Щоб повністю використовувати можливості обробки з ЧПК, дизайнери повинні проектувати відповідно до певних правил виробництва. Однак це може бути складно, оскільки не існує спеціальних галузевих стандартів. У цій статті ми зібрали вичерпний посібник із найкращих практик проектування для обробки з ЧПУ. Ми зосередилися на описі здійсненності сучасних систем ЧПК і не врахували пов’язані з цим витрати. Щоб отримати посібник із економічно ефективного проектування деталей для ЧПУ, зверніться до цієї статті.
Обробка з ЧПУ
Обробка з ЧПУ є субтрактивною технікою виробництва. У ЧПУ різні ріжучі інструменти, які обертаються з високою швидкістю (тисячі обертів на хвилину), використовуються для видалення матеріалу з суцільного блоку з метою створення деталі на основі моделі CAD. Як метал, так і пластик можна обробляти за допомогою ЧПУ.
Обробка з ЧПК забезпечує високу точність розмірів і жорсткі допуски, придатні як для великого виробництва, так і для одноразових робіт. Фактично, на даний момент це найбільш економічно ефективний метод виготовлення металевих прототипів, навіть якщо порівнювати його з 3D-друком.
Основні обмеження конструкції ЧПК
ЧПК пропонує велику гнучкість проектування, але є певні обмеження дизайну. Ці обмеження пов’язані з базовою механікою процесу різання, в основному з геометрією інструменту та доступом до інструменту.
1. Форма інструменту
Найпоширеніші інструменти з ЧПК, такі як торцеві фрези та свердла, мають циліндричну форму та мають обмежену довжину різання. Коли матеріал видаляється із заготовки, форма інструменту повторюється на обробленій деталі.
Наприклад, це означає, що внутрішні кути деталі з ЧПК завжди матимуть радіус, незалежно від розміру використовуваного інструменту.
2. Виклик інструменту
При знятті матеріалу інструмент наближається до заготовки безпосередньо зверху. Це неможливо зробити за допомогою обробки з ЧПУ, за винятком підрізів, які ми обговоримо пізніше.
Хорошою практикою проектування є вирівнювання всіх елементів моделі, таких як отвори, порожнини та вертикальні стінки, за одним із шести сторін світу. Це більше пропозиція, ніж обмеження, особливо тому, що 5-осьові системи ЧПК пропонують розширені можливості утримання роботи.
Інструменти є проблемою під час обробки деталей із функціями, які мають велике співвідношення сторін. Наприклад, щоб досягти дна глибокої порожнини, потрібен спеціальний інструмент із довгим стрижнем, який може зменшити жорсткість кінцевого ефектора, збільшити вібрацію та знизити досяжну точність.
Правила проектування процесу з ЧПК
При проектуванні деталей для обробки з ЧПК однією з проблем є відсутність спеціальних галузевих стандартів. Це пов’язано з тим, що виробники верстатів із ЧПК та інструментів постійно вдосконалюють свої технічні можливості, таким чином розширюючи діапазон того, чого можна досягти. Нижче наведено таблицю, у якій узагальнено рекомендовані та можливі значення для найпоширеніших характеристик деталей, оброблених з ЧПК.
1. Кишені та виїмки
Пам’ятайте наступний текст: «Рекомендована глибина кишені: у 4 рази більше ширини кишені. Кінцеві фрези мають обмежену довжину різання, яка зазвичай у 3-4 рази перевищує їх діаметр. Коли співвідношення глибини до ширини невелике, такі проблеми, як відхилення інструменту, видалення стружки та вібрація, стають більш помітними. Щоб забезпечити хороші результати, обмежте глибину порожнини до 4-кратної її ширини».
Якщо вам потрібна більша глибина, ви можете подумати про створення деталі зі змінною глибиною порожнини (див. зображення вище для прикладу). Що стосується фрезерування глибокої порожнини, то порожнина класифікується як глибока, якщо її глибина більш ніж у шість разів перевищує діаметр використовуваного інструменту. Спеціальне оснащення дозволяє отримати максимальну глибину 30 см з кінцевою фрезою діаметром 1 дюйм, що відповідає співвідношенню діаметра інструмента до глибини порожнини 30:1.
2. Внутрішній край
Вертикальний радіус кута: рекомендовано ⅓ x глибина порожнини (або більше).
Важливо використовувати запропоновані значення радіуса внутрішнього кута для вибору інструмента правильного розміру та дотримуватися рекомендованих вказівок щодо глибини порожнини. Трохи збільшивши радіус кута вище рекомендованого значення (наприклад, на 1 мм), інструмент різатиме по круговій траєкторії, а не під кутом 90°, що призводить до кращої обробки поверхні. Якщо потрібен гострий внутрішній кут під кутом 90°, подумайте про те, щоб додати Т-подібний виріз, а не зменшувати радіус кута. Для радіуса підлоги рекомендовані значення: 0,5 мм, 1 мм або відсутність радіуса; однак прийнятний будь-який радіус. Нижня кромка кінцевої фрези плоска або злегка закруглена. Інші радіуси підлоги можна обробити за допомогою інструментів із кульковим торцем. Дотримання рекомендованих значень є хорошою практикою, оскільки це кращий вибір для машиністів.
3. Тонка стіна
Рекомендована мінімальна товщина стінки: 0,8 мм (метал), 1,5 мм (пластик); Допустимі 0,5 мм (метал), 1,0 мм (пластик).
Зменшення товщини стінки зменшує жорсткість матеріалу, що призводить до збільшення вібрації під час обробки та зниження досяжної точності. Пластмаси мають властивість деформуватися від залишкових напруг і розм'якшуватися через підвищення температури, тому рекомендується використовувати більшу мінімальну товщину стінки.
4. Отвір
Діаметр Рекомендуються стандартні розміри свердла. Допускається будь-який діаметр більше 1 мм. Виготовлення отвору виконується свердлом або торцемфрезерований на ЧПУ. Розміри свердел стандартизовані в метричних і британських одиницях. Розвертки та розточувальні інструменти використовуються для обробки отворів, які потребують жорстких допусків. Для діаметрів менше ⌀20 мм доцільно використовувати стандартні діаметри.
Максимальна рекомендована глибина 4 x номінальний діаметр; типовий 10 х номінальний діаметр; можливо 40 х номінальний діаметр
Отвори нестандартного діаметру слід обробити торцевою фрезою. У цьому сценарії застосовується обмеження максимальної глибини порожнини, і рекомендується використовувати значення максимальної глибини. Якщо вам потрібно зробити отвори глибше типового значення, використовуйте спеціальне свердло з мінімальним діаметром 3 мм. Глухі отвори, оброблені свердлом, мають конічну основу з кутом 135°, тоді як отвори, оброблені торцевою фрезою, є плоскими. При обробці з ЧПК немає особливої переваги між наскрізними та глухими отворами.
5. Нитки
Мінімальний розмір різьби М2. Рекомендується використовувати різьблення М6 або більше. Внутрішня різьба створюється за допомогою мітчиків, а зовнішня – за допомогою плашок. Мітчики та плашки можна використовувати для створення різьби M2. Різьбові інструменти з ЧПК широко використовуються і віддають перевагу машиністам, оскільки вони зменшують ризик поломки мітчика. Для створення різьби M6 можна використовувати інструменти для нарізання різьби з ЧПК.
Мінімальна довжина різьби 1,5 x номінальний діаметр; Рекомендується 3 х номінальний діаметр
Кілька початкових зубів несуть основне навантаження на різьбу (до 1,5 номінального діаметра). Таким чином, різьби, розмір яких перевищує номінальний діаметр у три рази, непотрібні. Для різьби в глухих отворах, виконаних за допомогою мітчика (тобто для всіх різьб, менших за M6), додайте довжину без різьби, що дорівнює 1,5 номінального діаметра до дна отвору.
Якщо можна використовувати інструменти для нарізання різьблення з ЧПК (тобто різьблення більше M6), отвір можна нарізати по всій довжині.
6. Невеликі особливості
Мінімальний рекомендований діаметр отвору становить 2,5 мм (0,1 дюйма); мінімум 0,05 мм (0,005 дюйма) також прийнятний. Більшість механічних майстерень можуть точно обробити невеликі порожнини та отвори.
Все, що нижче цієї межі, вважається мікрообробкою.Точне фрезерування з ЧПУтакі функції (де фізична зміна процесу різання знаходиться в межах цього діапазону) вимагають спеціальних інструментів (мікросвердел) і експертних знань, тому рекомендується уникати їх, якщо це не є абсолютно необхідною.
7. Допуски
Стандарт: ±0,125 мм (0,005 дюйма)
Типовий: ±0,025 мм (0,001 дюйма)
Продуктивність: ±0,0125 мм (0,0005 дюйма)
Допуски встановлюють допустимі межі розмірів. Досяжні допуски залежать від основних розмірів і геометрії деталі. Наведені значення є практичними рекомендаціями. За відсутності визначених допусків більшість машинобудівних майстерень використовуватимуть стандартний допуск ±0,125 мм (0,005 дюйма).
8. Текст і написи
Рекомендований розмір шрифту – 20 (або більше) та 5 мм написів
Гравірований текст краще, ніж тиснений, оскільки він видаляє менше матеріалу. Рекомендується використовувати шрифт без засічок, наприклад Microsoft YaHei або Verdana, розмір шрифту не менше 20 пунктів. Багато верстатів з ЧПК мають попередньо запрограмовані процедури для цих шрифтів.
Налаштування машини та орієнтація деталей
Нижче наведено принципову діаграму частини, яка потребує кількох налаштувань:
Доступ до інструменту є суттєвим обмеженням у конструкції обробки з ЧПК. Щоб досягти всіх поверхонь моделі, заготовку потрібно кілька разів повернути. Наприклад, деталь, показану на зображенні вище, потрібно повернути тричі: двічі, щоб виконати отвори в двох основних напрямках, і втретє, щоб отримати доступ до задньої частини деталі. Кожного разу, коли деталь обертається, верстат необхідно повторно калібрувати та визначати нову систему координат.
Під час проектування враховуйте налаштування машини з двох основних причин:
1. Загальна кількість налаштувань машини впливає на вартість. Обертання та переналаштування деталі вимагає ручних зусиль і збільшує загальний час обробки. Якщо деталь потрібно повернути 3-4 рази, це зазвичай прийнятно, але все, що перевищує цю межу, є надмірним.
2. Щоб досягти максимальної точності відносного положення, обидві деталі повинні бути оброблені в одній установці. Це пояснюється тим, що новий крок виклику створює невелику (але незначну) помилку.
П'ятиосьова обробка з ЧПУ
При використанні 5-осьової обробки з ЧПК можна усунути потребу в налаштуванні кількох верстатів. Багатоосьова обробка з ЧПК дозволяє виготовляти деталі зі складною геометрією, оскільки пропонує дві додаткові осі обертання.
П'ятиосьова обробка з ЧПК дозволяє інструменту завжди бути дотичною до поверхні різання. Це дає змогу виконувати більш складні та ефективні траєкторії руху інструменту, що призводить до отримання деталей із кращою обробкою поверхні та коротшим часом обробки.
однак,5-осьова обробка з ЧПУтакож має свої обмеження. Основна геометрія інструменту та обмеження доступу до інструменту все ще застосовуються, наприклад, деталі з внутрішньою геометрією не можуть бути оброблені. Крім того, вартість використання таких систем вища.
Проектування підрізів
Виточки — це деталі, які неможливо обробити стандартними ріжучими інструментами, оскільки деякі їх поверхні недоступні безпосередньо зверху. Існує два основних типи підрізів: Т-подібні прорізи та ластівчин хвіст. Підрізи можуть бути одно- або двосторонніми і обробляються спеціальними інструментами.
Різальні інструменти з Т-подібними пазами в основному виготовляються з горизонтальною ріжучою пластиною, прикріпленою до вертикального валу. Ширина підрізу може коливатися від 3 мм до 40 мм. Рекомендується використовувати стандартні розміри (тобто з кроком цілий міліметр або стандартні частки дюймів) для ширини, тому що інструменти, швидше за все, уже доступні.
Для інструментів типу «ластівчин хвіст» кут є визначальним розміром характеристики. Інструменти 45° і 60° «ластівчин хвіст» вважаються стандартними.
При проектуванні деталі з вирізами на внутрішніх стінках не забудьте додати достатній зазор для інструменту. Хорошим емпіричним правилом є додавання простору між обробленою стіною та будь-якими іншими внутрішніми стінами, що дорівнює принаймні чотирикратній глибині виточки.
Для стандартних інструментів типове співвідношення між діаметром різання та діаметром валу становить 2:1, що обмежує глибину різання. Коли потрібна нестандартна виточка, механічні майстерні часто виготовляють власні інструменти для виточок. Це збільшує час і вартість, і його слід уникати, коли це можливо.
Т-подібний паз на внутрішній стінці (ліворуч), виточка типу «ластівчин хвіст» (у центрі) та одностороння виточка (праворуч)
Складання технічних креслень
Зауважте, що деякі специфікації дизайну не можна включити у файли STEP або IGES. Двовимірні технічні креслення потрібні, якщо ваша модель містить один або кілька з наведеного нижче.
Різьбові отвори або вали
Допустимі розміри
Особливі вимоги до обробки поверхні
Нотатки для операторів верстатів з ЧПК
Емпіричні правила
1. Сконструюйте деталь для обробки інструментом найбільшого діаметра.
2. Додайте великі скруглення (принаймні ⅓ x глибина порожнини) до всіх внутрішніх вертикальних кутів.
3. Обмежте глибину порожнини до 4-кратної її ширини.
4. Вирівняйте основні елементи вашого дизайну вздовж одного з шести сторін світу. Якщо це неможливо, виберітьПослуги 5-осьової обробки з ЧПУ.
5. Надішліть технічні креслення разом із проектом, якщо ваш проект містить різьблення, допуски, специфікації обробки поверхні або інші коментарі для операторів машин.
Якщо ви хочете дізнатися більше або отримати запит, зв’яжіться з нами info@anebon.com.
Час публікації: 13 червня 2024 р