Как да проектираме части за CNC обработка
В това пълно ръководство за проектиране за CNC обработка, ние сме съставили основни и усъвършенствани практики и съвети за проектиране, които ще ви помогнат да постигнете най-добри резултати за вашите персонализирани части.
Има няколко лесни стъпки, които можете да предприемете, за да оптимизирате вашите проекти за обработка с цифрово програмно управление (CNC). Като следвате правилата за проектиране за производство (DFM), можете да извлечете максимума от широките възможности на CNC обработката. Това обаче може да бъде предизвикателство, тъй като не съществуват специфични за индустрията стандарти.
В тази статия предлагаме изчерпателно ръководство за най-добрите практики за проектиране за CNC обработка. За да съставим тази обширна и актуална информация, помолихме за обратна връзка експерти от индустрията и доставчици на услуги за CNC обработка. Ако оптимизирате разходите, разгледайте това ръководство за проектиране на рентабилни части за CNC.
Какъв е процесът на CNC обработка?
CNC обработката е субтрактивна производствена технология. При CNC материалът се отстранява от твърд блок с помощта на различни режещи инструменти, които се въртят с висока скорост – хиляди оборота в минута – за да се произведе детайл, базиран на CAD модел. Както метали, така и пластмаси могат да бъдат обработвани с CNC.
CNC обработваните части имат висока точност на размерите и строги допуски. CNC е подходящ както за производство с голям обем, така и за единични задачи. Всъщност, CNC обработката в момента е най-рентабилният начин за производство на метални прототипи, дори в сравнение с 3D печата.
Какви са основните ограничения при CNC проектирането?
CNC предлага голяма гъвкавост при проектиране, но има няколко ограничения. Тези ограничения са свързани с основната механика на процеса на рязане и се отнасят главно до геометрията на инструмента и достъпа до него.
Геометрия на инструмента
Повечето често срещани CNC режещи инструменти (фрези и свредла) имат цилиндрична форма и ограничена дължина на рязане.
С отстраняването на материал от детайла, геометрията на инструмента се пренася върху обработвания детайл. Това означава например, че вътрешните ъгли на CNC детайл винаги имат радиус, независимо колко малък режещ инструмент е използван.
Достъп до инструмента
За да отстрани материал, режещият инструмент се приближава директно към детайла отгоре. Елементи, до които не е възможно да се достигне по този начин, не могат да бъдат обработени с ЦПУ.
Има изключение от това правило: подрязвания. Към края на тази статия има раздел за подрязванията.
Препоръчваме да подравните всички елементи на вашия модел (дупки, кухини, вертикални стени и др.) спрямо една от шестте основни посоки. Смятайте това правило обаче за препоръка, а не за ограничение, тъй като 5-осните CNC системи предлагат усъвършенствани възможности за захващане на детайлите.
Достъпът до инструментите също е проблем при обработката на елементи с голямо съотношение дълбочина-ширина. За да достигнете дъното на дълбока кухина, например, са ви необходими инструменти с удължен обхват. Това означава по-широк обхват на движение за крайния ефектор, което увеличава вибрациите на машината и намалява постижимата точност.
Ще опрости производството, ако проектирате части, които могат да бъдат обработвани с ЦПУ с инструмент с възможно най-голям диаметър и възможно най-къса дължина.
Ръководства за проектиране с ЦПУ
Предизвикателство, което често възниква при проектирането на детайли за CNC обработка, е, че не съществуват специфични за индустрията стандарти. Производителите на CNC машини и инструменти непрекъснато подобряват възможностите на технологията, разширявайки границите на възможното. Таблицата по-долу обобщава препоръчителните и осъществими стойности за най-често срещаните характеристики, срещани при CNC обработените детайли.
Кухини и джобове
Препоръчителна дълбочина на кухината: 4 пъти ширината на кухината
Фрезообразуващите инструменти имат ограничена дължина на рязане (обикновено 3–4 пъти диаметъра им). Отклонението на инструмента, отделянето на стружки и вибрациите стават по-забележими, когато кухините имат по-малко съотношение дълбочина-ширина.
Ограничаването на дълбочината на кухината до четири пъти ширината ѝ осигурява добри резултати.
Ако са необходими по-големи дълбочини, помислете за проектиране на части с променлива дълбочина на кухината.
Фрезоване на дълбоки кухини: Кухини с дълбочина, по-голяма от шест пъти диаметъра на инструмента, се считат за дълбоки. Съотношение диаметър на инструмента към дълбочина на кухината до 30:1 е възможно с помощта на специализирани инструменти (максимална дълбочина: 35 см с фреза с диаметър 1 инч).
Кухини и джобове
Вертикален радиус на ъгъла
Препоръчително: ⅓ пъти дълбочината на кухината (или по-голяма)
Използването на препоръчителната стойност за вътрешни радиуси на ъглите гарантира, че може да се използва инструмент с подходящ диаметър и е в съответствие с указанията за препоръчителната дълбочина на кухината.
Увеличаването на радиусите на ъглите леко над препоръчителната стойност (например с 1 мм) позволява на инструмента да реже по кръгова траектория, вместо под ъгъл от 90 градуса. Това е за предпочитане, тъй като води до по-високо качество на повърхността. Ако са необходими остри вътрешни ъгли под ъгъл от 90 градуса, помислете за добавяне на Т-образен подрез, вместо да намалявате радиуса на ъглите.
Радиус на пода
Препоръчва се: 0.5 мм, 1 мм или без радиус
Възможно: произволен радиус
Фрезорезите имат плосък или леко заоблен долен режещ ръб. Други радиуси на дъното могат да се обработват с инструменти със сферични накрайници. Добра конструктивна практика е да се използват препоръчителните стойности, тъй като това се предпочита от машиностроителите.
Тънки стени
Минимална дебелина на стената
Препоръчително: 0.8 мм (метали), 1.5 мм (пластмаси)
Възможно: 0.5 мм (метали), 1.0 мм (пластмаси)
Намаляването на дебелината на стената намалява твърдостта на материала, което увеличава вибрациите по време на обработка и намалява постижимата точност. Пластмасите са склонни към деформация (поради остатъчни напрежения) и омекване (поради повишаване на температурата), така че се препоръчва по-голяма минимална дебелина на стената. Посочените по-горе допустими стойности трябва да се разглеждат за всеки отделен случай.
Дупки
диаметър
Препоръчително: стандартно свредло
Възможно: всеки диаметър по-голям от 1 мм
Отворите се обработват с помощта на свредло или фреза. Размерът на свредлата е стандартизиран (в метрични и имперски единици). Разширители и пробиващи инструменти се използват за довършителни работи на отвори, които изискват строги допуски. За отвори с висока точност с диаметър по-малък от 20 мм се препоръчва използването на стандартен диаметър.
Максимална дълбочина
Препоръчва се: 4 пъти номиналния диаметър
Типично: 10 пъти номиналния диаметър
Възможно: 40 пъти номиналния диаметър
Отвори с нестандартен диаметър трябва да се обработват с фреза. В този случай се прилагат ограниченията за максимална дълбочина на кухината и трябва да се използва препоръчителната максимална стойност на дълбочината. Отвори, по-дълбоки от типичната стойност, се обработват с помощта на специализирани свредла (с минимален диаметър 3 мм). Глухите отвори, обработени с бормашина, имат конично дъно (ъгъл 135 градуса), докато отворите, обработени с фреза, са плоски.
Няма особено предпочитание между проходни или слепи отвори при CNC обработката.
Конци
Размер на нишката
минимум: M1 (и по-ниско, в някои случаи)
Препоръчва се: M6 или по-голям
Резбите се нарязват с метчици, а външните резби с плашки. Метчици и плашки могат да се използват за нарязване на резби до M2. CNC инструментите за нарязване на резби са често срещани и са предпочитани от машинните специалисти, тъй като ограничават риска от счупване на метчика. CNC инструментите за нарязване на резби могат да се използват за нарязване на резби до M6.
Дължина на резбата
минимум: 1.5 пъти номиналния диаметър
Препоръчва се: 3 пъти номиналния диаметър
По-голямата част от натоварването, приложено върху резбата, се поема от няколкото първи зъба (до 1.5 пъти номиналния диаметър). Поради това резби, по-дълги от 3 пъти номиналния диаметър, са ненужни.
За резби в глухи отвори, нарязани с метчици (т.е. всички резби по-малки от M6), добавете нерезбована дължина, равна на 1.5 пъти номиналния диаметър в дъното на отвора. Когато може да се използва CNC инструмент за резбонарязване (т.е. резби по-големи от M6), отворът може да се резбова по цялата си дължина.
Малки характеристики
Минимален диаметър на отвора
Препоръчва се: 2.5 мм (0.1 инча).
Възможно: 0.05 мм (0.005 инча).
Повечето машинни цехове могат да обработват прецизно кухини и отвори, използвайки инструменти с диаметър до 2.5 мм (0.1 инча). Всичко под тази граница се счита за микрообработка. За обработка на такива елементи са необходими специализирани инструменти (микро-свредла) и експертни познания, тъй като физиката на процеса на рязане се променя с този мащаб. Следователно, освен ако не е абсолютно необходимо, препоръката е да се избягват.
Толеранси
Типично: +-0.1 мм
Възможно: +-0.02 мм
Нашите допустими отклонения са или средни, или фини 2768. Ако допустимите отклонения не са посочени, производствените партньори ще използват избрания клас 2768.
Допустимите отклонения определят границите за приемлив размер. Постижимите отклонения варират в зависимост от основния размер и геометрията на детайла. Горните стойности са разумни насоки.
Текст и надписи
Препоръчително: размер на шрифта 20 (или по-голям), гравиране 5 мм
Гравираният текст е за предпочитане пред релефния, тъй като се отстранява по-малко материал. Препоръчва се използването на шрифт с минимален размер -20 sans -serif (напр. Arial или Verdana). Много CNC машини имат предварително програмирани рутини за тези шрифтове.
Настройки на CNC машини и ориентация на детайлите
Схема на част, която изисква множество настройки
Достъпът до инструменти е едно от основните ограничения при проектирането с ЦПУ. За да се достигне до всички повърхности на модела, детайлът трябва да се завърти многократно.
Всеки път, когато детайлът се завърти, машината трябва да се калибрира отново и да се дефинира нова координатна система.
При проектирането е важно да се вземат предвид настройките на машините по две причини:
Общият брой настройки на машината влияе върху цената. Завъртането и повторното подравняване на детайла изисква ръчна работа и увеличава общото време за обработка. Това често е приемливо, ако детайлът трябва да се завърти до три или четири пъти, но всичко над този лимит е прекомерно.
За да се постигне максимална относителна точност на позициониране, два елемента трябва да бъдат обработени в една и съща настройка. Това е така, защото новата стъпка на калибриране въвежда малка (но непренебрежима) грешка.
Какво е 5-осна CNC обработка?
5-осна CNC машина премества режещи инструменти или части по пет оси едновременно. Многоосните CNC машини могат да произвеждат части със сложна геометрия, тъй като предлагат две допълнителни ротационни оси. Тези машини елиминират необходимостта от множество машинни настройки.
Какви са предимствата и ограниченията на 5-осната CNC обработка?
Пет-осната CNC обработка позволява инструментът да остане постоянно тангенциален спрямо режещата повърхност. Траекториите на инструмента могат да бъдат по-сложни и ефективни, което води до детайли с по-добра повърхностна обработка и по-кратко време за обработка.
Въпреки това, 5-осните CNC системи имат своите ограничения. Все още важат основните ограничения за геометрията на инструмента и достъпа до него (например, части с вътрешна геометрия не могат да бъдат обработвани машинно). Освен това, цената на използването на такива системи е по-висока.
CNC обработка на подрязвания
Подрязванията са елементи, които не могат да бъдат обработени със стандартни режещи инструменти, тъй като някои от техните повърхности не са достъпни директно отгоре.
Има два основни вида подрези: Т-образни канали и лястовича опашка. Подрезите могат да бъдат едностранни или двустранни и се обработват с помощта на специални инструменти.
Инструментите за рязане с Т-образен жлеб са изработени от хоризонтално режещо острие, прикрепено към вертикален вал. Ширината на подрязване може да варира между 3 мм и 40 мм. Препоръчваме използването на стандартни размери за ширината (т.е. стъпки от цели милиметри или стандартни инчови дроби), тъй като е по-вероятно вече да има наличен подходящ инструмент.
За режещите инструменти тип „лястовича опашка“ ъгълът е определящият размер на елемента. Инструментите тип „лястовича опашка“ с ъгъл 45 и 60 градуса се считат за стандартни. Съществуват и инструменти с ъгъл от 5, 10 и до 120 градуса (с стъпки от 10 градуса), но се използват по-рядко.
Т-образен слот (вляво), подрязване тип „лястовича опашка“ (в средата) и едностранно подрязване на вътрешна стена (вдясно).
Дизайн на подрязване за CNC обработка
Когато проектирате части с подрези по вътрешните стени, не забравяйте да добавите достатъчно пространство за инструмента. Добро правило е да добавите пространство, равно на поне четири пъти дълбочината на подреза, между обработваната стена и всяка друга вътрешна стена.
За стандартните инструменти типичното съотношение между диаметъра на рязане и диаметъра на вала е 2:1, като по този начин се ограничава дълбочината на рязане. Когато е необходимо нестандартно подрязване, е обичайна практика машинните цехове да произвеждат свои собствени инструменти за подрязване по поръчка. Това може да увеличи времето за изпълнение и разходите, така че го избягвайте, ако е възможно.
Изготвяне на технически чертеж
Техническите чертежи понякога се използват от инженерите, за да съобщят на машиниста специфични производствени изисквания.
Качване на технически чертеж с вашата оферта
Обикновено не изискваме технически чертежи за поръчки на нашата платформа, но в някои случаи те могат да добавят ценен контекст към заявка за оферта. Някои спецификации на дизайна не могат да бъдат включени във STEP или IGES файл. Например, ще трябва да включите 2D технически чертеж, ако вашият модел включва резбовани отвори или валове и/или размери с по-малки допуски от избрания клас 2768.
Ако добавяте технически чертеж, моля, уверете се, че той съответства на спецификациите на качените файлове. Ако техническите чертежи не съответстват на качените файлове или на спецификациите на офертата:
Спецификациите на офертата се считат за отправна точка за технологията, материалите и повърхностните обработки.
Техническите чертежи се считат за отправна точка за спецификациите на резбите, спецификациите за допустими отклонения, детайлите за обработка на повърхността, заявките за маркиране на детайлите и спецификациите за термична обработка.
CAD файлът се счита за отправна точка за дизайна на детайлите, геометрията, размерите и местоположението на елементите.
Кои са най-добрите практики за CNC обработка?
Проектирайте части, които могат да бъдат обработвани с инструмент с възможно най-голям диаметър.
Добавете големите филета (поне ⅓ пъти дълбочината на кухината) към всички вътрешни вертикални ъгли.
Ограничете дълбочината на кухините до 4 пъти тяхната ширина.
Съобразете основните характеристики на вашия дизайн с една от шестте основни насоки. Ако това не е възможно, 5-осна CNC обработка е опция.
Изпратете технически чертеж заедно с вашия чертеж, ако вашият проект включва резби, допуски, спецификации за повърхностна обработка или други бележки за оператора на машината.
Имате ли части, които се нуждаят от CNC обработка? Моля, свържете се с нашия екип на Gazfull.