Để tận dụng tối đa khả năng gia công CNC, các nhà thiết kế phải thiết kế theo các quy tắc sản xuất cụ thể. Tuy nhiên, điều này có thể gặp khó khăn vì không tồn tại các tiêu chuẩn ngành cụ thể. Trong bài viết này, chúng tôi đã biên soạn một hướng dẫn toàn diện về các phương pháp thiết kế tốt nhất cho gia công CNC. Chúng tôi đã tập trung vào việc mô tả tính khả thi của các hệ thống CNC hiện đại và đã bỏ qua các chi phí liên quan. Để biết hướng dẫn thiết kế các bộ phận cho CNC tiết kiệm chi phí, hãy tham khảo bài viết này.
Gia công CNC
Gia công CNC là một kỹ thuật sản xuất trừ. Trong CNC, các công cụ cắt khác nhau quay ở tốc độ cao (hàng nghìn vòng/phút) được sử dụng để loại bỏ vật liệu khỏi khối rắn nhằm tạo ra một bộ phận dựa trên mô hình CAD. Cả kim loại và nhựa đều có thể được gia công bằng máy CNC.
Gia công CNC cung cấp độ chính xác kích thước cao và dung sai chặt chẽ phù hợp cho cả công việc sản xuất khối lượng lớn và công việc một lần. Trên thực tế, đây hiện là phương pháp tiết kiệm chi phí nhất để sản xuất nguyên mẫu kim loại, ngay cả khi so sánh với in 3D.
Hạn chế thiết kế chính của CNC
CNC mang lại sự linh hoạt trong thiết kế tuyệt vời, nhưng có những hạn chế nhất định về thiết kế. Những hạn chế này liên quan đến cơ chế cơ bản của quá trình cắt, chủ yếu là hình dạng dụng cụ và khả năng tiếp cận dụng cụ.
1. Hình dạng công cụ
Các công cụ CNC phổ biến nhất, chẳng hạn như dao phay ngón và máy khoan, có dạng hình trụ và có chiều dài cắt hạn chế. Khi vật liệu được lấy ra khỏi phôi, hình dạng của dụng cụ sẽ được sao chép trên bộ phận gia công.
Ví dụ: điều này có nghĩa là các góc bên trong của bộ phận CNC sẽ luôn có bán kính, bất kể kích thước của dụng cụ được sử dụng.
2. Gọi công cụ
Khi loại bỏ vật liệu, dụng cụ tiếp cận trực tiếp phôi từ phía trên. Điều này không thể thực hiện được bằng gia công CNC, ngoại trừ các đường cắt dưới mà chúng ta sẽ thảo luận sau.
Đó là một phương pháp thiết kế tốt để căn chỉnh tất cả các đặc điểm của mô hình, chẳng hạn như các lỗ, các hốc và các bức tường thẳng đứng, theo một trong sáu hướng chính. Đây là một gợi ý hơn là một hạn chế, đặc biệt là khi hệ thống CNC 5 trục cung cấp khả năng giữ phôi nâng cao.
Dụng cụ là mối quan tâm khi gia công các bộ phận có tính năng có tỷ lệ khung hình lớn. Ví dụ, để chạm tới đáy của một khoang sâu cần phải có một công cụ chuyên dụng có trục dài, có thể làm giảm độ cứng của bộ phận tác động cuối, tăng độ rung và giảm độ chính xác có thể đạt được.
Quy tắc thiết kế quy trình CNC
Khi thiết kế các bộ phận cho gia công CNC, một trong những thách thức là thiếu các tiêu chuẩn ngành cụ thể. Điều này là do các nhà sản xuất máy và công cụ CNC đang liên tục nâng cao khả năng kỹ thuật của họ, do đó mở rộng phạm vi những gì có thể đạt được. Dưới đây, chúng tôi đã cung cấp bảng tóm tắt các giá trị được đề xuất và khả thi cho các tính năng phổ biến nhất có trong các bộ phận gia công CNC.
1. Túi và hốc
Hãy nhớ đoạn văn bản sau: “Độ sâu túi được đề xuất: Chiều rộng túi gấp 4 lần. Dao phay ngón có chiều dài cắt hạn chế, thường gấp 3-4 lần đường kính của chúng. Khi tỷ lệ chiều sâu trên chiều rộng nhỏ, các vấn đề như độ lệch của dụng cụ, thoát phoi và rung động trở nên nổi bật hơn. Để đảm bảo kết quả tốt, hãy giới hạn độ sâu của khoang bằng 4 lần chiều rộng của nó.”
Nếu bạn cần thêm chiều sâu, bạn có thể muốn nghĩ đến việc thiết kế một bộ phận có độ sâu khoang đúc thay đổi (xem hình ảnh bên trên để biết ví dụ). Khi nói đến phay khoang sâu, khoang được phân loại là sâu nếu độ sâu của nó lớn hơn sáu lần đường kính của dụng cụ đang được sử dụng. Dụng cụ đặc biệt cho phép đạt độ sâu tối đa 30 cm với dao phay đầu có đường kính 1 inch, tương đương với tỷ lệ đường kính dao và chiều sâu khoang là 30:1.
2. Cạnh trong
Bán kính góc dọc: khuyến nghị ⅓ x độ sâu khoang (hoặc lớn hơn)
Điều quan trọng là sử dụng các giá trị bán kính góc trong được đề xuất để chọn dụng cụ có kích thước phù hợp và tuân thủ các nguyên tắc về độ sâu khoang được khuyến nghị. Tăng nhẹ bán kính góc trên giá trị khuyến nghị (ví dụ: thêm 1 mm) cho phép công cụ cắt dọc theo đường tròn thay vì ở góc 90°, mang lại bề mặt hoàn thiện tốt hơn. Nếu cần một góc sắc nét 90° bên trong, hãy cân nhắc thêm đường cắt hình chữ T thay vì giảm bán kính góc. Đối với bán kính sàn, giá trị khuyến nghị là 0,5 mm, 1 mm hoặc không có bán kính; tuy nhiên, bất kỳ bán kính nào cũng được chấp nhận. Cạnh dưới của máy nghiền cuối phẳng hoặc hơi tròn. Bán kính sàn khác có thể được gia công bằng dụng cụ đầu bi. Tuân thủ các giá trị được khuyến nghị là một cách thực hành tốt vì đây là lựa chọn ưu tiên của các thợ máy.
3. Bức tường mỏng
Khuyến nghị độ dày thành tối thiểu: 0,8 mm (kim loại), 1,5 mm (nhựa); 0,5 mm (kim loại), 1,0 mm (nhựa) đều được chấp nhận
Giảm độ dày thành làm giảm độ cứng của vật liệu, dẫn đến tăng độ rung trong quá trình gia công và giảm độ chính xác có thể đạt được. Nhựa có xu hướng bị cong vênh do ứng suất dư và bị mềm do nhiệt độ tăng, do đó, nên sử dụng độ dày thành tối thiểu lớn hơn.
4. Lỗ
Đường kính Kích thước mũi khoan tiêu chuẩn được khuyến nghị. Bất kỳ đường kính nào lớn hơn 1 mm đều có thể thực hiện được. Việc tạo lỗ được thực hiện bằng mũi khoan hoặc đầuphay cnc. Kích thước mũi khoan được tiêu chuẩn hóa theo đơn vị hệ mét và hệ Anh. Mũi doa và dụng cụ khoét được sử dụng để hoàn thiện các lỗ đòi hỏi dung sai chặt chẽ. Đối với đường kính nhỏ hơn ⌀20 mm thì nên sử dụng đường kính tiêu chuẩn.
Độ sâu tối đa khuyến nghị là 4 x đường kính danh nghĩa; điển hình là 10 x đường kính danh nghĩa; khả thi 40 x đường kính danh nghĩa
Các lỗ có đường kính không chuẩn nên được gia công bằng máy nghiền cuối. Trong trường hợp này, giới hạn độ sâu khoang tối đa được áp dụng và nên sử dụng giá trị độ sâu tối đa. Nếu bạn cần gia công các lỗ sâu hơn giá trị thông thường, hãy sử dụng mũi khoan đặc biệt có đường kính tối thiểu là 3 mm. Các lỗ mù được gia công bằng máy khoan có đế côn với góc 135°, trong khi các lỗ được gia công bằng máy nghiền cuối là phẳng. Trong gia công CNC, không có sự ưu tiên cụ thể nào giữa lỗ xuyên và lỗ mù.
5. Chủ đề
Kích thước ren tối thiểu là M2. Nên sử dụng ren M6 hoặc lớn hơn. Ren bên trong được tạo bằng taro, trong khi ren ngoài được tạo bằng khuôn. Vòi và khuôn đều có thể được sử dụng để tạo ren M2. Dụng cụ cắt ren CNC được các thợ máy sử dụng rộng rãi và ưa thích vì chúng làm giảm nguy cơ gãy taro. Các công cụ cắt ren CNC có thể được sử dụng để tạo ren M6.
Chiều dài ren tối thiểu 1,5 x đường kính danh nghĩa; Khuyến nghị 3 x đường kính danh nghĩa
Một số răng ban đầu chịu phần lớn tải trọng lên ren (lên tới 1,5 lần đường kính danh nghĩa). Vì vậy, các ren lớn hơn ba lần đường kính danh nghĩa là không cần thiết. Đối với các ren trong lỗ mù được làm bằng tarô (tức là tất cả các ren nhỏ hơn M6), hãy thêm chiều dài chưa ren bằng 1,5 lần đường kính danh nghĩa vào đáy lỗ.
Khi có thể sử dụng các công cụ tạo ren CNC (tức là ren lớn hơn M6), lỗ có thể được luồn qua toàn bộ chiều dài của nó.
6. Tính năng nhỏ
Đường kính lỗ tối thiểu được khuyến nghị là 2,5 mm (0,1 in); tối thiểu 0,05 mm (0,005 in) cũng được chấp nhận. Hầu hết các cửa hàng máy móc đều có thể gia công chính xác các hốc và lỗ nhỏ.
Bất cứ điều gì dưới giới hạn này đều được coi là vi cơ khí.Phay chính xác CNCnhững tính năng như vậy (trong đó sự biến đổi vật lý của quy trình cắt nằm trong phạm vi này) đòi hỏi các công cụ chuyên dụng (máy khoan vi mô) và kiến thức chuyên môn, do đó nên tránh chúng trừ khi thực sự cần thiết.
7. Dung sai
Tiêu chuẩn: ±0,125 mm (0,005 in)
Điển hình: ±0,025 mm (0,001 in)
Hiệu suất: ±0,0125 mm (0,0005 in)
Dung sai thiết lập các giới hạn chấp nhận được cho kích thước. Dung sai có thể đạt được phụ thuộc vào kích thước và hình học cơ bản của bộ phận. Các giá trị được cung cấp là những hướng dẫn thực tế. Trong trường hợp không có dung sai được chỉ định, hầu hết các cửa hàng máy móc sẽ sử dụng dung sai tiêu chuẩn ± 0,125 mm (0,005 in).
8. Văn bản và chữ viết
Kích thước phông chữ được đề xuất là 20 (hoặc lớn hơn) và cỡ chữ 5 mm
Văn bản khắc được ưa chuộng hơn văn bản dập nổi vì nó loại bỏ ít nội dung hơn. Bạn nên sử dụng phông chữ sans-serif, chẳng hạn như Microsoft YaHei hoặc Verdana, với cỡ chữ ít nhất là 20 point. Nhiều máy CNC có các chương trình được lập trình sẵn cho các phông chữ này.
Thiết lập máy và định hướng bộ phận
Sơ đồ nguyên lý của một bộ phận yêu cầu nhiều thiết lập được hiển thị bên dưới:
Truy cập công cụ là một hạn chế đáng kể trong thiết kế gia công CNC. Để tiếp cận tất cả các bề mặt của mô hình, phôi phải được quay nhiều lần. Ví dụ: bộ phận hiển thị trong hình trên cần được xoay ba lần: hai lần để gia công các lỗ theo hai hướng chính và lần thứ ba để tiếp cận mặt sau của bộ phận. Mỗi lần phôi được quay, máy phải được hiệu chỉnh lại và phải xác định hệ tọa độ mới.
Hãy xem xét việc thiết lập máy khi thiết kế vì hai lý do chính:
1. Tổng số lần lắp đặt máy ảnh hưởng đến chi phí. Việc xoay và căn chỉnh lại bộ phận đòi hỏi nỗ lực thủ công và tăng tổng thời gian gia công. Nếu một bộ phận cần được xoay 3-4 lần thì điều đó thường có thể chấp nhận được, nhưng bất cứ điều gì vượt quá giới hạn này đều là quá mức.
2. Để đạt được độ chính xác vị trí tương đối tối đa, cả hai chi tiết phải được gia công trong cùng một thiết lập. Điều này là do bước gọi mới gây ra một lỗi nhỏ (nhưng không đáng kể).
Gia công CNC năm trục
Khi sử dụng gia công CNC 5 trục, có thể loại bỏ nhu cầu thiết lập nhiều máy. Gia công CNC nhiều trục có thể sản xuất các bộ phận có hình dạng phức tạp vì nó cung cấp thêm hai trục quay.
Gia công CNC năm trục cho phép dụng cụ luôn tiếp tuyến với bề mặt cắt. Điều này cho phép tuân theo các đường chạy dao phức tạp và hiệu quả hơn, tạo ra các bộ phận có bề mặt hoàn thiện tốt hơn và thời gian gia công ngắn hơn.
Tuy nhiên,gia công cnc 5 trụccũng có những hạn chế của nó. Các hạn chế về hình học công cụ cơ bản và truy cập công cụ vẫn được áp dụng, ví dụ: các bộ phận có hình học bên trong không thể gia công được. Ngoài ra, chi phí sử dụng các hệ thống như vậy cao hơn.
Thiết kế Undercut
Đường cắt là những đặc điểm không thể gia công bằng các dụng cụ cắt tiêu chuẩn vì một số bề mặt của chúng không thể tiếp cận trực tiếp từ phía trên. Có hai loại undercut chính: T-slot và dovetails. Undercut có thể là một mặt hoặc hai mặt và được gia công bằng các công cụ chuyên dụng.
Dụng cụ cắt rãnh chữ T về cơ bản được chế tạo với một miếng cắt ngang gắn vào trục thẳng đứng. Chiều rộng của phần undercut có thể thay đổi từ 3 mm đến 40 mm. Bạn nên sử dụng kích thước tiêu chuẩn (nghĩa là số gia nguyên milimet hoặc phân số tiêu chuẩn của inch) cho chiều rộng vì nhiều khả năng công cụ đã có sẵn.
Đối với các công cụ khớp đúng, góc là kích thước đặc điểm xác định. Công cụ khớp nối 45° và 60° được coi là tiêu chuẩn.
Khi thiết kế một bộ phận có các đường cắt ở các bức tường bên trong, hãy nhớ thêm khoảng trống vừa đủ cho dụng cụ. Một nguyên tắc nhỏ là thêm khoảng trống giữa bức tường được gia công và bất kỳ bức tường bên trong nào khác bằng ít nhất bốn lần độ sâu của đường cắt bên dưới.
Đối với các dụng cụ tiêu chuẩn, tỷ lệ điển hình giữa đường kính cắt và đường kính trục là 2:1, hạn chế độ sâu cắt. Khi cần một kiểu undercut không chuẩn, các xưởng máy thường tự chế tạo các dụng cụ undercut tùy chỉnh của riêng mình. Điều này làm tăng thời gian và chi phí và nên tránh bất cứ khi nào có thể.
Khe chữ T trên tường trong (trái), đường cắt đuôi én (giữa) và đường cắt một bên (phải)
Soạn thảo bản vẽ kỹ thuật
Xin lưu ý rằng một số thông số kỹ thuật thiết kế không thể được đưa vào tệp STEP hoặc IGES. Cần có bản vẽ kỹ thuật 2D nếu mô hình của bạn bao gồm một hoặc nhiều nội dung sau:
Lỗ ren hoặc trục
Kích thước dung sai
Yêu cầu hoàn thiện bề mặt cụ thể
Những lưu ý dành cho người vận hành máy CNC
Quy tắc ngón tay cái
1. Thiết kế bộ phận cần gia công bằng dụng cụ có đường kính lớn nhất.
2. Thêm các miếng phi lê lớn (độ sâu khoang ít nhất ⅓ x) vào tất cả các góc dọc bên trong.
3. Giới hạn độ sâu của khoang bằng 4 lần chiều rộng của nó.
4. Căn chỉnh các đặc điểm chính trong thiết kế của bạn theo một trong sáu hướng chính. Nếu điều này là không thể, hãy chọnDịch vụ gia công cnc 5 trục.
5. Gửi bản vẽ kỹ thuật cùng với thiết kế của bạn khi thiết kế của bạn bao gồm ren, dung sai, thông số kỹ thuật về độ hoàn thiện bề mặt hoặc các nhận xét khác dành cho người vận hành máy.
Nếu bạn muốn biết thêm hoặc yêu cầu, xin vui lòng liên hệ info@anebon.com.
Thời gian đăng: 13-06-2024