Чтобы в полной мере использовать возможности обработки на станках с ЧПУ, дизайнеры должны проектировать изделия в соответствии с конкретными производственными правилами. Однако это может оказаться непростой задачей, поскольку конкретных отраслевых стандартов не существует. В этой статье мы собрали подробное руководство по лучшим практикам проектирования для обработки на станках с ЧПУ. Мы сосредоточились на описании возможности современных систем ЧПУ и не приняли во внимание связанные с этим затраты. Руководство по экономичному проектированию деталей для ЧПУ можно найти в этой статье.
обработка с ЧПУ
Обработка на станках с ЧПУ представляет собой субтрактивную технологию производства. В ЧПУ различные режущие инструменты, вращающиеся с высокой скоростью (тысячи об/мин), используются для удаления материала из твердого блока с целью создания детали на основе модели САПР. Как металлы, так и пластмассы можно обрабатывать с помощью ЧПУ.
Обработка на станках с ЧПУ обеспечивает высокую точность размеров и жесткие допуски, подходящие как для крупносерийного производства, так и для разовых работ. Фактически, в настоящее время это наиболее экономически эффективный метод производства металлических прототипов, даже по сравнению с 3D-печатью.
Основные ограничения конструкции ЧПУ
ЧПУ предлагает большую гибкость проектирования, но существуют определенные ограничения проектирования. Эти ограничения связаны с базовой механикой процесса резания, в основном с геометрией инструмента и доступом к инструменту.
1. Форма инструмента
Наиболее распространенные инструменты с ЧПУ, такие как концевые фрезы и сверла, имеют цилиндрическую форму и ограниченную длину резания. По мере удаления материала с заготовки форма инструмента повторяется на обрабатываемой детали.
Например, это означает, что внутренние углы детали с ЧПУ всегда будут иметь радиус, независимо от размера используемого инструмента.
2. Вызов инструмента
При удалении материала инструмент приближается к заготовке непосредственно сверху. Это невозможно сделать с помощью обработки на станке с ЧПУ, за исключением поднутрений, о которых мы поговорим позже.
Хорошей практикой проектирования является выравнивание всех элементов модели, таких как отверстия, полости и вертикальные стены, по одному из шести основных направлений. Это скорее предложение, чем ограничение, тем более что 5-осевые системы ЧПУ предлагают расширенные возможности удержания заготовки.
Инструменты представляют собой проблему при обработке деталей с элементами, имеющими большое соотношение сторон. Например, для достижения дна глубокой полости требуется специальный инструмент с длинным стержнем, который может снизить жесткость концевого эффектора, увеличить вибрацию и снизить достижимую точность.
Правила проектирования процессов с ЧПУ
При проектировании деталей для обработки на станках с ЧПУ одной из проблем является отсутствие конкретных отраслевых стандартов. Это связано с тем, что производители станков и инструментов с ЧПУ постоянно совершенствуют свои технические возможности, тем самым расширяя диапазон возможных результатов. Ниже мы представили таблицу, в которой суммированы рекомендуемые и возможные значения для наиболее распространенных функций, встречающихся в деталях, обработанных на станках с ЧПУ.
1. Карманы и углубления
Запомните следующий текст: «Рекомендуемая глубина кармана: в 4 раза больше ширины кармана. Концевые фрезы имеют ограниченную длину резания, обычно в 3-4 раза превышающую их диаметр. Когда соотношение глубины к ширине невелико, такие проблемы, как отклонение инструмента, эвакуация стружки и вибрация, становятся более заметными. Чтобы обеспечить хорошие результаты, ограничьте глубину полости в 4 раза больше ее ширины».
Если вам нужна большая глубина, вы можете подумать о разработке детали с переменной глубиной полости (пример см. на изображении выше). Когда дело доходит до фрезерования глубоких полостей, полость классифицируется как глубокая, если ее глубина более чем в шесть раз превышает диаметр используемого инструмента. Специальный инструмент позволяет достигать максимальной глубины 30 см с помощью концевой фрезы диаметром 1 дюйм, что соответствует соотношению диаметра инструмента к глубине полости 30:1.
2. Внутренний край
Радиус вертикального угла: рекомендуется ⅓ x глубины полости (или больше).
Важно использовать предлагаемые значения радиуса внутреннего угла для выбора инструмента подходящего размера и придерживаться рекомендуемых рекомендаций по глубине полости. Небольшое увеличение радиуса угла сверх рекомендуемого значения (например, на 1 мм) позволяет инструменту резать по круговой траектории, а не под углом 90°, что приводит к улучшению качества поверхности. Если необходим острый внутренний угол под углом 90°, рассмотрите возможность добавления Т-образной подрезки вместо уменьшения радиуса угла. Для радиуса пола рекомендуемые значения: 0,5 мм, 1 мм или отсутствие радиуса; однако любой радиус приемлем. Нижняя кромка концевой фрезы плоская или слегка закругленная. Другие радиусы пола можно обрабатывать с помощью инструментов со сферической головкой. Соблюдение рекомендуемых значений является хорошей практикой, поскольку это предпочтительный выбор для машинистов.
3. Тонкая стена
Рекомендации по минимальной толщине стенок: 0,8 мм (металл), 1,5 мм (пластик); Допускаются 0,5 мм (металл), 1,0 мм (пластик).
Уменьшение толщины стенки снижает жесткость материала, что приводит к увеличению вибрации во время обработки и снижению достижимой точности. Пластмассы имеют склонность к короблению из-за остаточных напряжений и размягчаются из-за повышенной температуры, поэтому рекомендуется использовать большую минимальную толщину стенки.
4. Дыра
Диаметр Рекомендуются стандартные размеры сверла. Возможен любой диаметр более 1 мм. Проделывание отверстий производится сверлом или торцом.фрезерованный с ЧПУ. Размеры сверл стандартизированы в метрических и британских единицах измерения. Развертки и расточные инструменты используются для обработки отверстий, требующих жестких допусков. Для диаметров менее ⌀20 мм рекомендуется использовать стандартные диаметры.
Рекомендуемая максимальная глубина равна 4 номинальным диаметрам; типичное значение 10 x номинальный диаметр; допустимый 40 x номинальный диаметр
Отверстия нестандартного диаметра следует обрабатывать концевой фрезой. В этом сценарии применим максимальный предел глубины полости, и рекомендуется использовать максимальное значение глубины. Если вам необходимо проточить отверстия глубже типового значения, используйте специальное сверло диаметром минимум 3 мм. Глухие отверстия, обработанные дрелью, имеют коническое основание под углом 135°, а отверстия, обработанные концевой фрезой, плоские. При обработке на станках с ЧПУ нет особых предпочтений между сквозными и глухими отверстиями.
5. Темы
Минимальный размер резьбы М2. Рекомендуется использовать резьбу M6 или больше. Внутренняя резьба создается с помощью метчиков, а внешняя — с помощью плашек. Для создания резьбы М2 можно использовать как метчики, так и плашки. Инструменты для нарезания резьбы с ЧПУ широко используются и предпочитаются машинистами, поскольку они снижают риск поломки метчика. Инструменты для нарезания резьбы с ЧПУ можно использовать для создания резьбы M6.
Длина резьбы минимум 1,5 x номинальный диаметр; Рекомендуется 3 x номинальный диаметр
На первые несколько зубьев приходится основная нагрузка на резьбу (до 1,5 номинального диаметра). Таким образом, нет необходимости использовать резьбу, превышающую номинальный диаметр в три раза. Для резьбы в глухих отверстиях, выполненных метчиком (т. е. для любой резьбы размером меньше М6), добавьте к нижней части отверстия длину без резьбы, равную 1,5 номинальному диаметру.
Если можно использовать инструменты для нарезания резьбы с ЧПУ (т. е. резьбу большего размера, чем M6), в отверстие можно нарезать резьбу по всей его длине.
6. Мелкие функции
Минимальный рекомендуемый диаметр отверстия составляет 2,5 мм (0,1 дюйма); также допускается минимум 0,05 мм (0,005 дюйма). Большинство механических мастерских могут точно обрабатывать небольшие полости и отверстия.
Все, что ниже этого предела, считается микрообработкой.прецизионное фрезерование с ЧПУтакие функции (когда физические изменения процесса резки находятся в этом диапазоне) требуют специальных инструментов (микросверл) и экспертных знаний, поэтому рекомендуется избегать их без крайней необходимости.
7. Допуски
Стандарт: ±0,125 мм (0,005 дюйма)
Типичное значение: ±0,025 мм (0,001 дюйма)
Производительность: ±0,0125 мм (0,0005 дюйма)
Допуски устанавливают допустимые пределы размеров. Достижимые допуски зависят от основных размеров и геометрии детали. Приведенные значения являются практическими рекомендациями. При отсутствии указанных допусков большинство механических мастерских будут использовать стандартный допуск ±0,125 мм (0,005 дюйма).
8. Текст и надписи
Рекомендуемый размер шрифта 20 (или больше), размер букв 5 мм.
Гравированный текст предпочтительнее тисненого, поскольку при нем удаляется меньше материала. Рекомендуется использовать шрифт без засечек, например Microsoft YaHei или Verdana, размером не менее 20 пунктов. Многие станки с ЧПУ имеют предварительно запрограммированные процедуры для этих шрифтов.
Настройка машины и ориентация детали
Принципиальная схема детали, требующей нескольких настроек, показана ниже:
Доступ к инструменту является существенным ограничением при проектировании станков с ЧПУ. Чтобы достичь всех поверхностей модели, заготовку необходимо несколько раз повернуть. Например, деталь, показанную на изображении выше, необходимо повернуть три раза: дважды, чтобы обработать отверстия в двух основных направлениях, и третий раз, чтобы получить доступ к задней части детали. Каждый раз, когда заготовка вращается, станок необходимо перекалибровать и определить новую систему координат.
При проектировании учитывайте настройки машины по двум основным причинам:
1. Общее количество установок машины влияет на стоимость. Вращение и выравнивание детали требуют ручных усилий и увеличивают общее время обработки. Если деталь необходимо повернуть 3-4 раза, это обычно приемлемо, но все, что выходит за пределы этого предела, является излишним.
2. Для достижения максимальной точности относительного положения обе детали должны обрабатываться на одной и той же установке. Это связано с тем, что новый шаг вызова вносит небольшую (но существенную) ошибку.
Пятиосевая обработка с ЧПУ
При использовании 5-осевой обработки с ЧПУ можно исключить необходимость установки нескольких станков. Многоосевая обработка с ЧПУ позволяет изготавливать детали сложной геометрии, поскольку предлагает две дополнительные оси вращения.
Пятиосевая обработка с ЧПУ позволяет инструменту всегда располагаться по касательной к режущей поверхности. Это позволяет использовать более сложные и эффективные траектории движения инструмента, что приводит к получению деталей с лучшим качеством поверхности и сокращением времени обработки.
Однако,5-осевая обработка с ЧПУтакже имеет свои ограничения. Базовая геометрия инструмента и ограничения доступа к инструменту по-прежнему применяются, например, детали с внутренней геометрией не могут быть обработаны. Кроме того, стоимость использования таких систем выше.
Проектирование поднутрений
Подрезы — это элементы, которые невозможно обработать стандартными режущими инструментами, поскольку некоторые их поверхности недоступны напрямую сверху. Существует два основных типа подрезов: Т-образные пазы и «ласточкин хвост». Подрезы могут быть односторонними или двусторонними и обрабатываются специальными инструментами.
Режущие инструменты с Т-образными пазами в основном состоят из горизонтальной режущей пластины, прикрепленной к вертикальному валу. Ширина подреза может варьироваться от 3 мм до 40 мм. Рекомендуется использовать стандартные размеры (т. е. с шагом в целые миллиметры или стандартные доли дюймов) для ширины, поскольку инструменты, скорее всего, уже доступны.
Для инструментов «ласточкин хвост» угол является определяющим размером элемента. Инструменты «ласточкин хвост» с углом 45° и 60° считаются стандартными.
При проектировании детали с выточками на внутренних стенках не забудьте добавить достаточный зазор для инструмента. Хорошее практическое правило — добавить пространство между обработанной стеной и любыми другими внутренними стенками, равное как минимум четырехкратной глубине подрезки.
Для стандартных инструментов типичное соотношение диаметра резания к диаметру вала составляет 2:1, что ограничивает глубину резания. Когда требуется нестандартная подрезка, механические мастерские часто изготавливают собственные инструменты для подрезки. Это увеличивает время выполнения заказа и стоимость, и его следует избегать, когда это возможно.
Т-образный паз на внутренней стене (слева), подрез «ласточкин хвост» (в центре) и односторонний подрез (справа)
Составление технических чертежей
Обратите внимание, что некоторые проектные спецификации не могут быть включены в файлы STEP или IGES. Технические 2D-чертежи необходимы, если ваша модель включает в себя одно или несколько из следующих элементов:
Резьбовые отверстия или валы
Допустимые размеры
Особые требования к качеству поверхности
Примечания для операторов станков с ЧПУ
Практические правила
1. Спроектируйте обрабатываемую деталь инструментом наибольшего диаметра.
2. Добавьте большие скругления (не менее ⅓ глубины полости) ко всем внутренним вертикальным углам.
3. Ограничьте глубину полости в 4 раза больше ее ширины.
4. Выровняйте основные черты вашего дизайна по одному из шести основных направлений. Если это невозможно, выберитеУслуги 5-осевой обработки с ЧПУ.
5. Отправьте технические чертежи вместе с вашим проектом, если ваш проект включает резьбу, допуски, характеристики качества поверхности или другие комментарии для операторов станков.
Если вы хотите узнать больше или запрос, пожалуйста, свяжитесь с нами info@anebon.com.
Время публикации: 13 июня 2024 г.