Aby bolo možné plne využiť možnosti CNC obrábania, musia dizajnéri navrhovať podľa špecifických výrobných pravidiel. To však môže byť náročné, pretože neexistujú špecifické priemyselné normy. V tomto článku sme zostavili komplexnú príručku najlepších konštrukčných postupov pre CNC obrábanie. Zamerali sme sa na popis realizovateľnosti moderných CNC systémov a nebrali sme do úvahy súvisiace náklady. Návod na nákladovo efektívne navrhovanie dielov pre CNC nájdete v tomto článku.
CNC obrábanie
CNC obrábanie je subtraktívna výrobná technika. V CNC sa používajú rôzne rezné nástroje, ktoré sa otáčajú vysokou rýchlosťou (tisíce otáčok za minútu), na odstránenie materiálu z pevného bloku, aby sa vytvoril diel založený na modeli CAD. Kovy aj plasty je možné obrábať pomocou CNC.
CNC obrábanie ponúka vysokú rozmerovú presnosť a úzke tolerancie vhodné pre veľkoobjemovú výrobu aj pre jednorazové zákazky. V skutočnosti je to v súčasnosti cenovo najefektívnejší spôsob výroby kovových prototypov, a to aj v porovnaní s 3D tlačou.
Obmedzenia hlavného dizajnu CNC
CNC ponúka veľkú flexibilitu dizajnu, existujú však určité konštrukčné obmedzenia. Tieto obmedzenia súvisia so základnou mechanikou procesu rezania, hlavne s geometriou nástroja a prístupom k nástroju.
1. Tvar nástroja
Najbežnejšie CNC nástroje, ako sú stopkové frézy a vrtáky, sú valcové a majú obmedzené rezné dĺžky. Keď sa materiál odoberá z obrobku, tvar nástroja sa replikuje na obrábanú časť.
To napríklad znamená, že vnútorné rohy CNC dielu budú mať vždy polomer, bez ohľadu na veľkosť použitého nástroja.
2. Vyvolanie nástroja
Pri odoberaní materiálu sa nástroj približuje priamo zhora k obrobku. Toto nie je možné vykonať pomocou CNC obrábania, s výnimkou podrezania, o ktorom budeme diskutovať neskôr.
Je dobrým návrhárskym postupom zarovnať všetky prvky modelu, ako sú diery, dutiny a zvislé steny, s jedným zo šiestich svetových strán. Toto je skôr návrh ako obmedzenie, najmä preto, že 5-osové CNC systémy ponúkajú pokročilé možnosti držania obrobku.
Nástroje sú problémom pri obrábaní dielov s vlastnosťami, ktoré majú veľký pomer strán. Napríklad dosiahnutie dna hlbokej dutiny vyžaduje špecializovaný nástroj s dlhým hriadeľom, ktorý môže znížiť tuhosť koncového efektora, zvýšiť vibrácie a znížiť dosiahnuteľnú presnosť.
Pravidlá navrhovania procesov CNC
Pri navrhovaní dielov pre CNC obrábanie je jednou z výziev absencia špecifických priemyselných noriem. Je to preto, že výrobcovia CNC strojov a nástrojov neustále zdokonaľujú svoje technické možnosti, čím rozširujú rozsah toho, čo je možné dosiahnuť. Nižšie uvádzame tabuľku, v ktorej sú zhrnuté odporúčané a uskutočniteľné hodnoty pre najbežnejšie funkcie, ktoré sa nachádzajú v CNC obrábaných dieloch.
1. Vrecká a priehlbiny
Zapamätajte si nasledujúci text: „Odporúčaná hĺbka vrecka: 4-násobok šírky vrecka. Stopkové frézy majú obmedzenú dĺžku rezu, zvyčajne 3-4 násobok ich priemeru. Keď je pomer hĺbky k šírke malý, problémy, ako je vychýlenie nástroja, odvod triesok a vibrácie, sa stávajú výraznejšími. Na zabezpečenie dobrých výsledkov obmedzte hĺbku dutiny na 4-násobok jej šírky.
Ak potrebujete väčšiu hĺbku, možno budete chcieť premýšľať o návrhu dielu s premenlivou hĺbkou dutiny (pozrite si príklad na obrázku vyššie). Pokiaľ ide o frézovanie hlbokých dutín, dutina sa klasifikuje ako hlboká, ak jej hĺbka presahuje šesťnásobok priemeru použitého nástroja. Špeciálne nástroje umožňujú maximálnu hĺbku 30 cm s čelnou frézou s priemerom 1 palca, čo sa rovná pomeru priemeru nástroja k hĺbke dutiny 30:1.
2. Vnútorný okraj
Polomer zvislého rohu: odporúča sa ⅓ x hĺbka dutiny (alebo väčšia).
Je dôležité použiť odporúčané hodnoty polomeru vnútorného rohu na výber správnej veľkosti nástroja a dodržiavať odporúčané pokyny pre hĺbku dutiny. Mierne zväčšenie polomeru rohu nad odporúčanú hodnotu (napr. o 1 mm) umožňuje nástroju rezať po kruhovej dráhe namiesto pod uhlom 90°, čo vedie k lepšej kvalite povrchu. Ak je potrebný ostrý 90° vnútorný roh, zvážte pridanie podrezania v tvare T namiesto zmenšenia polomeru rohu. Pre polomer podlahy sú odporúčané hodnoty 0,5 mm, 1 mm alebo žiadny polomer; prijateľný je však akýkoľvek polomer. Spodná hrana stopkovej frézy je plochá alebo mierne zaoblená. Ostatné polomery podlahy možno opracovať pomocou nástrojov s guľovou hlavou. Dodržiavanie odporúčaných hodnôt je dobrou praxou, pretože je to preferovaná voľba pre strojníkov.
3. Tenká stena
Odporúčaná minimálna hrúbka steny: 0,8 mm (kov), 1,5 mm (plast); Prijateľné sú 0,5 mm (kov), 1,0 mm (plast).
Zmenšením hrúbky steny sa zníži tuhosť materiálu, čo vedie k zvýšeným vibráciám pri obrábaní a zníženiu dosiahnuteľnej presnosti. Plasty majú tendenciu sa krútiť v dôsledku zvyškových pnutia a mäknúť v dôsledku zvýšenej teploty, preto sa odporúča použiť väčšiu minimálnu hrúbku steny.
4. Diera
Priemer Odporúčajú sa štandardné veľkosti vrtákov. Je možný akýkoľvek priemer väčší ako 1 mm. Výroba otvorov sa vykonáva pomocou vŕtačky alebo koncovkycnc frézované. Veľkosti vrtákov sú štandardizované v metrických a britských jednotkách. Výstružníky a vyvrtávacie nástroje sa používajú na dokončovanie otvorov, ktoré vyžadujú tesné tolerancie. Pre priemery menšie ako ⌀20 mm sa odporúča použiť štandardné priemery.
Maximálna odporúčaná hĺbka 4 x menovitý priemer; typický 10 x menovitý priemer; realizovateľný 40 x menovitý priemer
Otvory s neštandardným priemerom by mali byť opracované pomocou čelnej frézy. V tomto scenári platí limit maximálnej hĺbky dutiny a odporúča sa použiť hodnotu maximálnej hĺbky. Ak potrebujete opracovať otvory hlbšie, ako je typická hodnota, použite špeciálny vrták s minimálnym priemerom 3 mm. Slepé otvory opracované vrtákom majú skosenú základňu s uhlom 135°, kým otvory opracované stopkovou frézou sú ploché. Pri CNC obrábaní neexistuje žiadna špecifická preferencia medzi priechodnými otvormi a slepými otvormi.
5. Nite
Minimálna veľkosť závitu je M2. Odporúča sa použiť závit M6 alebo väčší. Vnútorné závity sa vytvárajú pomocou závitníkov, zatiaľ čo vonkajšie závity sa vytvárajú pomocou matríc. Závitníky a matrice možno použiť na vytváranie závitov M2. CNC závitovacie nástroje sú široko používané a preferované strojníkmi, pretože znižujú riziko zlomenia závitníka. Na vytváranie závitov M6 je možné použiť CNC závitovacie nástroje.
Dĺžka závitu minimálne 1,5 x menovitý priemer; Odporúča sa 3 x menovitý priemer
Prvých niekoľko zubov znáša väčšinu zaťaženia závitu (až 1,5-násobok menovitého priemeru). Závity väčšie ako trojnásobok menovitého priemeru sú teda zbytočné. Pre závity v slepých otvoroch vyrobených závitníkom (tj všetky závity menšie ako M6) pridajte ku dnu otvoru dĺžku bez závitu rovnajúcu sa 1,5-násobku menovitého priemeru.
Ak je možné použiť CNC závitovacie nástroje (t. j. závity väčšie ako M6), otvor je možné prevŕtať po celej dĺžke.
6. Malé funkcie
Minimálny odporúčaný priemer otvoru je 2,5 mm (0,1 palca); minimálne 0,05 mm (0,005 palca) je tiež prijateľné. Väčšina strojární dokáže presne opracovať malé dutiny a otvory.
Čokoľvek pod touto hranicou sa považuje za mikroobrábanie.CNC presné frézovanietakéto vlastnosti (kde sú fyzické variácie procesu rezania v tomto rozsahu) si vyžadujú špecializované nástroje (mikrovŕtačky) a odborné znalosti, preto sa odporúča vyhnúť sa im, pokiaľ to nie je absolútne nevyhnutné.
7. Tolerancie
Štandardné: ±0,125 mm (0,005 palca)
Typické: ±0,025 mm (0,001 palca)
Výkon: ±0,0125 mm (0,0005 palca)
Tolerancie stanovujú prijateľné limity pre rozmery. Dosiahnuteľné tolerancie závisia od základných rozmerov a geometrie dielu. Uvedené hodnoty sú praktickými usmerneniami. Ak neexistujú špecifikované tolerancie, väčšina strojární bude používať štandardnú toleranciu ±0,125 mm (0,005 palca).
8. Text a písmo
Odporúčaná veľkosť písma je 20 (alebo väčšia) a písmo 5 mm
Gravírovaný text je vhodnejší ako reliéfny text, pretože odstraňuje menej materiálu. Odporúča sa použiť bezpätkové písmo, ako napríklad Microsoft YaHei alebo Verdana, s veľkosťou písma aspoň 20 bodov. Mnoho CNC strojov má pre tieto fonty vopred naprogramované rutiny.
Nastavenie stroja a orientácia dielu
Schematický diagram dielu, ktorý vyžaduje viacero nastavení, je uvedený nižšie:
Prístup k nástroju je významným obmedzením pri konštrukcii CNC obrábania. Na dosiahnutie všetkých povrchov modelu je potrebné obrobok niekoľkokrát otočiť. Napríklad diel zobrazený na obrázku vyššie je potrebné otočiť trikrát: dvakrát na opracovanie otvorov v dvoch hlavných smeroch a tretíkrát, aby ste sa dostali k zadnej časti dielu. Zakaždým, keď sa obrobok otočí, stroj sa musí prekalibrovať a musí sa definovať nový súradnicový systém.
Pri navrhovaní zvážte nastavenia stroja z dvoch hlavných dôvodov:
1. Celkový počet nastavení stroja ovplyvňuje náklady. Otáčanie a prestavovanie dielu vyžaduje manuálne úsilie a zvyšuje celkový čas obrábania. Ak je potrebné časť otočiť 3-4 krát, je to zvyčajne prijateľné, ale čokoľvek nad tento limit je nadmerné.
2. Na dosiahnutie maximálnej presnosti relatívnej polohy musia byť obidva prvky spracované v rovnakom nastavení. Dôvodom je, že nový krok hovoru prináša malú (ale nezanedbateľnú) chybu.
Päťosové CNC obrábanie
Pri použití 5-osového CNC obrábania môže byť eliminovaná potreba viacerých nastavení stroja. Viacosové CNC obrábanie môže vyrábať diely s komplexnou geometriou, pretože ponúka dve ďalšie osi otáčania.
Päťosové CNC obrábanie umožňuje, aby bol nástroj vždy tangenciálny k reznej ploche. To umožňuje sledovanie zložitejších a efektívnejších dráh nástroja, výsledkom čoho sú diely s lepšou povrchovou úpravou a kratšími časmi obrábania.
však5-osové cnc obrábaniemá tiež svoje obmedzenia. Základná geometria nástroja a obmedzenia prístupu k nástroju stále platia, napríklad časti s vnútornou geometriou nemožno obrábať. Okrem toho sú náklady na používanie takýchto systémov vyššie.
Navrhovanie podrezaní
Podrezanie sú prvky, ktoré sa nedajú opracovať štandardnými reznými nástrojmi, pretože niektoré ich povrchy nie sú zhora priamo prístupné. Existujú dva hlavné typy podrezania: T-drážky a rybiny. Podrezanie môže byť jednostranné alebo obojstranné a je opracované špeciálnymi nástrojmi.
Nástroje na rezanie T-drážok sa v zásade vyrábajú s horizontálnou reznou vložkou pripevnenou k vertikálnemu hriadeľu. Šírka podrezania sa môže pohybovať medzi 3 mm a 40 mm. Pre šírku sa odporúča použiť štandardné rozmery (tj celomilimetrové prírastky alebo štandardné zlomky palcov), pretože je pravdepodobnejšie, že nástroje už budú k dispozícii.
Pre rybinové nástroje je uhol určujúcim rozmerom prvku. Za štandardné sa považujú rybinové nástroje 45° a 60°.
Pri navrhovaní dielu s podrezaním na vnútorných stenách nezabudnite pridať dostatočnú vôľu pre nástroj. Dobrým pravidlom je pridať priestor medzi obrobenou stenou a akýmikoľvek inými vnútornými stenami rovný aspoň štvornásobku hĺbky podrezania.
Pre štandardné nástroje je typický pomer medzi priemerom rezu a priemerom hriadeľa 2:1, čo obmedzuje hĺbku rezu. Keď sa vyžaduje neštandardné podrezanie, strojárne často vyrábajú svoje vlastné nástroje na podrezanie. To zvyšuje čas prípravy a náklady a je potrebné sa tomu vyhnúť vždy, keď je to možné.
T-drážka na vnútornej stene (vľavo), rybinové podrezanie (v strede) a jednostranné podrezanie (vpravo)
Tvorba technických výkresov
Upozorňujeme, že niektoré špecifikácie dizajnu nemožno zahrnúť do súborov STEP alebo IGES. 2D technické výkresy sa vyžadujú, ak váš model obsahuje jednu alebo viacero z nasledujúcich položiek:
Závitové otvory alebo hriadele
Tolerované rozmery
Špecifické požiadavky na povrchovú úpravu
Poznámky pre operátorov CNC strojov
Orientačné pravidlá
1. Navrhnite diel, ktorý sa má obrábať, nástrojom s najväčším priemerom.
2. Pridajte veľké zaoblenia (aspoň ⅓ x hĺbka dutiny) do všetkých vnútorných zvislých rohov.
3. Obmedzte hĺbku dutiny na 4-násobok jej šírky.
4. Zarovnajte hlavné prvky svojho dizajnu pozdĺž jedného zo šiestich hlavných smerov. Ak to nie je možné, rozhodnite sa pre5-osové cnc obrábacie služby.
5. Odošlite technické výkresy spolu s vaším návrhom, ak váš návrh obsahuje závity, tolerancie, špecifikácie povrchovej úpravy alebo iné poznámky pre obsluhu stroja.
Ak chcete vedieť viac alebo sa opýtať, neváhajte kontaktovať info@anebon.com.
Čas odoslania: 13. júna 2024