de filetare CNC (adică filete mai mari decât M6), orificiul poate fi filetat pe toată lungimea sa.
6. Caracteristici mici
Diametrul minim recomandat este de 2,5 mm (0,1 inchi); un minim de 0,05 mm (0,005 inchi) este, de asemenea, acceptabil. Majoritatea atelierelor de mașini pot prelucra cu precizie mici cavități și găuri.
Orice lucru sub această limită este considerat microprelucrare.Frezare CNC de precizieastfel de caracteristici (unde variația fizică a procesului de tăiere se încadrează în acest interval) necesită unelte specializate (micro burghie) și cunoștințe de specialitate, de aceea este recomandat să le evitați dacă nu este absolut necesar.
7. Toleranțe
Standard: ±0,125 mm (0,005 inchi)
Tipic: ±0,025 mm (0,001 inchi)
Performanță: ±0,0125 mm (0,0005 inchi)
Toleranțele stabilesc limitele acceptabile pentru dimensiuni. Toleranțele realizabile depind de dimensiunile și geometria de bază ale piesei. Valorile oferite sunt ghiduri practice. În absența toleranțelor specificate, majoritatea atelierelor de mașini vor folosi o toleranță standard de ±0,125 mm (0,005 inchi).
8. Text și litere
Dimensiunea recomandată a fontului este de 20 (sau mai mare) și litere de 5 mm
Textul gravat este de preferat textului în relief deoarece înlătură mai puțin material. Se recomandă utilizarea unui font sans-serif, precum Microsoft YaHei sau Verdana, cu o dimensiune a fontului de cel puțin 20 de puncte. Multe mașini CNC au rutine preprogramate pentru aceste fonturi.
Configurarea mașinii și orientarea piesei
O diagramă schematică a unei piese care necesită mai multe setări este prezentată mai jos:
Accesul la scule este o limitare semnificativă în proiectarea prelucrării CNC. Pentru a ajunge la toate suprafețele unui model, piesa de prelucrat trebuie rotită de mai multe ori. De exemplu, piesa prezentată în imaginea de mai sus trebuie rotită de trei ori: de două ori pentru a prelucra găurile în cele două direcții primare și a treia oară pentru a accesa partea din spate a piesei. De fiecare dată când piesa de prelucrat este rotită, mașina trebuie recalibrată și trebuie definit un nou sistem de coordonate.
Luați în considerare configurațiile mașinii atunci când proiectați din două motive principale:
1. Numărul total de setări ale mașinii afectează costul. Rotirea și realinierea piesei necesită efort manual și crește timpul total de prelucrare. Dacă o piesă trebuie rotită de 3-4 ori, este de obicei acceptabil, dar orice lucru dincolo de această limită este excesiv.
2. Pentru a obține o precizie maximă a poziției relative, ambele caracteristici trebuie prelucrate în aceeași configurație. Acest lucru se datorează faptului că noul pas de apel introduce o eroare mică (dar neneglijabilă).
Prelucrare CNC cu cinci axe
Când utilizați prelucrarea CNC cu 5 axe, necesitatea mai multor setări de mașină poate fi eliminată. Prelucrarea CNC cu mai multe axe poate produce piese cu geometrii complexe, deoarece oferă două axe suplimentare de rotație.
Prelucrarea CNC cu cinci axe permite ca unealta să fie întotdeauna tangențială la suprafața de tăiere. Acest lucru permite parcurgerea unor trasee de scule mai complexe și eficiente, rezultând piese cu finisaje mai bune ale suprafeței și timpi de prelucrare mai scurti.
Cu toate acestea,Prelucrare CNC cu 5 axeare și limitările sale. Geometria de bază a sculei și restricțiile de acces la scule încă se aplică, de exemplu, piesele cu geometrie internă nu pot fi prelucrate. În plus, costul utilizării unor astfel de sisteme este mai mare.
Proiectarea Undercuts
Decupările sunt caracteristici care nu pot fi prelucrate cu unelte de tăiere standard, deoarece unele dintre suprafețele lor nu sunt direct accesibile de sus. Există două tipuri principale de subtăieri: fante în T și cozi de rândunică. Decupările pot fi pe o singură față sau pe două fețe și sunt prelucrate cu unelte specializate.
Uneltele de tăiere cu fante în T sunt în principiu realizate cu o inserție de tăiere orizontală atașată la un arbore vertical. Lățimea unei subtăieri poate varia între 3 mm și 40 mm. Se recomandă utilizarea dimensiunilor standard (adică, incremente de milimetri întregi sau fracțiuni standard de inci) pentru lățime, deoarece instrumentul este mai probabil să fie deja disponibil.
Pentru sculele cu coadă de rândunică, unghiul este dimensiunea caracteristică definitorie. Uneltele cu coadă de rândunică de 45° și 60° sunt considerate standard.
Când proiectați o piesă cu tăieturi pe pereții interiori, nu uitați să adăugați suficient spațiu pentru unealta. O regulă generală bună este să adăugați spațiu între peretele prelucrat și orice alți pereți interiori egal cu cel puțin de patru ori adâncimea tăieturii.
Pentru sculele standard, raportul tipic dintre diametrul de tăiere și diametrul arborelui este de 2:1, limitând adâncimea de tăiere. Atunci când este necesară o decupare non-standard, atelierele de mașini își fac adesea propriile unelte de decupare personalizate. Acest lucru crește timpul de livrare și costul și ar trebui evitat ori de câte ori este posibil.
Fantă în T de pe peretele interior (stânga), decupaj în coadă de rândunică (centru) și decupaj pe o parte (dreapta)
Redactarea desenelor tehnice
Vă rugăm să rețineți că unele specificații de proiectare nu pot fi incluse în fișierele STEP sau IGES. Sunt necesare desene tehnice 2D dacă modelul dvs. include unul sau mai multe dintre următoarele:
Găuri filetate sau arbori
Dimensiuni tolerate
Cerințe specifice de finisare a suprafeței
Note pentru operatorii de mașini CNC
Reguli de bază
1. Proiectați piesa care urmează să fie prelucrată cu cea mai mare sculă de diametru.
2. Adăugați file mari (cel puțin ⅓ x adâncimea cavității) în toate colțurile verticale interne.
3. Limitați adâncimea unei cavități la 4 ori lățimea acesteia.
4. Aliniați principalele caracteristici ale designului dvs. de-a lungul uneia dintre cele șase direcții cardinale. Dacă acest lucru nu este posibil, optați pentruServicii de prelucrare CNC pe 5 axe.
5. Trimiteți desene tehnice împreună cu designul dvs. atunci când proiectul dvs. include filete, toleranțe, specificații pentru finisarea suprafeței sau alte comentarii pentru operatorii de mașini.
Dacă doriți să aflați mai multe sau să întrebați, vă rugăm să nu ezitați să contactați info@anebon.com.
Ora postării: 13-jun-2024