Da bi v celoti izkoristili zmogljivosti CNC obdelave, morajo oblikovalci načrtovati v skladu s posebnimi proizvodnimi pravili. Vendar je to lahko izziv, ker ne obstajajo posebni industrijski standardi. V tem članku smo zbrali obsežen vodnik po najboljših praksah načrtovanja za CNC obdelavo. Osredotočili smo se na opis izvedljivosti sodobnih CNC sistemov in zanemarili s tem povezane stroške. Za vodnik za stroškovno učinkovito oblikovanje delov za CNC glejte ta članek.
CNC obdelava
CNC obdelava je subtraktivna tehnika izdelave. V CNC se različna rezalna orodja, ki se vrtijo pri visokih hitrostih (na tisoče vrt/min), uporabljajo za odstranjevanje materiala iz trdnega bloka, da se ustvari del na podlagi modela CAD. Tako kovine kot plastiko je mogoče obdelati s CNC strojem.
CNC obdelava ponuja visoko dimenzijsko natančnost in ozke tolerance, ki so primerne tako za velikoserijsko proizvodnjo kot za enkratna opravila. Pravzaprav je trenutno najbolj stroškovno učinkovita metoda za izdelavo kovinskih prototipov, tudi v primerjavi s 3D tiskanjem.
CNC glavne omejitve zasnove
CNC ponuja veliko prilagodljivost oblikovanja, vendar obstajajo določene omejitve oblikovanja. Te omejitve so povezane z osnovno mehaniko rezalnega procesa, predvsem z geometrijo orodja in dostopom do orodja.
1. Oblika orodja
Najpogostejša CNC orodja, kot so čelni rezkarji in svedri, so cilindrična in imajo omejeno rezalno dolžino. Ko se material odstrani iz obdelovanca, se oblika orodja posnema na obdelanem delu.
To na primer pomeni, da imajo notranji koti CNC dela vedno radij, ne glede na velikost uporabljenega orodja.
2. Priklic orodja
Pri odstranjevanju materiala se orodje približa obdelovancu neposredno od zgoraj. Tega ni mogoče storiti s CNC obdelavo, razen s podrezi, o katerih bomo razpravljali kasneje.
Dobra praksa načrtovanja je, da vse značilnosti modela, kot so luknje, votline in navpične stene, poravnate z eno od šestih kardinalnih smeri. To je bolj predlog kot omejitev, zlasti ker 5-osni CNC sistemi ponujajo napredne zmogljivosti zadrževanja dela.
Orodja so zaskrbljujoča pri obdelavi delov z značilnostmi, ki imajo veliko razmerje stranic. Na primer, za doseganje dna globoke votline je potrebno posebno orodje z dolgo gredjo, ki lahko zmanjša togost končnega efektorja, poveča vibracije in zmanjša dosegljivo natančnost.
Pravila načrtovanja CNC procesov
Pri načrtovanju delov za CNC obdelavo je eden od izzivov odsotnost posebnih industrijskih standardov. To je zato, ker proizvajalci CNC strojev in orodij nenehno izboljšujejo svoje tehnične zmogljivosti in tako širijo obseg doseganja. Spodaj smo podali tabelo, ki povzema priporočene in izvedljive vrednosti za najpogostejše značilnosti CNC obdelanih delov.
1. Žepi in vdolbine
Zapomnite si naslednje besedilo: »Priporočena globina žepa: 4-kratna širina žepa. Čelni rezkarji imajo omejeno rezalno dolžino, običajno 3-4-kratnik njihovega premera. Ko je razmerje med globino in širino majhno, postanejo težave, kot so upogibanje orodja, odvajanje odrezkov in vibracije, bolj izrazite. Da bi zagotovili dobre rezultate, omejite globino votline na 4-kratno širino.”
Če potrebujete večjo globino, boste morda želeli razmisliti o oblikovanju dela s spremenljivo globino votline (za primer glejte zgornjo sliko). Pri rezkanju z globokimi votlinami je vdolbina razvrščena kot globoka, če je njena globina več kot šestkrat večja od premera uporabljenega orodja. Posebno orodje omogoča največjo globino 30 cm s končnim rezkalnikom s premerom 1 palca, kar je enako razmerju med premerom orodja in globino votline 30:1.
2. Notranji rob
Navpični polmer vogala: priporočljivo je ⅓ x globina votline (ali več).
Pomembno je, da uporabite predlagane vrednosti polmera notranjega vogala za izbiro orodja prave velikosti in upoštevate priporočene smernice za globino votline. Rahlo povečanje polmera vogala nad priporočeno vrednost (npr. za 1 mm) omogoča, da orodje reže po krožni poti namesto pod kotom 90°, kar ima za posledico boljšo končno obdelavo površine. Če potrebujete oster 90° notranji kot, razmislite o dodajanju spodreza v obliki črke T, namesto da bi zmanjšali polmer vogala. Za polmer tal so priporočene vrednosti 0,5 mm, 1 mm ali brez polmera; sprejemljiv pa je vsak radij. Spodnji rob rezkarja je raven ali rahlo zaobljen. Druge polmere tal je mogoče obdelati z orodji s krogličnim koncem. Upoštevanje priporočenih vrednosti je dobra praksa, saj je to prednostna izbira za strojnike.
3. Tanka stena
Najmanjša priporočila za debelino stene: 0,8 mm (kovina), 1,5 mm (plastika); Sprejemljivo je 0,5 mm (kovina), 1,0 mm (plastika).
Zmanjšanje debeline stene zmanjša togost materiala, kar povzroči povečane vibracije med obdelavo in zmanjšano dosegljivo natančnost. Umetne mase so nagnjene k zvijanju zaradi zaostalih napetosti in mehčanju zaradi povišane temperature, zato je priporočljiva uporaba večje minimalne debeline stene.
4. Luknja
Premer Priporočene so standardne velikosti svedrov. Vsak premer, večji od 1 mm, je izvedljiv. Izdelava lukenj se izvede s svedrom ali koncemcnc rezkano. Velikosti svedrov so standardizirane v metričnih in imperialnih enotah. Povrtala in vrtalna orodja se uporabljajo za dokončanje lukenj, ki zahtevajo ozke tolerance. Pri premerih, manjših od ⌀20 mm, je priporočljivo uporabiti standardne premere.
Največja priporočena globina 4 x nazivni premer; tipičen 10 x nazivni premer; izvedljivo 40 x nazivni premer
Luknje nestandardnega premera je treba obdelati s čelnim rezkalnikom. V tem scenariju velja omejitev največje globine votline in priporočljivo je uporabiti vrednost največje globine. Če morate obdelati luknje, globlje od običajne vrednosti, uporabite poseben sveder s premerom najmanj 3 mm. Slepe izvrtine, obdelane s svedrom, imajo stožčasto osnovo s kotom 135°, medtem ko so luknje, obdelane s čelnim rezkalom, ravne. Pri CNC obdelavi ni posebne prednosti med skoznjimi in slepimi luknjami.
5. Niti
Najmanjša velikost navoja je M2. Priporočljiva je uporaba M6 ali večjih navojev. Notranji navoji se izdelajo z navojnimi navoji, zunanji navoji pa z matricami. Za ustvarjanje navojev M2 je mogoče uporabiti navoje in matrice. CNC orodja za rezanje navojev so široko uporabljena in jih imajo strojniki prednost, ker zmanjšujejo tveganje zloma navojnega navoja. CNC orodja za rezanje navojev se lahko uporabljajo za izdelavo navojev M6.
Dolžina navoja najmanj 1,5 x nazivni premer; Priporočen 3 x nazivni premer
Prvih nekaj zob nosi večino obremenitve navoja (do 1,5-kratnega nazivnega premera). Tako so navoji, večji od trikratnega nazivnega premera, nepotrebni. Za navoje v slepih izvrtinah, izdelanih z navojem (tj. vsi navoji, manjši od M6), dodajte dolžino brez navoja, ki je enaka 1,5-kratnemu nazivnemu premeru na dno izvrtine.
Kadar je mogoče uporabiti CNC orodja za vrezovanje navojev (tj. navoje, večje od M6), je mogoče luknjo naviti skozi celotno dolžino.
6. Majhne funkcije
Najmanjši priporočeni premer luknje je 2,5 mm (0,1 in); sprejemljivo je tudi najmanj 0,05 mm (0,005 in). Večina strojnih delavnic lahko natančno obdela majhne votline in luknje.
Vse, kar je pod to mejo, se obravnava kot mikroobdelava.CNC natančno rezkanjetakšne značilnosti (kjer je fizična variacija rezalnega postopka znotraj tega razpona) zahtevajo specializirana orodja (mikro svedri) in strokovno znanje, zato je priporočljivo, da se jim izogibate, razen če je to nujno potrebno.
7. Tolerance
Standardno: ±0,125 mm (0,005 in)
Tipično: ±0,025 mm (0,001 in)
Zmogljivost: ±0,0125 mm (0,0005 in)
Tolerance določajo sprejemljive meje dimenzij. Dosegljive tolerance so odvisne od osnovnih dimenzij in geometrije dela. Navedene vrednosti so praktične smernice. Če določenih toleranc ni, bo večina strojnih delavnic uporabljala standardno toleranco ±0,125 mm (0,005 in).
8. Besedilo in črke
Priporočena velikost pisave je 20 (ali večja) in črke 5 mm
Vgravirano besedilo je bolje kot reliefno, ker odstrani manj materiala. Priporočljiva je uporaba pisave sans-serif, kot je Microsoft YaHei ali Verdana, z velikostjo pisave vsaj 20 točk. Veliko CNC strojev ima vnaprej programirane rutine za te pisave.
Nastavitev stroja in orientacija dela
Spodaj je prikazan shematski diagram dela, ki zahteva več nastavitev:
Dostop do orodja je pomembna omejitev pri načrtovanju CNC obdelave. Da bi dosegli vse površine modela, je treba obdelovanec večkrat zavrteti. Na primer, del, prikazan na zgornji sliki, je treba zavrteti trikrat: dvakrat za obdelavo lukenj v obeh primarnih smereh in tretjič za dostop do zadnje strani dela. Vsakič, ko se obdelovanec zavrti, je treba stroj ponovno kalibrirati in določiti nov koordinatni sistem.
Pri načrtovanju razmislite o nastavitvah stroja iz dveh glavnih razlogov:
1. Skupno število nastavitev stroja vpliva na ceno. Vrtenje in ponovno poravnavanje dela zahtevata ročni napor in povečata skupni čas obdelave. Če je treba del zavrteti 3-4 krat, je to običajno sprejemljivo, vendar je vse, kar presega to mejo, pretirano.
2. Da bi dosegli največjo natančnost relativnega položaja, morata biti obe funkciji obdelani v isti nastavitvi. To je zato, ker korak novega klica povzroči majhno (vendar nezanemarljivo) napako.
Petosna CNC obdelava
Pri uporabi 5-osne CNC obdelave je mogoče odpraviti potrebo po več nastavitvah stroja. Večosna CNC obdelava lahko izdela dele s kompleksno geometrijo, ker ponuja dve dodatni osi vrtenja.
Petosna CNC obdelava omogoča, da je orodje vedno tangencialno na rezalno površino. To omogoča sledenje bolj zapletenim in učinkovitim potem orodja, kar ima za posledico dele z boljšo površinsko obdelavo in krajšimi časi obdelave.
vendar5-osna CNC obdelavaima tudi svoje omejitve. Osnovna geometrija orodja in omejitve dostopa do orodja še vedno veljajo, na primer delov z notranjo geometrijo ni mogoče obdelati. Poleg tega so stroški uporabe takih sistemov višji.
Oblikovanje podrezov
Spodrezki so elementi, ki jih ni mogoče obdelati s standardnimi rezalnimi orodji, ker nekatere njihove površine niso neposredno dostopne od zgoraj. Obstajata dve glavni vrsti podrezov: T-reže in lastovičji rep. Spodrezki so lahko enostranski ali dvostranski in so obdelani s specializiranimi orodji.
Rezalna orodja s T-režami so v bistvu izdelana z vodoravnim rezalnim vložkom, pritrjenim na navpično gred. Širina podreza je lahko med 3 mm in 40 mm. Priporočljivo je, da za širino uporabite standardne mere (tj. cele milimetre v korakih ali standardne frakcije palcev), ker je verjetneje, da je orodje že na voljo.
Pri orodjih lastovičjega repa je kot določujoča dimenzija funkcije. Orodja z lastovičjim repom 45° in 60° veljajo za standardna.
Ko načrtujete del s spodrezki na notranjih stenah, ne pozabite dodati dovolj prostora za orodje. Dobro pravilo je, da dodate prostor med strojno obdelano steno in drugimi notranjimi stenami, ki je enak najmanj štirikratni globini spodreza.
Za standardna orodja je tipično razmerje med premerom reza in premerom gredi 2:1, kar omejuje globino reza. Kadar je potreben nestandardni spodrez, strojne delavnice pogosto izdelajo lastna orodja za spodrezovanje po meri. To podaljšuje čas in stroške in se temu izogibajte, kadar koli je to mogoče.
T-utor na notranji steni (levo), spodrez v obliki lastovičjega repa (na sredini) in enostranski spodrez (desno)
Izdelava tehničnih risb
Upoštevajte, da nekaterih konstrukcijskih specifikacij ni mogoče vključiti v datoteke STEP ali IGES. 2D tehnične risbe so potrebne, če vaš model vključuje eno ali več od naslednjega:
Navojne luknje ali gredi
Tolerirane dimenzije
Posebne zahteve za površinsko obdelavo
Opombe za operaterje CNC strojev
Pravila palca
1. Oblikujte del, ki ga boste obdelovali z orodjem največjega premera.
2. Vsem notranjim navpičnim kotom dodajte velike zaobljene robove (vsaj ⅓ x globina votline).
3. Globino votline omejite na 4-kratno širino.
4. Poravnajte glavne značilnosti vašega dizajna vzdolž ene od šestih kardinalnih smeri. Če to ni mogoče, se odločite zaStoritve 5-osne cnc obdelave.
5. Predložite tehnične risbe skupaj z vašim dizajnom, če vaš dizajn vključuje navoje, tolerance, specifikacije površinske obdelave ali druge komentarje za upravljavce strojev.
Če želite izvedeti več ali povpraševanje, vas prosimo, da kontaktirate info@anebon.com.
Čas objave: 13. junija 2024