Як распрацоўваць дэталі для апрацоўкі на станках з ЧПУ
У гэтым поўным кіраўніцтве па праектаванні для апрацоўкі на станках з ЧПУ мы сабралі асноўныя і пашыраныя практыкі праектавання і парады, якія дапамогуць вам дасягнуць найлепшых вынікаў для вашых нестандартных дэталяў.
Ёсць некалькі простых крокаў, якія вы можаце зрабіць, каб аптымізаваць свае праекты для апрацоўкі з лічбавым праграмным кіраваннем (ЧПК). Выконваючы правілы праектавання для вытворчасці (DFM), вы можаце атрымаць максімальную аддачу ад шырокіх магчымасцей апрацоўкі з ЧПК. Аднак гэта можа быць складана, бо спецыфічных для ўсёй галіны стандартаў не існуе.
У гэтым артыкуле мы прапануем поўнае кіраўніцтва па найлепшых практыках праектавання для апрацоўкі на станках з ЧПУ. Каб сабраць гэтую падрабязную і актуальную інфармацыю, мы папрасілі водгукі экспертаў галіны і пастаўшчыкоў паслуг па апрацоўцы на станках з ЧПУ. Калі вы аптымізуеце выдаткі, азнаёмцеся з гэтым кіраўніцтвам па праектаванні рэнтабельных дэталяў для станкоў з ЧПУ.
Што такое працэс апрацоўкі на станках з ЧПУ?
Апрацоўка на станках з ЧПУ — гэта субтрактыўная вытворчая тэхналогія. У станках з ЧПУ матэрыял выдаляецца з суцэльнага блока з дапамогай розных рэжучых інструментаў, якія круцяцца з высокай хуткасцю — тысячы абаротаў у хвіліну — для стварэння дэталі на аснове мадэлі CAD. Апрацоўцы на станках з ЧПУ падлягаюць як металы, так і пластмасы.
Дэталі, апрацаваныя на станках з ЧПУ, маюць высокую дакладнасць памераў і жорсткія дапушчэнні. ЧПУ падыходзіць як для масавай вытворчасці, так і для адзінкавых заказаў. Фактычна, апрацоўка на станках з ЧПУ ў цяперашні час з'яўляецца найбольш эканамічна эфектыўным спосабам вытворчасці металічных прататыпаў, нават у параўнанні з 3D-друкам.
Якія асноўныя абмежаванні ў праектаванні станкоў з ЧПУ?
ЧПУ прапануе вялікую гнуткасць праектавання, але ёсць некалькі абмежаванняў. Гэтыя абмежаванні тычацца асноўнай механікі працэсу рэзання і ў асноўным тычацца геаметрыі інструмента і доступу да яго.
Геаметрыя інструмента
Большасць распаўсюджаных рэжучых інструментаў з ЧПУ (фрэзы і свердзелы) маюць цыліндрычную форму і абмежаваную даўжыню рэзання.
Па меры выдалення матэрыялу з нарыхтоўкі геаметрыя інструмента пераносіцца на апрацоўваную дэталь. Гэта азначае, напрыклад, што ўнутраныя вуглы дэталі з ЧПУ заўсёды маюць радыус, незалежна ад таго, наколькі малы рэжучы інструмент выкарыстоўваўся.
Доступ да інструмента
Каб выдаліць матэрыял, рэжучы інструмент падыходзіць да апрацоўванай дэталі непасрэдна зверху. Элементы, да якіх немагчыма атрымаць доступ такім чынам, нельга апрацаваць на станку з ЧПУ.
З гэтага правіла ёсць выключэнне: падрэзы. У канцы гэтага артыкула ёсць раздзел, прысвечаны падрэзам.
Мы рэкамендуем выраўнаваць усе элементы вашай мадэлі (адтуліны, паражніны, вертыкальныя сценкі і г.д.) па адным з шасці асноўных напрамкаў. Аднак разглядайце гэтае правіла як рэкамендацыю, а не абмежаванне, бо 5-восевыя сістэмы ЧПУ прапануюць пашыраныя магчымасці фіксацыі дэталяў.
Доступ да інструмента таксама з'яўляецца праблемай пры апрацоўцы элементаў з вялікім суадносінамі глыбіні да шырыні. Напрыклад, каб дасягнуць дна глыбокай паражніны, патрэбныя інструменты з пашыраным вылетам. Гэта азначае больш шырокі дыяпазон руху для канцавога эфектара, што павялічвае вібрацыю станка і зніжае дасягальную дакладнасць.
Вытворчасць будзе спрашчацца, калі вы распрацуеце дэталі, якія можна апрацоўваць на станках з ЧПУ з дапамогай інструмента з максімальна магчымым дыяметрам і мінімальна магчымай даўжынёй.
Рэкамендацыі па праектаванні ЧПУ
Праблема, якая часта ўзнікае пры праектаванні дэталі для апрацоўкі на станках з ЧПУ, заключаецца ў адсутнасці спецыфічных для галіны стандартаў. Вытворцы станкоў і інструментаў з ЧПУ пастаянна ўдасканальваюць магчымасці тэхналогіі, пашыраючы межы магчымага. У табліцы ніжэй прыведзены рэкамендаваныя і дапушчальныя значэнні для найбольш распаўсюджаных характарыстык дэталяў, апрацаваных на станках з ЧПУ.
Пустоты і кішэні
Рэкамендаваная глыбіня паражніны: у 4 разы большая за шырыню паражніны
Фрэзы для фрэз маюць абмежаваную даўжыню рэзання (звычайна ў 3-4 разы большую за іх дыяметр). Адхіленне інструмента, выдаленне стружкі і вібрацыі становяцца больш прыкметнымі, калі паражніны маюць меншае суадносіны глыбіні да шырыні.
Абмежаванне глыбіні паражніны да чатырохкратнага перавышэння яе шырыні забяспечвае добрыя вынікі.
Калі патрабуецца большая глыбіня, варта распрацаваць дэталі са зменнай глыбінёй паражніны.
Фрэзероўка глыбокіх поласцей: Поласці з глыбінёй больш за шэсць разоў перавышаюць дыяметр інструмента, лічацца глыбокімі. Пры выкарыстанні спецыялізаванага інструмента магчыма дасягнуць суадносін дыяметра інструмента да глыбіні поласці да 30:1 (максімальная глыбіня: 35 см з фрэзай дыяметрам 1 цаля).
Пустоты і кішэні
Радыус вертыкальнага вугла
Рэкамендуецца: ⅓ глыбіні паражніны (або больш)
Выкарыстанне рэкамендаванага значэння для радыусаў унутраных кутоў гарантуе, што можна выкарыстоўваць інструмент падыходнага дыяметра і адпавядае рэкамендацыям па рэкамендаванай глыбіні паражніны.
Павелічэнне радыусаў вуглоў крыху вышэй за рэкамендаванае значэнне (напрыклад, на 1 мм) дазваляе інструменту рэзаць па кругавой траекторыі, а не пад вуглом 90 градусаў. Гэта пераважней, бо прыводзіць да больш высокай якасці аздаблення паверхні. Калі патрэбныя вострыя ўнутраныя вуглы пад вуглом 90 градусаў, падумайце аб даданні Т-вобразнага паднутрання замест памяншэння радыуса вугла.
Радыус падлогі
Рэкамендуецца: 0.5 мм, 1 мм або без радыуса
Магчыма: любы радыус
Фрэзы для фрэз маюць плоскую або злёгку закругленую ніжнюю рэжучую абзу. Іншыя радыусы дна можна апрацоўваць з дапамогай шарыкавых інструментаў. Рэкамендаваныя значэнні з'яўляюцца добрай практыкай праектавання, бо гэта аддаюць перавагу механікам.
Тонкія сцены
Мінімальная таўшчыня сценак
Рэкамендуецца: 0.8 мм (металы), 1.5 мм (пластык)
Дапушчальна: 0.5 мм (металы), 1.0 мм (пластык)
Змяншэнне таўшчыні сценкі зніжае калянасць матэрыялу, што павялічвае вібрацыі падчас апрацоўкі і зніжае дасягальную дакладнасць. Пластыкі схільныя да дэфармацыі (з-за рэшткавых напружанняў) і размякчэння (з-за павышэння тэмпературы), таму рэкамендуецца большая мінімальная таўшчыня сценкі. Дапушчальныя значэнні, указаныя вышэй, варта разглядаць у кожным канкрэтным выпадку.
Адтуліны
дыяметр
Рэкамендуецца: стандартнае свердзел
Магчыма: любы дыяметр больш за 1 мм
Адтуліны апрацоўваюцца з дапамогай свердзела або фрэзы. Памер свердзелаў стандартызаваны (у метрычных і імперскіх адзінках). Развёрткі і расточныя інструменты выкарыстоўваюцца для аздаблення адтулін, якія патрабуюць высокіх дапушчальных дапушчальных памераў. Для высокадакладных адтулін дыяметрам менш за 20 мм рэкамендуецца выкарыстоўваць стандартны дыяметр.
Максімальная глыбіня
Рэкамендуецца: 4-кратны намінальны дыяметр
Тыповыя: 10-кратны намінальны дыяметр
Магчыма: 40-кратны намінальны дыяметр
Адтуліны нестандартнага дыяметра неабходна апрацоўваць фрэзай. У гэтым выпадку дзейнічаюць абмежаванні на максімальную глыбіню паражніны, і варта выкарыстоўваць рэкамендаванае максімальнае значэнне глыбіні. Адтуліны глыбейшыя за тыповае значэнне апрацоўваюцца спецыялізаванымі свердзеламі (з мінімальным дыяметрам 3 мм). Глухія адтуліны, апрацаваныя свердзелам, маюць канічнае дно (вугал 135 градусаў), у той час як адтуліны, апрацаваныя фрэзай, маюць плоскую форму.
У апрацоўцы на станках з ЧПУ няма асаблівых пераваг паміж скразнымі або глухімі адтулінамі.
Тэмы
памер разьбы
Мінімальныя: M1 (і ніжэй, у некаторых выпадках)
Рэкамендуецца: M6 або большы
Разьба наразаецца метчыкамі, а вонкавая разьба — плашкамі. Метчыкі і плашкі можна выкарыстоўваць для нарэзкі разьбы да дыяметра M2. Інструменты для нарэзкі разьбы з ЧПУ з'яўляюцца распаўсюджанымі і аддаюць перавагу механікам, бо яны абмяжоўваюць рызыку паломкі метчыка. Інструменты для нарэзкі разьбы з ЧПУ можна выкарыстоўваць для нарэзкі разьбы да дыяметра M6.
Даўжыня ніткі
Мінімальныя: 1.5-кратны намінальны дыяметр
Рэкамендуецца: 3-кратны намінальны дыяметр
Большая частка нагрузкі, якая прыкладваецца да разьбы, успрымаецца на некалькі першых зубцоў (да 1.5 намінальнага дыяметра). Такім чынам, разьба, даўжэйшая за 3 намінальныя дыяметры, не патрэбная.
Для разьбы ў глухіх адтулінах, нарэзаных метчыкамі (г.зн. для ўсёй разьбы меншай за M6), дадайце даўжыню без разьбы, роўную 1.5 намінальнага дыяметра ўнізе адтуліны. Калі можна выкарыстоўваць разьбонарэзны інструмент з ЧПУ (г.зн. для разьбы большай за M6), адтуліну можна нарэзаць па ўсёй яе даўжыні.
Дробныя асаблівасці
Мінімальны дыяметр адтуліны
Рэкамендуецца: 2.5 мм (0.1 цалі).
Магчыма: 0.05 мм (0.005 цалі).
Большасць механічных майстэрняў могуць дакладна апрацаваць поласці і адтуліны з дапамогай інструментаў дыяметрам да 2.5 мм (0.1 цалі). Усё, што ніжэй за гэтую мяжу, лічыцца мікраапрацоўкай. Для апрацоўкі такіх элементаў патрабуюцца спецыяльныя інструменты (мікрасвердзелы) і экспертныя веды, таму што фізіка працэсу рэзання змяняецца з гэтым маштабам. Таму рэкамендуецца пазбягаць іх, калі ў гэтым няма абсалютнай неабходнасці.
Дапушчэнні
Тыповыя: +-0.1 мм
Магчыма: +-0.02 мм
Нашы дапушчальныя адхіленні — сярэднія або дробныя 2768. Калі дапушчальныя адхіленні не пазначаны, вытворчыя партнёры будуць выкарыстоўваць выбраную марку 2768.
Дапушчальныя адхіленні вызначаюць межы дапушчальнага памеру. Дасягальныя дапушчальныя адхіленні адрозніваюцца ў залежнасці ад базавага памеру і геаметрыі дэталі. Прыведзеныя вышэй значэнні з'яўляюцца разумнымі арыентыровачнымі.
Тэкст і літары
Рэкамендуецца: памер шрыфта 20 (ці большы), гравіроўка 5 мм
Гравіраваны тэкст пераважнейшы за ціснёны, бо выдаляецца менш матэрыялу. Рэкамендуецца выкарыстоўваць мінімальны памер шрыфта без засечак -20 (напрыклад, Arial або Verdana). Многія станкі з ЧПУ маюць загадзя запраграмаваныя праграмы для гэтых шрыфтоў.
Налады станкоў з ЧПУ і арыентацыя дэталяў
Схема дэталі, якая патрабуе некалькіх налад
Доступ да інструментаў з'яўляецца адным з асноўных абмежаванняў канструкцыі пры апрацоўцы на станках з ЧПУ. Каб дасягнуць усіх паверхняў мадэлі, дэталь трэба некалькі разоў павярнуць.
Кожны раз, калі дэталь паварочваецца, станок павінен быць перакалібраваны і павінна быць зададзена новая сістэма каардынат.
Пры праектаванні важна ўлічваць налады машыны па дзвюх прычынах:
Агульная колькасць наладак станка ўплывае на кошт. Паварот і перавыраўноўванне дэталі патрабуе ручной працы і павялічвае агульны час апрацоўкі. Гэта часта прымальна, калі дэталь трэба павярнуць да трох-чатырох разоў, але ўсё, што перавышае гэтую мяжу, з'яўляецца празмерным.
Каб дасягнуць максімальнай адноснай дакладнасці становішча, два элементы павінны быць апрацаваны ў адной устаноўцы. Гэта звязана з тым, што новы этап каліброўкі ўводзіць невялікую (але не нязначную) памылку.
Што такое 5-восевая апрацоўка на станках з ЧПУ?
5-восевы станок з ЧПУ перамяшчае рэжучыя інструменты або дэталі па пяці восях адначасова. Шматвосевыя станкі з ЧПУ могуць вырабляць дэталі са складанай геаметрыяй, бо яны прапануюць дзве дадатковыя восі кручэння. Гэтыя станкі выключаюць неабходнасць у некалькіх наладках станкоў.
Якія перавагі і абмежаванні 5-восевай апрацоўкі на станках з ЧПУ?
Пяцівосевая апрацоўка на станках з ЧПУ дазваляе інструменту пастаянна заставацца тангенцыяльным да паверхні рэзання. Траекторыі руху інструмента могуць быць больш складанымі і эфектыўнымі, што прыводзіць да атрымання дэталяў з лепшай якасцю паверхні і скарачэння часу апрацоўкі.
Тым не менш, 5-восевы станок з ЧПУ мае свае абмежаванні. Базавыя абмежаванні геаметрыі інструмента і доступу да яго ўсё яшчэ дзейнічаюць (напрыклад, дэталі з унутранай геаметрыяй нельга апрацоўваць). Больш за тое, кошт выкарыстання такіх сістэм вышэйшы.
Апрацоўка падрэзаў на станках з ЧПУ
Падрэзы — гэта элементы, якія нельга апрацаваць стандартнымі рэжучымі інструментамі, бо некаторыя з іх паверхняў недаступныя непасрэдна зверху.
Існуе два асноўныя тыпы падрэзаў: Т-вобразныя пазы і ластаўчыны хвост. Падрэзы могуць быць аднабаковымі або двухбаковымі і апрацоўваюцца з дапамогай спецыяльных інструментаў.
Інструменты для разразання Т-вобразных пазаў вырабляюцца з гарызантальнага рэжучага ляза, прымацаванага да вертыкальнага вала. Шырыня паднутрання можа вагацца ад 3 мм да 40 мм. Мы рэкамендуем выкарыстоўваць стандартныя памеры для шырыні (г.зн. цэлыя міліметры або стандартныя дробы цалі), бо, хутчэй за ўсё, адпаведны інструмент ужо даступны.
Для рэжучых інструментаў тыпу «ластаўчын хвост» вугал з'яўляецца вызначальным памерам элемента. Стандартнымі лічацца інструменты як з вуглом 45, так і з вуглом 60 градусаў. Існуюць таксама інструменты з вуглом 5, 10 і да 120 градусаў (з крокам 10 градусаў), але яны выкарыстоўваюцца радзей.
Т-вобразны паз (злева), падрэз пад ластаўчын хвост (пасярэдзіне) і аднабаковы падрэз на ўнутранай сцяне (справа).
Канструкцыя падрэзаў для апрацоўкі з ЧПУ
Пры праектаванні дэталяў з падрэзамі на ўнутраных сценках не забудзьцеся дадаць дастатковую адлегласць для інструмента. Добрае эмпірычнае правіла - дадаць адлегласць, роўную як мінімум чатырохкратнай глыбіні падрэза, паміж апрацаванай сценкай і любой іншай унутранай сценкай.
Для стандартных інструментаў тыповае суадносіны паміж дыяметрам рэзання і дыяметрам вала складае 2:1, што абмяжоўвае глыбіню рэзання. Калі патрабуецца нестандартнае падсячэнне, механічныя майстэрні звычайна вырабляюць свае ўласныя інструменты для падсячэння па індывідуальнай замове. Гэта можа павялічыць час выканання і выдаткі, таму па магчымасці варта пазбягаць гэтага.
Складанне тэхнічнага чарцяжа
Тэхнічныя чарцяжы часам выкарыстоўваюцца інжынерамі для паведамлення машыністу канкрэтных патрабаванняў да вытворчасці.
Загрузка тэхнічнага чарцяжа з вашай каштарыснай прапановай
Звычайна мы не патрабуем тэхнічны чарцёж для заказаў на нашай платформе, але ў некаторых выпадках ён можа дадаць каштоўную інфармацыю да запыту на прапанову. Пэўныя канструктыўныя характарыстыкі нельга ўключыць у файл STEP або IGES. Напрыклад, вам трэба будзе ўключыць 2D-тэхнічны чарцёж, калі ваша мадэль утрымлівае разьбовыя адтуліны або валы і/або памеры з допускамі, меншымі за абраную марку 2768.
Калі вы дадаяце тэхнічны чарцёж, пераканайцеся, што ён адпавядае спецыфікацыям загружаных файлаў. Калі тэхнічныя чарцяжы не адпавядаюць загружаным файлам або спецыфікацыям каштарысу:
Спецыфікацыі каштарысу лічацца арыенцірам для тэхналогіі, матэрыялу і аздаблення паверхняў.
Тэхнічныя чарцяжы лічацца арыенцірам для спецыфікацый разьбы, спецыфікацый дапушчальных адхіленняў, дэталяў апрацоўкі паверхні, запытаў на маркіроўку дэталяў і спецыфікацый на тэрмічную апрацоўку.
Файл САПР лічыцца арыенцірам для канструкцыі дэталі, геаметрыі, памераў і размяшчэння элементаў.
Якія найлепшыя практыкі для апрацоўкі на станках з ЧПУ?
Распрацуйце дэталі, якія можна апрацоўваць інструментам з максімальна магчымым дыяметрам.
Дадайце вялікія галтэлі (прынамсі, на ⅓ глыбіні паражніны) да ўсіх унутраных вертыкальных кутоў.
Глыбіня паражнін павінна перавышаць іх шырыню ў чатыры разы.
Сумясціць асноўныя рысы вашага дызайну з адным з шасці асноўных напрамкаў. Калі гэта немагчыма, можна скарыстацца 5-восевым ЧПУ-апрацоўкай.
Дадайце тэхнічны чарцёж разам з вашым чарцяжом, калі ваш праект уключае разьбу, дапушчальныя значэнні, спецыфікацыі па аздабленні паверхні або іншыя заўвагі для аператара станка.
Патрэбна апрацоўка дэталяў на станках з ЧПУ? Звяжыцеся з нашай камандай Gazfull.