Hoe om onderdele vir CNC-bewerking te ontwerp
In hierdie volledige gids vir die ontwerp vir CNC-bewerking, het ons basiese en gevorderde ontwerppraktyke en wenke saamgestel om jou te help om die beste resultate vir jou persoonlike onderdele te behaal.
Daar is 'n paar maklike stappe wat jy kan neem om jou ontwerpe vir rekenaar numeriese beheer (CNC) bewerking te optimaliseer. Deur ontwerp-vir-vervaardiging (DFM) reëls te volg, kan jy meer uit CNC-bewerking se breë vermoëns kry. Dit kan egter uitdagend wees, aangesien daar nie bedryfswye spesifieke standaarde bestaan nie.
In hierdie artikel bied ons 'n omvattende gids tot die beste ontwerppraktyke vir CNC-bewerking. Om hierdie uitgebreide, opgedateerde inligting saam te stel, het ons terugvoer van bedryfskundiges en CNC-bewerkingsdiensverskaffers gevra. As jy vir koste optimaliseer, kyk na hierdie gids vir die ontwerp van koste-effektiewe onderdele vir CNC.
Wat is die CNC-bewerkingsproses?
CNC-bewerking is 'n subtraktiewe vervaardigingstegnologie. In CNC word materiaal uit 'n soliede blok verwyder deur 'n verskeidenheid snygereedskap te gebruik wat teen hoë spoed roteer – duisende RPM – om 'n onderdeel te produseer gebaseer op 'n CAD-model. Beide metale en plastiek kan CNC-bewerk word.
CNC-bewerkte onderdele het hoë dimensionele akkuraatheid en noue toleransies. CNC is geskik vir beide hoëvolumeproduksie en eenmalige take. Trouens, CNC-bewerking is tans die mees koste-effektiewe manier om metaalprototipes te vervaardig, selfs in vergelyking met 3D-drukwerk.
Wat is die hoofbeperkings van CNC-ontwerp?
CNC bied groot ontwerpbuigsaamheid, maar daar is 'n paar beperkings. Hierdie beperkings hou verband met die basiese meganika van die snyproses en het hoofsaaklik betrekking op gereedskapgeometrie en gereedskaptoegang.
Gereedskap meetkunde
Mees algemene CNC-snygereedskap (freesgereedskap en bore) het 'n silindriese vorm en 'n beperkte snylengte.
Soos materiaal uit die werkstuk verwyder word, word die geometrie van die gereedskap oorgedra na 'n bewerkte onderdeel. Dit beteken byvoorbeeld dat die interne hoeke van 'n CNC-onderdeel altyd 'n radius het, ongeag hoe klein 'n snygereedskap gebruik is.
Toegang tot gereedskap
Om materiaal te verwyder, benader die snygereedskap die werkstuk direk van bo af. Eienskappe wat nie op hierdie manier toeganklik is nie, kan nie met CNC-masjinering bewerk word nie.
Daar is 'n uitsondering op hierdie reël: ondersnydings. Daar is 'n afdeling oor ondersnydings teen die einde van hierdie artikel.
Ons beveel aan dat u al u model se kenmerke (gate, holtes, vertikale wande, ens.) in lyn bring met een van die ses hoofrigtings. Beskou hierdie reël egter as 'n aanbeveling en nie 'n beperking nie, aangesien 5-as CNC-stelsels gevorderde werkstukvashouvermoëns bied.
Toegang tot gereedskap is ook 'n probleem wanneer kenmerke met 'n groot diepte-tot-breedte-verhouding bewerk word. Om byvoorbeeld die bodem van 'n diep holte te bereik, benodig jy gereedskap met 'n groter reikwydte. Dit beteken 'n wyer bewegingsreeks vir die eindeffektor, wat die masjiengerammel verhoog en die bereikbare akkuraatheid verlaag.
Dit sal produksie vereenvoudig as jy onderdele ontwerp wat CNC-gemasjineer kan word met die gereedskap wat die grootste moontlike deursnee en die kortste moontlike lengte het.
CNC-ontwerpriglyne
'n Uitdaging wat gereeld opduik tydens die ontwerp van 'n onderdeel vir CNC-bewerking, is dat daar geen bedryfswye spesifieke standaarde bestaan nie. CNC-masjien- en gereedskapvervaardigers verbeter voortdurend die tegnologie se vermoëns en brei die grense van wat moontlik is, uit. Die tabel hieronder som aanbevole en haalbare waardes op vir die mees algemene kenmerke wat in CNC-bewerkte onderdele voorkom.
Holtes en sakke
Aanbevole holtediepte: 4 keer holtewydte
Freesgereedskap het 'n beperkte snylengte (gewoonlik 3-4 keer hul deursnee). Gereedskapdefleksie, spaanontruiming en vibrasies word meer prominent wanneer holtes 'n kleiner diepte-tot-breedte-verhouding het.
Deur die diepte van die holte tot vier keer sy breedte te beperk, verseker jy goeie resultate.
Indien groter dieptes benodig word, oorweeg dit om onderdele met 'n veranderlike holtediepte te ontwerp.
Diep holtefreeswerk: Holtes met dieptes groter as ses keer die gereedskapdiameter word as diep beskou. 'n Gereedskapdiameter-tot-holtediepteverhouding van tot 30:1 is moontlik met behulp van gespesialiseerde gereedskap (maksimum diepte: 35 cm met 'n 1-duim-deursnee-entfreesgereedskap).
Holtes en sakke
Vertikale hoekradius
Aanbeveel: ⅓ keer holtediepte (of groter)
Deur die aanbevole waarde vir interne hoekradius te gebruik, word verseker dat 'n geskikte diametergereedskap gebruik kan word en in lyn is met riglyne vir die aanbevole holtediepte.
Deur die hoekradius effens bo die aanbevole waarde te verhoog (bv. met 1 mm), kan die gereedskap 'n sirkelvormige pad in plaas van 'n 90-grade hoek sny. Dit word verkies aangesien dit 'n hoër kwaliteit oppervlakafwerking tot gevolg het. Indien skerp 90-grade interne hoeke benodig word, oorweeg dit om 'n T-been-ondersnyding by te voeg in plaas daarvan om die hoekradius te verminder.
Vloerradius
Aanbeveel: 0.5 mm, 1 mm of geen radius
Haalbaar: enige radius
Freesgereedskap het 'n plat of effens afgeronde onderste snykant. Ander vloerradius kan met kogelgereedskap bewerk word. Dit is goeie ontwerppraktyk om die aanbevole waardes te gebruik, aangesien dit deur masjiniste verkies word.
Dun mure
Minimum wanddikte
Aanbeveel: 0.8 mm (metale), 1.5 mm (plastiek)
Haalbaar: 0.5 mm (metale), 1.0 mm (plastiek)
Deur die wanddikte te verminder, word die styfheid van die materiaal verminder, wat vibrasies tydens bewerking verhoog en die bereikbare akkuraatheid verlaag. Plastiek is geneig tot kromtrekking (as gevolg van oorblywende spanning) en versagting (as gevolg van temperatuurstyging), daarom word 'n groter minimum wanddikte aanbeveel. Die haalbare waardes hierbo genoem, moet van geval tot geval ondersoek word.
Gate
deursnee
Aanbeveel: standaard boorpunt
Moontlik: enige deursnee groter as 1 mm
Gate word gemasjineer met behulp van 'n boorpunt of 'n freesgereedskap. Die grootte van die boorpunte is gestandaardiseer (in metrieke en imperiale eenhede). Ruimers en boorgereedskap word gebruik om gate af te werk wat noue toleransies vereis. Vir hoogs akkuraate gate met 'n deursnee kleiner as 20 mm, word die gebruik van 'n standaard deursnee aanbeveel.
Maksimum diepte
Aanbeveel: 4 keer nominale deursnee
Tipies: 10 keer nominale deursnee
Haalbaar: 40 keer nominale deursnee
Gate met 'n nie-standaard deursnee moet met 'n freesmasjien bewerk word. In hierdie geval geld die maksimum holtedieptebeperkings en die aanbevole maksimum dieptewaarde moet gebruik word. Gate dieper as die tipiese waarde word bewerk met gespesialiseerde boorpunte (met 'n minimum deursnee van 3 mm). Blinde gate wat met 'n boor bewerk word, het 'n koniese vloer (135 grade hoek), terwyl gate wat met 'n freesmasjien bewerk word, plat is.
Daar is geen spesifieke voorkeur tussen deurgaande gate of blinde gate in CNC-bewerking nie.
Threads
Draadgrootte
minimum: M1 (en laer, in sommige gevalle)
Aanbeveel: M6 of groter
Drade word met tappunte gesny en eksterne drade met matryse. Tappunte en matryse kan gebruik word om drade tot M2 te sny. CNC-skroefdraadgereedskap is algemeen en word deur masjiniste verkies, aangesien dit die risiko van tapbreuk beperk. CNC-skroefdraadgereedskap kan gebruik word om drade tot M6 te sny.
Draadlengte
minimum: 1.5 keer nominale deursnee
Aanbeveel: 3 keer nominale deursnee
Die meerderheid van die las wat op 'n draad toegepas word, word deur die paar eerste tande geneem (tot 1.5 keer die nominale deursnee). Drade langer as 3 keer die nominale deursnee is dus onnodig.
Vir skroefdrade in blinde gate wat met tappunte gesny word (d.w.s. alle skroefdrade kleiner as M6), voeg 'n ongeskroefde lengte gelyk aan 1.5 keer die nominale deursnee aan die onderkant van die gat by. Wanneer 'n CNC-skroefdraadgereedskap gebruik kan word (d.w.s. skroefdrade groter as M6), kan die gat oor sy hele lengte geskroef word.
Klein kenmerke
Minimum gatdiameter
Aanbeveel: 2.5 mm (0.1 duim).
Haalbaar: 0.05 mm (0.005 duim).
Die meeste masjienwinkels kan holtes en gate akkuraat bewerk met gereedskap tot 2.5 mm (0.1 duim) in deursnee. Enigiets onder hierdie limiet word as mikrobewerking beskou. Spesialiteitsgereedskap (mikrobore) en kundige kennis is nodig om sulke kenmerke te bewerk, want die fisika van die snyproses verander met hierdie skaal. Tensy dit absoluut noodsaaklik is, is die aanbeveling dus om dit te vermy.
Toleransies
Tipies: +-0.1 mm
Haalbaar: +-0.02 mm
Ons toleransies is óf 2768 medium óf fyn. Indien toleransies nie gespesifiseer word nie, sal vervaardigingsvennote die gekose 2768-graad gebruik.
Toleransies definieer die grense vir 'n aanvaarbare afmeting. Die bereikbare toleransies wissel na gelang van die basisafmeting en die geometrie van die onderdeel. Die waardes hierbo is redelike riglyne.
Teks en letters
Aanbeveel: lettergrootte 20 (of groter), 5 mm gegraveer
Gegraveerde teks word verkies bo reliëfteks, aangesien minder materiaal verwyder word. Die gebruik van 'n minimum grootte van -20 sans-serif lettertipe (bv. Arial of Verdana) word aanbeveel. Baie CNC-masjiene het voorafgeprogrammeerde roetines vir hierdie lettertipes.
CNC-masjienopstellings en onderdele-oriëntasie
Skematiese voorstelling van 'n onderdeel wat verskeie opstellings benodig
Toegang tot gereedskap is een van die hoofontwerpbeperkings in CNC-bewerking. Om alle oppervlaktes van die model te bereik, moet die werkstuk verskeie kere gedraai word.
Wanneer die werkstuk geroteer word, moet die masjien herkalibreer word en 'n nuwe koördinaatstelsel gedefinieer word.
Tydens ontwerp is dit belangrik om masjienopstellings om twee redes in ag te neem:
Die totale aantal masjienopstellings beïnvloed die koste. Die rotasie en herbelyning van die onderdeel vereis handwerk en verhoog die totale bewerkingstyd. Dit is dikwels aanvaarbaar as die onderdeel tot drie of vier keer geroteer moet word, maar enigiets bo hierdie limiet is buitensporig.
Om maksimum relatiewe posisionele akkuraatheid te bereik, moet twee kenmerke in dieselfde opstelling bewerk word. Dit is omdat die nuwe kalibrasiestap 'n klein (maar nie-weglaatbare) fout inbring.
Wat is 5-as CNC-bewerking?
'n 5-as CNC-masjien beweeg snygereedskap of onderdele langs vyf asse gelyktydig. Multi-as CNC-masjiene kan onderdele met komplekse geometrieë vervaardig, aangesien hulle twee bykomende rotasie-asse bied. Hierdie masjiene elimineer die behoefte aan veelvuldige masjienopstellings.
Wat is die voordele en beperkings van 5-as CNC-bewerking?
Vyf-as CNC-bewerking laat die gereedskap toe om konstant tangensiaal aan die snyoppervlak te bly. Die gereedskappaaie kan meer ingewikkeld en doeltreffend wees, wat lei tot onderdele met beter oppervlakafwerking en laer bewerkingstye.
Dit gesê, 5-as CNC het sy beperkings. Basiese gereedskapgeometrie en gereedskaptoegangsbeperkings geld steeds (byvoorbeeld, onderdele met interne geometrieë kan nie gemasjineer word nie). Boonop is die koste van die gebruik van sulke stelsels hoër.
CNC-bewerkingsondersnydings
Ondersnydings is kenmerke wat nie met standaard snygereedskap bewerk kan word nie, aangesien sommige van hul oppervlaktes nie direk van bo af toeganklik is nie.
Daar is twee hooftipes ondersnydings: T-gleuwe en swaelstertgleuwe. Ondersnydings kan eensydig of dubbelsydig wees en word met spesiale gereedskap gemasjineer.
T-gleuf snygereedskap word gemaak van 'n horisontale snylem wat aan 'n vertikale as geheg is. Die breedte van 'n ondersnyding kan wissel tussen 3 mm en 40 mm. Ons beveel aan om standaardgroottes vir die breedte te gebruik (d.w.s. hele millimeter-inkremente of standaard duimbreuke), aangesien dit meer waarskynlik is dat 'n geskikte gereedskap reeds beskikbaar is.
Vir swaelstert-snygereedskap is die hoek die bepalende kenmerkgrootte. Beide 45- en 60-grade swaelstertgereedskap word as standaard beskou. Gereedskap met 'n hoek van 5-, 10- en tot 120-grade (teen 10-grade-inkremente) bestaan ook, maar word minder algemeen gebruik.
'n T-gleuf (links), 'n swaelstert-ondersnyding (middel), en 'n eensydige ondersnyding op 'n binnemuur (regs).
Ondersny-ontwerp vir CNC-bewerking
Wanneer jy onderdele met ondersnydings op binnemure ontwerp, onthou om genoeg speling vir die gereedskap by te voeg. 'n Goeie reël is om spasie gelykstaande aan ten minste vier keer die diepte van die ondersnyding tussen die bewerkte muur en enige ander binnewand by te voeg.
Vir standaardgereedskap is die tipiese verhouding tussen die snydiameter en die diameter van die skag 2:1, wat die snydiepte beperk. Wanneer 'n nie-standaard ondersnyding benodig word, is dit algemene praktyk vir masjienwinkels om hul eie pasgemaakte ondersnydinggereedskap te vervaardig. Dit kan leityd en koste bydra, so vermy dit indien moontlik.
Teken 'n tegniese tekening
Tegniese tekeninge word soms deur ingenieurs gebruik om spesifieke vervaardigingsvereistes aan die masjinis oor te dra.
Laai 'n tegniese tekening op met jou kwotasie
Ons benodig gewoonlik nie 'n tegniese tekening vir bestellings op ons platform nie, maar in sommige gevalle kan dit waardevolle konteks by 'n kwotasieversoek voeg. Sekere ontwerpspesifikasies kan nie in 'n STEP- of IGES-lêer ingesluit word nie. Jy sal byvoorbeeld 'n 2D-tegniese tekening moet insluit as jou model skroefgate of -skagte en/of afmetings met toleransies stywer as die gekose 2768-graad insluit.
Indien u 'n tegniese tekening byvoeg, maak asseblief seker dat dit ooreenstem met die spesifikasies van die opgelaaide lêers. Indien die tegniese tekeninge nie ooreenstem met die opgelaaide lêers of die kwotasiespesifikasies nie:
Die kwotasiespesifikasies word as die verwysingspunt vir die tegnologie, materiaal en oppervlakafwerkings beskou.
Die tegniese tekeninge word beskou as die verwysingspunt vir die draadspesifikasies, toleransiespesifikasies, oppervlakafwerkingsbesonderhede, versoeke vir onderdeelmerk en hittebehandelingspesifikasies.
Die CAD-lêer word beskou as die verwysingspunt vir die onderdeelontwerp, geometrie, afmetings en kenmerkliggings.
Wat is die beste praktyke vir CNC-bewerking?
Ontwerp onderdele wat met die gereedskap met die grootste moontlike deursnee bewerk kan word.
Voeg die groot filette (ten minste ⅓ keer die holtediepte) by alle interne vertikale hoeke.
Beperk die diepte van holtes tot 4 keer hul breedte.
Rig die hoofkenmerke van jou ontwerp met een van die ses hoofrigtings. Indien dit nie moontlik is nie, is 5-as CNC-bewerking 'n opsie.
Dien 'n tegniese tekening saam met u tekening in indien u ontwerp skroefdrade, toleransies, oppervlakafwerkingspesifikasies of ander notas vir die masjienoperateur insluit.
Het u onderdele wat u CNC-gemasjineer benodig? Kontak asseblief ons Gazfull-span.