Kako dizajnirati dijelove za CNC obradu
U ovom kompletnom vodiču za dizajniranje za CNC obradu, sastavili smo osnovne i napredne prakse dizajniranja i savjete koji će vam pomoći da postignete najbolje rezultate za vaše prilagođene dijelove.
Postoji nekoliko jednostavnih koraka koje možete poduzeti kako biste optimizirali svoje dizajne za CNC obradu. Slijedeći pravila dizajna za proizvodnju (DFM), možete bolje iskoristiti široke mogućnosti CNC obrade. Međutim, ovo može biti izazovno, jer ne postoje specifični standardi za cijelu industriju.
U ovom članku nudimo sveobuhvatan vodič kroz najbolje prakse dizajniranja za CNC obradu. Kako bismo prikupili ove opsežne i ažurne informacije, zatražili smo povratne informacije od stručnjaka iz industrije i pružatelja usluga CNC obrade. Ako optimizirate troškove, pogledajte ovaj vodič za dizajniranje isplativih dijelova za CNC.
Šta je CNC proces obrade?
CNC obrada je subtraktivna proizvodna tehnologija. U CNC-u, materijal se uklanja iz čvrstog bloka pomoću raznih alata za rezanje koji se rotiraju velikom brzinom - hiljadama obrtaja u minuti - kako bi se proizveo dio na osnovu CAD modela. CNC obrada može se obaviti i metali i plastika.
CNC obrađeni dijelovi imaju visoku dimenzijsku tačnost i uske tolerancije. CNC je pogodan i za proizvodnju velikih količina i za pojedinačne poslove. U stvari, CNC obrada je trenutno najisplativiji način proizvodnje metalnih prototipova, čak i u poređenju sa 3D printanjem.
Koja su glavna ograničenja CNC dizajna?
CNC nudi veliku fleksibilnost dizajna, ali postoji nekoliko ograničenja. Ova ograničenja se odnose na osnovnu mehaniku procesa rezanja i uglavnom se tiču geometrije alata i pristupa alatu.
Geometrija alata
Većina uobičajenih CNC alata za rezanje (alat za glodanje i bušilice) ima cilindrični oblik i ograničenu dužinu rezanja.
Kako se materijal uklanja s obratka, geometrija alata se prenosi na obrađeni dio. To znači, na primjer, da unutrašnji uglovi CNC dijela uvijek imaju radijus, bez obzira na to koliko je mali alat za rezanje korišten.
Pristup alatu
Da bi uklonio materijal, alat za rezanje pristupa obratku direktno odozgo. Elementi kojima se ne može pristupiti na ovaj način ne mogu se obraditi CNC mašinom.
Postoji izuzetak od ovog pravila: podrezivanja. Pri kraju ovog članka nalazi se odjeljak o podrezivanjima.
Preporučujemo poravnanje svih karakteristika vašeg modela (rupe, šupljine, vertikalni zidovi itd.) s jednim od šest glavnih smjerova. Međutim, ovo pravilo smatrajte preporukom, a ne ograničenjem, jer 5-osni CNC sistemi nude napredne mogućnosti držanja obratka.
Pristup alatu je također problem pri obradi elemenata s velikim omjerom dubine i širine. Da biste dosegli dno duboke šupljine, na primjer, potrebni su vam alati s produženim dosegom. To znači širi raspon kretanja za krajnji efektor, što povećava vibracije stroja i smanjuje postignutu tačnost.
Proizvodnju ćete pojednostaviti ako dizajnirate dijelove koji se mogu obrađivati CNC alatom koji ima najveći mogući promjer i najmanju moguću dužinu.
Smjernice za CNC dizajn
Izazov koji se često javlja prilikom dizajniranja dijela za CNC obradu je taj što ne postoje specifični standardi za cijelu industriju. Proizvođači CNC mašina i alata kontinuirano poboljšavaju mogućnosti tehnologije, proširujući granice onoga što je moguće. Tabela ispod sumira preporučene i izvodljive vrijednosti za najčešće karakteristike koje se susreću kod CNC obrađenih dijelova.
Šupljine i džepovi
Preporučena dubina šupljine: 4 puta širina šupljine
Alati za glodanje imaju ograničenu dužinu rezanja (obično 3-4 puta veću od svog promjera). Skretanje alata, izbacivanje strugotine i vibracije postaju izraženiji kada šupljine imaju manji odnos dubine i širine.
Ograničavanje dubine šupljine na četiri puta veću širinu osigurava dobre rezultate.
Ako su potrebne veće dubine, razmislite o dizajniranju dijelova s promjenjivom dubinom šupljine.
Glodanje dubokih šupljina: Šupljine s dubinom većom od šest puta veće od promjera alata smatraju se dubokima. Odnos promjera alata i dubine šupljine do 30:1 moguć je korištenjem specijaliziranih alata (maksimalna dubina: 35 cm s glodalicom promjera 1 inča).
Šupljine i džepovi
Vertikalni radijus ugla
Preporučeno: ⅓ puta dubina šupljine (ili više)
Korištenje preporučene vrijednosti za unutrašnje radijuse uglova osigurava da se može koristiti alat odgovarajućeg promjera i da se to poravna sa smjernicama za preporučenu dubinu šupljine.
Povećanje radijusa uglova neznatno iznad preporučene vrijednosti (npr. za 1 mm) omogućava alatu da reže po kružnoj putanji umjesto pod uglom od 90 stepeni. Ovo je poželjno jer rezultira kvalitetnijom završnom obradom površine. Ako su potrebni oštri unutrašnji uglovi od 90 stepeni, razmislite o dodavanju T-bone podreza umjesto smanjenja radijusa uglova.
Radijus poda
Preporučena: 0.5 mm, 1 mm ili bez radijusa
Izvodljivo: bilo koji radijus
Alati za glodanje imaju ravnu ili blago zaobljenu donju reznu ivicu. Drugi radijusi dna mogu se obraditi alatima s kuglastim krajem. Dobra je praksa konstruiranja koristiti preporučene vrijednosti, jer ih preferiraju mašinisti.
Tanki zidovi
Minimalna debljina zida
Preporučeno: 0.8 mm (metali), 1.5 mm (plastika)
Izvodljivo: 0.5 mm (metali), 1.0 mm (plastika)
Smanjenje debljine stijenke smanjuje krutost materijala, što povećava vibracije tokom obrade i smanjuje dostižnu tačnost. Plastika je sklona savijanju (zbog zaostalih napona) i omekšavanju (zbog porasta temperature), pa se preporučuje veća minimalna debljina stijenke. Navedene izvodljive vrijednosti treba ispitati od slučaja do slučaja.
rupe
prečnik
Preporučeno: standardna svrdla
Izvodljivo: bilo koji prečnik veći od 1 mm
Rupe se obrađuju pomoću svrdla ili glodala. Veličina svrdla je standardizirana (u metričkim i imperijalnim jedinicama). Razvrtači i alati za bušenje koriste se za završnu obradu rupa koje zahtijevaju uske tolerancije. Za rupe visoke preciznosti promjera manjeg od 20 mm preporučuje se korištenje standardnog promjera.
Maksimalna dubina
Preporučena: 4 puta nominalni prečnik
Tipično: 10 puta nominalni prečnik
Izvodljivo: 40 puta nominalni prečnik
Rupe nestandardnog promjera moraju se obraditi glodalicom. U tom slučaju primjenjuju se ograničenja maksimalne dubine šupljine i treba koristiti preporučenu maksimalnu vrijednost dubine. Rupe dublje od tipične vrijednosti obrađuju se specijaliziranim svrdlima (minimalnog promjera od 3 mm). Slijepe rupe obrađene bušilicom imaju konusno dno (ugao od 135 stepeni), dok su rupe obrađene glodalicom ravne.
Ne postoji posebna preferencija između prolaznih ili slijepih rupa kod CNC obrade.
teme
Veličina navoja
minimum: M1 (i niže, u nekim slučajevima)
Preporučena: M6 ili veći
Navoji se režu navojima, a vanjski navoji matricama. Navoji i matrice mogu se koristiti za rezanje navoja do M2. CNC alati za narezivanje navoja su uobičajeni i preferiraju ih mašinisti, jer smanjuju rizik od loma navoja. CNC alati za narezivanje navoja mogu se koristiti za rezanje navoja do M6.
Dužina navoja
minimum: 1.5 puta nominalni prečnik
Preporučena: 3 puta nominalni prečnik
Većinu opterećenja primijenjenog na navoj preuzima nekoliko prvih zuba (do 1.5 puta nominalnog promjera). Navoji duži od 3 puta nominalnog promjera stoga nisu potrebni.
Za navoje u slijepim rupama izrezane navojnim svrdlima (tj. sve navoje manje od M6), dodajte nenavojnu dužinu jednaku 1.5 puta nominalnom promjeru na dnu rupe. Kada se može koristiti CNC alat za narezivanje navoja (tj. navoji veći od M6), rupa se može narezati cijelom svojom dužinom.
Sitne karakteristike
Minimalni prečnik rupe
Preporučena: 2.5 mm (0.1 inča).
Izvodljivo: 0.05 mm (0.005 inča).
Većina mašinskih radionica može precizno obraditi šupljine i rupe koristeći alate promjera do 2.5 mm (0.1 inča). Sve ispod ove granice smatra se mikroobradom. Za obradu takvih elemenata potrebni su specijalni alati (mikro bušilice) i stručno znanje jer se fizika procesa rezanja mijenja s ovom skalom. Stoga se preporučuje izbjegavanje istih, osim ako nije apsolutno neophodno.
Tolerancije
Tipično: +-0.1 mm
Izvodljivo: +-0.02 mm
Naše tolerancije su ili srednja ili fina klasa 2768. Ako tolerancije nisu navedene, proizvodni partneri će koristiti odabranu klasu 2768.
Tolerancije definiraju granice za prihvatljivu dimenziju. Ostvarive tolerancije variraju ovisno o osnovnoj dimenziji i geometriji dijela. Gore navedene vrijednosti su razumne smjernice.
Tekst i natpisi
Preporučeno: veličina fonta 20 (ili veća), gravirano 5 mm
Gravirani tekst je poželjniji od reljefnog teksta, jer se uklanja manje materijala. Preporučuje se korištenje minimalne veličine fonta sans -serif od -20 (npr. Arial ili Verdana). Mnoge CNC mašine imaju unaprijed programirane rutine za ove fontove.
Postavke CNC mašine i orijentacija dijelova
Shema dijela koji zahtijeva više podešavanja
Pristup alatima je jedno od glavnih ograničenja dizajna u CNC obradi. Da bi se dosegle sve površine modela, obradak se mora rotirati više puta.
Kad god se radni komad rotira, mašina se mora ponovo kalibrirati i mora se definirati novi koordinatni sistem.
Prilikom projektovanja, važno je uzeti u obzir postavke mašine iz dva razloga:
Ukupan broj podešavanja mašine utiče na cijenu. Rotiranje i ponovno poravnavanje dijela zahtijeva ručni rad i povećava ukupno vrijeme obrade. Ovo je često prihvatljivo ako dio treba rotirati do tri ili četiri puta, ali sve iznad ove granice je pretjerano.
Da bi se postigla maksimalna relativna pozicijska tačnost, dvije karakteristike moraju biti obrađene u istom postavu. To je zato što novi korak kalibracije uvodi malu (ali ne i zanemarivu) grešku.
Šta je 5-osna CNC obrada?
Petoosna CNC mašina pomiče alate za rezanje ili dijelove duž pet osa istovremeno. Višeosne CNC mašine mogu proizvoditi dijelove sa složenim geometrijama, jer nude dvije dodatne rotacijske ose. Ove mašine eliminišu potrebu za višestrukim podešavanjima mašina.
Koje su prednosti i ograničenja 5-osne CNC obrade?
Petoosna CNC obrada omogućava alatu da konstantno ostane tangencijalan u odnosu na površinu rezanja. Putanje alata mogu biti složenije i efikasnije, što rezultira dijelovima s boljom završnom obradom površine i kraćim vremenom obrade.
Uprkos tome, 5-osni CNC ima svoja ograničenja. Osnovna ograničenja geometrije alata i pristupa alatima i dalje važe (na primjer, dijelovi s unutrašnjim geometrijama ne mogu se obrađivati). Štaviše, troškovi korištenja takvih sistema su veći.
CNC obrada podrezivanja
Podrezi su elementi koji se ne mogu obraditi standardnim alatima za rezanje, jer neke od njihovih površina nisu direktno dostupne odozgo.
Postoje dvije glavne vrste podreza: T-utori i lastin repovi. Podrezi mogu biti jednostrani ili dvostrani i obrađuju se pomoću posebnih alata.
Alati za rezanje T-utora napravljeni su od horizontalne oštrice za rezanje pričvršćene na vertikalnu osovinu. Širina podreza može varirati između 3 mm i 40 mm. Preporučujemo korištenje standardnih veličina za širinu (tj. cijeli milimetarski koraci ili standardni inčni razlomci), jer je vjerovatnije da je odgovarajući alat već dostupan.
Za alate za rezanje lastin repa, ugao je definirajuća veličina elementa. Alati za lastin rep od 45 i 60 stepeni smatraju se standardnim. Alati s uglom od 5, 10 i do 120 stepeni (u koracima od 10 stepeni) također postoje, ali se rjeđe koriste.
T-utor (lijevo), podrez u obliku lastin repa (sredina) i jednostrani podrez na unutrašnjem zidu (desno).
Dizajn podreza za CNC obradu
Prilikom dizajniranja dijelova s podrezanim dijelovima na unutrašnjim zidovima, ne zaboravite dodati dovoljno prostora za alat. Dobro pravilo je dodati prostor jednak najmanje četiri puta dubini podrezanog dijela između obrađenog zida i bilo kojeg drugog unutrašnjeg zida.
Za standardne alate, tipičan odnos između prečnika rezanja i prečnika osovine je 2:1, što ograničava dubinu rezanja. Kada je potrebno nestandardno podrezivanje, uobičajena je praksa da mašinske radionice proizvode vlastite alate za podrezivanje po narudžbi. To može povećati vrijeme isporuke i troškove, pa to treba izbjegavati ako je moguće.
Izrada tehničkog crteža
Tehničke crteže ponekad koriste inženjeri kako bi mašinisti prenijeli specifične proizvodne zahtjeve.
Otpremanje tehničkog crteža s vašom ponudom
Obično ne zahtijevamo tehnički crtež za narudžbe na našoj platformi, ali u nekim slučajevima oni mogu dodati vrijedan kontekst zahtjevu za ponudu. Određene specifikacije dizajna ne mogu se uključiti u STEP ili IGES datoteku. Na primjer, morat ćete uključiti 2D tehnički crtež ako vaš model uključuje navojne rupe ili osovine i/ili dimenzije s tolerancijama strožim od odabrane klase 2768.
Ako dodajete tehnički crtež, molimo vas da se uvjerite da odgovara specifikacijama otpremljenih datoteka. Ako tehnički crteži ne odgovaraju otpremljenim datotekama ili specifikacijama ponude:
Specifikacije ponude smatraju se referentnom tačkom za tehnologiju, materijal i površinsku obradu.
Tehnički crteži se smatraju referentnom tačkom za specifikacije navoja, specifikacije tolerancija, detalje završne obrade površine, zahtjeve za označavanje dijelova i specifikacije termičke obrade.
CAD datoteka se smatra referentnom tačkom za dizajn dijela, geometriju, dimenzije i lokacije elemenata.
Koje su najbolje prakse za CNC obradu?
Dizajnirajte dijelove koji se mogu obraditi alatom najvećeg mogućeg promjera.
Dodajte velike zaobljene dijelove (najmanje ⅓ puta dubine šupljine) na sve unutrašnje vertikalne uglove.
Ograničite dubinu šupljina na 4 puta veću od njihove širine.
Uskladite glavne karakteristike vašeg dizajna s jednim od šest glavnih smjerova. Ako to nije moguće, 5-osna CNC obrada je jedna od opcija.
Uz crtež priložite i tehnički crtež ako vaš dizajn uključuje navoje, tolerancije, specifikacije završne obrade površine ili druge napomene za operatera mašine.
Imate dijelove koje trebate CNC obraditi? Molimo kontaktirajte naš Gazfull tim.