För att fullt ut kunna utnyttja kapaciteten hos CNC-bearbetning måste designers designa enligt specifika tillverkningsregler. Detta kan dock vara utmanande eftersom specifika industristandarder inte existerar. I den här artikeln har vi sammanställt en omfattande guide till bästa designpraxis för CNC-bearbetning. Vi har fokuserat på att beskriva genomförbarheten av moderna CNC-system och har bortsett från de relaterade kostnaderna. För en guide till kostnadseffektiv design av delar för CNC, se den här artikeln.
CNC-bearbetning
CNC-bearbetning är en subtraktiv tillverkningsteknik. I CNC används olika skärverktyg som roterar med höga hastigheter (tusentals varv per minut) för att eliminera material från ett massivt block för att skapa en detalj baserad på en CAD-modell. Både metall och plast kan bearbetas med CNC.
CNC-bearbetning erbjuder hög dimensionell noggrannhet och snäva toleranser som lämpar sig för både storvolymproduktion och engångsjobb. Faktum är att det för närvarande är den mest kostnadseffektiva metoden för att producera metallprototyper, även jämfört med 3D-utskrift.
CNC-huvudkonstruktionsbegränsningar
CNC erbjuder stor designflexibilitet, men det finns vissa designbegränsningar. Dessa begränsningar är relaterade till den grundläggande mekaniken i skärprocessen, främst till verktygsgeometri och verktygsåtkomst.
1. Verktygsform
De vanligaste CNC-verktygen, såsom pinnfräsar och borrar, är cylindriska och har begränsade skärlängder. När material avlägsnas från arbetsstycket, replikeras verktygets form på den bearbetade delen.
Det betyder till exempel att invändiga hörn på en CNC-del alltid kommer att ha en radie, oavsett storleken på det använda verktyget.
2. Verktygsanrop
Vid borttagning av material närmar sig verktyget arbetsstycket direkt ovanifrån. Detta kan inte göras med CNC-bearbetning, förutom underskärningar, som vi kommer att diskutera senare.
Det är en bra designpraxis att anpassa alla funktioner i en modell, såsom hål, hålrum och vertikala väggar, med en av de sex huvudriktningarna. Detta är mer ett förslag än en begränsning, särskilt eftersom 5-axliga CNC-system erbjuder avancerade kapaciteter för att hålla fast.
Verktyg är ett problem när man bearbetar delar med funktioner som har ett stort bildförhållande. För att till exempel nå botten av ett djupt hålrum krävs ett specialiserat verktyg med ett långt skaft, vilket kan minska ändeffektorns styvhet, öka vibrationerna och minska den exakta noggrannheten.
CNC-processdesignregler
När man designar delar för CNC-bearbetning är en av utmaningarna avsaknaden av specifika industristandarder. Detta beror på att tillverkare av CNC-maskiner och verktyg ständigt förbättrar sina tekniska kapaciteter, och på så sätt breddar utbudet av vad som kan uppnås. Nedan har vi tillhandahållit en tabell som sammanfattar de rekommenderade och genomförbara värdena för de vanligaste funktionerna som finns i CNC-bearbetade delar.
1. Fickor och urtag
Kom ihåg följande text: "Rekommenderat fickdjup: 4 gånger fickbredd. Pinnfräsar har en begränsad skärlängd, vanligtvis 3-4 gånger sin diameter. När förhållandet mellan djup och bredd är litet blir frågor som verktygsavböjning, spånavkastning och vibrationer mer framträdande. För att säkerställa bra resultat, begränsa djupet av en kavitet till 4 gånger dess bredd."
Om du behöver mer djup kan du fundera på att designa en detalj med variabelt håldjup (se bilden ovan för ett exempel). När det gäller fräsning med djup hålighet klassificeras en hålighet som djup om dess djup är mer än sex gånger diametern på det verktyg som används. Specialverktyg möjliggör ett maximalt djup på 30 cm med en pinnfräs på 1 tum, vilket motsvarar ett förhållande mellan verktygsdiameter och kavitetsdjup på 30:1.
2. Innerkant
Vertikal hörnradie: ⅓ x kavitetsdjup (eller större) rekommenderas
Det är viktigt att använda de föreslagna värdena för radie på insidan av hörnet för att välja rätt storlek på verktyget och följa de rekommenderade riktlinjerna för kavitetsdjup. En liten ökning av hörnradien över det rekommenderade värdet (t.ex. med 1 mm) gör att verktyget kan skära längs en cirkulär bana istället för i 90° vinkel, vilket ger en bättre ytfinish. Om ett skarpt 90° invändigt hörn behövs, överväg att lägga till en T-formad underskärning istället för att minska hörnradien. För golvradie är de rekommenderade värdena 0,5 mm, 1 mm eller ingen radie; vilken radie som helst är dock acceptabel. Pinnfräsens nedre kant är platt eller lätt rundad. Andra golvradier kan bearbetas med kuländverktyg. Att följa de rekommenderade värdena är en bra praxis eftersom det är det föredragna valet för maskinister.
3. Tunnvägg
Rekommendationer för minsta väggtjocklek: 0,8 mm (metall), 1,5 mm (plast); 0,5 mm (metall), 1,0 mm (plast) är acceptabla
Att minska väggtjockleken minskar materialets styvhet, vilket leder till ökade vibrationer under bearbetning och minskad uppnåbar noggrannhet. Plast har en tendens att skeva på grund av kvarvarande spänningar och mjukna på grund av ökad temperatur, därför rekommenderas att använda en större minsta väggtjocklek.
4. Hål
Diameter Standardborrstorlekar rekommenderas. Varje diameter större än 1 mm är möjlig. Håltagning görs med borr eller ändecnc fräst. Borrstorlekar är standardiserade i metriska och brittiska enheter. Broschar och borrverktyg används för att avsluta hål som kräver snäva toleranser. För diametrar mindre än ⌀20 mm är det lämpligt att använda standarddiametrar.
Maximalt djup rekommenderat 4 x nominell diameter; typisk 10 x nominell diameter; möjlig 40 x nominell diameter
Hål med icke-standarddiameter bör bearbetas med en pinnfräs. I det här scenariot är gränsen för maximalt kavitetsdjup tillämplig, och det rekommenderas att använda det maximala djupvärdet. Om du behöver bearbeta hål djupare än det typiska värdet, använd en speciell borr med en minsta diameter på 3 mm. Blindhål bearbetade med borr har en avsmalnande bas med 135° vinkel, medan hål bearbetade med pinnfräs är plana. Vid CNC-bearbetning finns det ingen specifik preferens mellan genomgående hål och blindhål.
5. Trådar
Minsta gängstorlek är M2. Det rekommenderas att använda M6 eller större gängor. Invändiga gängor skapas med hjälp av kranar, medan yttre gängor skapas med hjälp av stansar. Kranar och stansar kan båda användas för att skapa M2-gängor. CNC-gängverktyg används i stor utsträckning och föredras av maskinister eftersom de minskar risken för kranbrott. CNC-gängverktyg kan användas för att skapa M6-gängor.
Gänglängd minst 1,5 x nominell diameter; 3 x nominell diameter rekommenderas
De första få tänderna bär det mesta av belastningen på gängan (upp till 1,5 gånger den nominella diametern). Således är gängor större än tre gånger den nominella diametern onödiga. För gängor i blinda hål gjorda med en tapp (dvs alla gängor mindre än M6), lägg till en ogängad längd lika med 1,5 gånger den nominella diametern till botten av hålet.
När CNC-gängverktyg kan användas (dvs gängor större än M6) kan hålet träs genom hela sin längd.
6. Små funktioner
Minsta rekommenderade håldiameter är 2,5 mm (0,1 tum); ett minimum av 0,05 mm (0,005 tum) är också acceptabelt. De flesta maskinverkstäder kan noggrant bearbeta små hålrum och hål.
Allt under denna gräns anses vara mikrobearbetning.CNC precisionsfräsningsådana funktioner (där den fysiska variationen av skärprocessen ligger inom detta område) kräver specialverktyg (mikroborrar) och expertkunskap, så det rekommenderas att undvika dem om det inte är absolut nödvändigt.
7. Toleranser
Standard: ±0,125 mm (0,005 tum)
Vanligt: ±0,025 mm (0,001 tum)
Prestanda: ±0,0125 mm (0,0005 tum)
Toleranser fastställer acceptabla gränser för dimensioner. De toleranser som kan uppnås beror på detaljens grundmått och geometri. De angivna värdena är praktiska riktlinjer. I avsaknad av specificerade toleranser kommer de flesta maskinverkstäder att använda en standardtolerans på ±0,125 mm (0,005 tum).
8. Text och bokstäver
Den rekommenderade teckenstorleken är 20 (eller större) och 5 mm bokstäver
Graverad text är att föredra framför präglad text eftersom det tar bort mindre material. Det rekommenderas att använda ett sans-serif-teckensnitt, som Microsoft YaHei eller Verdana, med en teckenstorlek på minst 20 punkter. Många CNC-maskiner har förprogrammerade rutiner för dessa typsnitt.
Maskininställning och delorientering
Ett schematiskt diagram över en del som kräver flera inställningar visas nedan:
Tillgång till verktyg är en betydande begränsning i konstruktionen av CNC-bearbetning. För att nå alla ytor på en modell måste arbetsstycket roteras flera gånger. Till exempel måste delen som visas i bilden ovan roteras tre gånger: två gånger för att bearbeta hålen i de två primära riktningarna och en tredje gång för att komma åt baksidan av delen. Varje gång arbetsstycket roteras måste maskinen omkalibreras och ett nytt koordinatsystem måste definieras.
Tänk på maskininställningar när du designar av två huvudsakliga skäl:
1. Det totala antalet maskininställningar påverkar kostnaden. Att rotera och justera detaljen kräver manuell ansträngning och ökar den totala bearbetningstiden. Om en del behöver roteras 3-4 gånger är det vanligtvis acceptabelt, men allt utöver denna gräns är överdrivet.
2. För att uppnå maximal relativ positionsnoggrannhet måste båda funktionerna bearbetas i samma uppsättning. Detta beror på att det nya anropssteget introducerar ett litet (men icke försumbart) fel.
Femaxlig CNC-bearbetning
När du använder 5-axlig CNC-bearbetning kan behovet av flera maskininställningar elimineras. Fleraxlig CNC-bearbetning kan tillverka detaljer med komplexa geometrier eftersom den erbjuder ytterligare två rotationsaxlar.
Femaxlig CNC-bearbetning gör att verktyget alltid är tangentiellt mot skärytan. Detta möjliggör att mer komplexa och effektiva verktygsbanor kan följas, vilket resulterar i delar med bättre ytfinish och kortare bearbetningstider.
Dock,5-axlig cnc-bearbetninghar också sina begränsningar. Grundläggande verktygsgeometri och verktygsåtkomstbegränsningar gäller fortfarande, till exempel kan delar med intern geometri inte bearbetas. Dessutom är kostnaden för att använda sådana system högre.
Designa underskärningar
Underskärningar är egenskaper som inte kan bearbetas med vanliga skärverktyg eftersom vissa av deras ytor inte är direkt åtkomliga från ovan. Det finns två huvudtyper av underskärningar: T-spår och laxstjärtar. Underskärningar kan vara enkelsidiga eller dubbelsidiga och bearbetas med specialverktyg.
T-spår skärverktyg är i grunden gjorda med ett horisontellt skär fäst på en vertikal axel. Bredden på ett underskärning kan variera mellan 3 mm och 40 mm. Det rekommenderas att använda standardmått (dvs hela millimetersteg eller standarddelar av tum) för bredden eftersom verktygen är mer sannolikt att redan finns tillgängliga.
För laxstjärtsverktyg är vinkeln den definierande egenskapsdimensionen. 45° och 60° laxstjärtsverktyg anses vara standard.
När du designar en del med underskärningar på innerväggarna, kom ihåg att lägga till tillräckligt med utrymme för verktyget. En bra tumregel är att lägga till utrymme mellan den bearbetade väggen och alla andra innerväggar lika med minst fyra gånger djupet av underskärningen.
För standardverktyg är det typiska förhållandet mellan skärdiametern och axeldiametern 2:1, vilket begränsar skärdjupet. När en icke-standard underskärning krävs, tillverkar maskinverkstäder ofta sina egna skräddarsydda underskärningsverktyg. Detta ökar ledtiden och kostnaderna och bör undvikas när det är möjligt.
T-spår på innerväggen (vänster), underskärning av laxstjärt (mitten) och underskärning på ena sidan (höger)
Utarbeta tekniska ritningar
Observera att vissa designspecifikationer inte kan inkluderas i STEP- eller IGES-filer. Tekniska 2D-ritningar krävs om din modell innehåller ett eller flera av följande:
Gängade hål eller skaft
Tolererade mått
Specifika krav på ytfinish
Anmärkningar för CNC-maskinoperatörer
Tumregler
1. Designa delen som ska bearbetas med verktyget med den största diametern.
2. Lägg till stora filéer (minst ⅓ x hålighetsdjup) i alla inre vertikala hörn.
3. Begränsa djupet av en hålighet till 4 gånger dess bredd.
4. Rikta in huvuddragen i din design längs en av de sex huvudriktningarna. Om detta inte är möjligt, välj5-axliga cnc-bearbetningstjänster.
5. Skicka in tekniska ritningar tillsammans med din design när din design inkluderar gängor, toleranser, ytfinishspecifikationer eller andra kommentarer för maskinoperatörer.
Om du vill veta mer eller fråga är du välkommen att kontakta info@anebon.com.
Posttid: 2024-jun-13