Kuidas CNC-töötlemiseks osi kujundada
Selles CNC-töötlemise projekteerimise täielikus juhendis oleme koostanud põhilised ja edasijõudnud projekteerimispraktikad ning näpunäited, mis aitavad teil oma kohandatud osade puhul parimaid tulemusi saavutada.
Arvuti numbrilise juhtimisega (CNC) töötlemiseks mõeldud disainide optimeerimiseks on mõned lihtsad sammud. Tootmiseks projekteerimise (DFM) reegleid järgides saate CNC-töötlemise laiaulatuslikest võimalustest rohkem kasu. See võib aga olla keeruline, kuna puuduvad kogu tööstusharu hõlmavad spetsiifilised standardid.
Selles artiklis pakume põhjalikku juhendit CNC-töötlemise parimate projekteerimistavade kohta. Selle ulatusliku ja ajakohase teabe koostamiseks küsisime tagasisidet valdkonna ekspertidelt ja CNC-töötlemisteenuste pakkujatelt. Kui optimeerite kulusid, vaadake seda juhendit CNC-töötlemise kulutõhusate osade projekteerimiseks.
Mis on CNC-töötlusprotsess?
CNC-töötlus on lahutav tootmistehnoloogia. CNC-s eemaldatakse materjal tahkest plokist mitmesuguste lõikeriistade abil, mis pöörlevad suurel kiirusel – tuhandeid pööret minutis –, et toota CAD-mudelil põhinev detail. CNC-ga saab töödelda nii metalle kui ka plaste.
CNC-töödeldud detailidel on suur mõõtmete täpsus ja kitsad tolerantsid. CNC sobib nii suuremahuliseks tootmiseks kui ka ühekordseks tööks. Tegelikult on CNC-töötlus praegu kõige kulutõhusam viis metallprototüüpide tootmiseks, isegi võrreldes 3D-printimisega.
Millised on CNC-disaini peamised piirangud?
CNC pakub suurt disainipaindlikkust, kuid sellega kaasnevad ka mõned piirangud. Need piirangud on seotud lõikeprotsessi põhimehaanikaga ning puudutavad peamiselt tööriista geomeetriat ja tööriistadele juurdepääsu.
Tööriista geomeetria
Enamikul levinumatel CNC-lõikeriistadel (otsfreesidel ja puuridel) on silindriline kuju ja piiratud lõikepikkus.
Materjali eemaldamisel töödeldavalt detaililt kantakse tööriista geomeetria üle töödeldud detailile. See tähendab näiteks, et CNC-detaili sisenurkadel on alati raadius, olenemata sellest, kui väikest lõikeriista kasutati.
Juurdepääs tööriistadele
Materjali eemaldamiseks läheneb lõikeriist toorikule otse ülalt. Sel viisil ligipääsmatuid osi ei saa CNC-masinaga töödelda.
Sellel reeglil on erand: alalõiked. Selle artikli lõpus on alalõikude kohta eraldi osa.
Soovitame joondada kõik mudeli elemendid (augud, õõnsused, vertikaalsed seinad jne) ühe kuuest põhisuunast järgi. Siiski tuleks seda reeglit käsitleda soovitusena, mitte piiranguna, kuna 5-teljelised CNC-süsteemid pakuvad täiustatud tooriku hoidmise võimalusi.
Tööriistadele ligipääs on probleemiks ka suure sügavuse ja laiuse suhtega detailide töötlemisel. Näiteks sügava õõnsuse põhjani jõudmiseks on vaja suurema ulatusega tööriistu. See tähendab efektorpea laiemat liikumisulatust, mis suurendab masina värinat ja vähendab saavutatavat täpsust.
Tootmine lihtsustab seda, kui projekteerite osi, mida saab CNC-töödelda võimalikult suure läbimõõduga ja võimalikult lühikese tööriistaga.
CNC projekteerimise juhised
CNC-töötlemiseks mõeldud detailide projekteerimisel sageli ettetulev väljakutse on see, et puuduvad kogu tööstusharu hõlmavad spetsiifilised standardid. CNC-masinate ja -tööriistade tootjad täiustavad pidevalt tehnoloogia võimalusi, laiendades võimalike piiride piire. Allolev tabel võtab kokku CNC-töödeldud detailide kõige levinumate omaduste soovitatavad ja teostatavad väärtused.
Õõnsused ja taskud
Soovitatav õõnsuse sügavus: 4 korda õõnsuse laius
Lõppfreesidel on piiratud lõikepikkus (tavaliselt 3–4 korda suurem kui nende läbimõõt). Tööriista läbipaine, laastu eemaldamine ja vibratsioon muutuvad märgatavamaks, kui õõnsuste sügavuse ja laiuse suhe on väiksem.
Õõnsuse sügavuse piiramine neljakordse laiusega tagab head tulemused.
Kui on vaja suuremaid sügavusi, kaaluge muutuva õõnsuse sügavusega osade projekteerimist.
Sügavate õõnsuste freesimine: Sügavateks loetakse õõnsusi, mille sügavus on üle kuue korra suurem kui tööriista läbimõõt. Spetsiaalsete tööriistade abil on võimalik saavutada tööriista läbimõõdu ja õõnsuse sügavuse suhe kuni 30:1 (maksimaalne sügavus: 35 cm 1-tollise läbimõõduga otsafreesiga).
Õõnsused ja taskud
Vertikaalse nurga raadius
Soovitatav: ⅓ korda suurem õõnsuse sügavusest (või suurem)
Sisemiste nurkade raadiuste soovitusliku väärtuse kasutamine tagab sobiva läbimõõduga tööriista kasutamise ja on kooskõlas soovitusliku õõnsuse sügavuse juhistega.
Nurkraadiuste suurendamine veidi üle soovitusliku väärtuse (nt 1 mm võrra) võimaldab tööriistal lõigata ringikujuliselt, mitte 90-kraadise nurga all. See on eelistatud, kuna see annab kvaliteetsema pinnaviimistluse. Kui on vaja teravaid 90-kraadiseid sisenurki, kaaluge nurkraadiuse vähendamise asemel T-luu-alalõikuse lisamist.
Põranda raadius
Soovitan: 0.5 mm, 1 mm või raadiuseta
Teostatav: mis tahes raadiuses
Otsfreesidel on lame või kergelt ümar alumine lõikeserv. Teisi põhjaraadiusi saab töödelda kuulpeaga tööriistadega. Hea projekteerimistava kohaselt on soovitatav kasutada soovitatud väärtusi, kuna masinistid eelistavad seda.
Õhukesed seinad
Minimaalne seina paksus
Soovitatav: 0.8 mm (metallid), 1.5 mm (plastikud)
Teostatav: 0.5 mm (metallid), 1.0 mm (plastikud)
Seina paksuse vähendamine vähendab materjali jäikust, mis suurendab vibratsiooni töötlemise ajal ja langetab saavutatavat täpsust. Plastid on altid deformeerumisele (jääkpingete tõttu) ja pehmenemisele (temperatuuri tõusu tõttu), seega on soovitatav suurem minimaalne seina paksus. Eespool nimetatud teostatavaid väärtusi tuleks igal üksikjuhul eraldi uurida.
Augud
DIAMEETER
Soovitatav: standardne puuritera
Teostatav: mis tahes läbimõõt suurem kui 1 mm
Augud freesitakse kas puuritera või otsfreesiga. Puuride suurus on standardiseeritud (meetrilistes ja tollimõõtühikutes). Laiendajaid ja puurimisriistu kasutatakse kitsa tolerantsi nõudvate aukude viimistlemiseks. Suure täpsusega aukude puhul, mille läbimõõt on alla 20 mm, on soovitatav kasutada standardset läbimõõtu.
Maksimaalne sügavus
Soovitan: 4 korda nimiläbimõõdust
Tüüpiline: 10 korda nimiläbimõõdust
Teostatav: 40 korda nimiläbimõõdust
Mittestandardse läbimõõduga augud tuleb freesida otsfreesiga. Sellisel juhul kehtivad maksimaalse õõnsuse sügavuse piirangud ja tuleks kasutada soovitatavat maksimaalset sügavuse väärtust. Tüüpilise väärtusest sügavamad augud freesitakse spetsiaalsete puuriteradega (minimaalse läbimõõduga 3 mm). Puuriga freesitud umbeaugud on koonilise põhjaga (135-kraadise nurga all), samas kui otsfreesiga freesitud augud on lamedad.
CNC-töötluses ei ole läbivate ja ummisavade vahel erilist eelistust.
Teemad
Keerme suurus
Miinimum: M1 (ja mõnel juhul madalam)
Soovitan: M6 või suurem
Keermed lõigatakse keermepuuridega ja väliskeermed stantsidega. Keermepuuride ja stantside abil saab lõigata keermeid kuni suuruseni M2. CNC-keermelõikuriistad on levinud ja masintööliste eelistatumad, kuna need vähendavad keermepuuri purunemise ohtu. CNC-keermelõikuriistadega saab lõigata keermeid kuni suuruseni M6.
Keerme pikkus
Miinimum: 1.5 korda nimiläbimõõdust
Soovitan: 3 korda nimiläbimõõdust
Suurem osa keermele rakendatavast koormusest langeb esimestele hammastele (kuni 1.5 korda nimiläbimõõdust). Seega pole vaja keermeid, mis on pikemad kui 3 korda nimiläbimõõt.
Keermepuuridega lõigatud ummiaukude keermete puhul (st kõik keermed, mis on väiksemad kui M6) lisage augu põhjas keermestamata pikkus, mis võrdub 1.5-kordse nimiläbimõõduga. Kui saab kasutada CNC-keermestustööriista (st keermed, mis on suuremad kui M6), saab auku keermestada kogu pikkuses.
Väikesed omadused
Minimaalne augu läbimõõt
Soovitan: 2.5 mm (0.1 tolli).
Teostatav: 0.05 mm (0.005 tolli).
Enamik töökodasid suudab täpselt töödelda õõnsusi ja auke, kasutades tööriistu läbimõõduga kuni 2.5 mm (0.1 tolli). Kõike alla selle piiri peetakse mikrotöötluseks. Selliste detailide töötlemiseks on vaja spetsiaalseid tööriistu (mikropuure) ja ekspertteadmisi, kuna lõikeprotsessi füüsika muutub koos selle skaalaga. Seetõttu on soovitatav neid vältida, kui see pole hädavajalik.
Tolerantsid
Tüüpiline: +-0.1 mm
Teostatav: +-0.02 mm
Meie tolerantsid on kas 2768 keskmine või peen. Kui tolerantse pole täpsustatud, kasutavad tootmispartnerid valitud 2768 klassi.
Tolerantsid määravad vastuvõetava mõõtme piirid. Saavutatavad tolerantsid varieeruvad sõltuvalt alusmõõtmest ja detaili geomeetriast. Ülaltoodud väärtused on mõistlikud juhised.
Tekst ja tähed
Soovitatav: kirjasuurus 20 (või suurem), graveeritud 5 mm
Reljeefse teksti asemel eelistatakse graveeritud teksti, kuna eemaldatakse vähem materjali. Soovitatav on kasutada minimaalselt -20 sans-serif fondi (nt Arial või Verdana). Paljudel CNC-masinatel on nende fontide jaoks eelprogrammeeritud programmid.
CNC-masina seadistused ja detailide orientatsioon
Mitme seadistuse vajava detaili skeem
Tööriistadele ligipääs on CNC-töötlemise üks peamisi disainipiiranguid. Mudeli kõikide pindadeni jõudmiseks tuleb toorikut mitu korda pöörata.
Iga kord, kui töödeldavat detaili pööratakse, tuleb masinat uuesti kalibreerida ja defineerida uus koordinaatsüsteem.
Projekteerimisel on oluline arvestada masina seadistustega kahel põhjusel:
Masina seadistuste koguarv mõjutab kulusid. Detaili pööramine ja ümber joondamine nõuab käsitsi tööd ja suurendab töötlemise koguaega. See on sageli vastuvõetav, kui detaili on vaja pöörata kuni kolm või neli korda, kuid sellest piirist suurem arv on liigne.
Maksimaalse suhtelise positsioonitäpsuse saavutamiseks tuleb samas seadistuses töödelda kahte elementi. Selle põhjuseks on see, et uus kalibreerimisetapp toob kaasa väikese (kuid mitte tühise) vea.
Mis on 5-teljeline CNC-töötlus?
Viieteljeline CNC-masin liigutab lõikeriistu või detaile samaaegselt mööda viit telge. Mitmeteljelised CNC-masinad suudavad toota keeruka geomeetriaga detaile, kuna neil on kaks täiendavat pöörlemistelge. Need masinad välistavad vajaduse mitme masina seadistamise järele.
Millised on 5-teljelise CNC-töötluse eelised ja piirangud?
Viieteljeline CNC-töötlus võimaldab tööriistal jääda lõikepinna suhtes pidevalt tangentsiaalseks. Tööriista rajad võivad olla keerukamad ja tõhusamad, mille tulemuseks on parem pinnaviimistlus ja lühem töötlemisaeg.
Siiski on 5-teljelisel CNC-l omad piirangud. Põhilised tööriistade geomeetria ja tööriistadele juurdepääsu piirangud kehtivad endiselt (näiteks ei saa töödelda sisegeomeetriaga detaile). Lisaks on selliste süsteemide kasutamise hind kõrgem.
CNC-töötlemise alalõiked
Altlõiked on elemendid, mida ei saa standardsete lõikeriistadega töödelda, kuna mõnele nende pinnale ei pääse otse ülalt ligi.
Altlõiget on kahte peamist tüüpi: T-sooned ja tapipliited. Altlõige võib olla ühe- või kahepoolne ning see töödeldakse spetsiaalsete tööriistade abil.
T-soone lõikeriistad on valmistatud horisontaalsest lõiketerast, mis on kinnitatud vertikaalse võlli külge. Altlõike laius võib varieeruda vahemikus 3 mm kuni 40 mm. Soovitame laiuse jaoks kasutada standardsuurusi (st täismillimeetrites või standardtollides), kuna on tõenäolisem, et sobiv tööriist on juba olemas.
Tapiliidete puhul on nurk määravaks omaduseks suurus. Standardiks peetakse nii 45- kui ka 60-kraadiseid tapiliide. Samuti on olemas tööriistu 5-, 10- ja kuni 120-kraadise nurga all (10-kraadise sammuga), kuid neid kasutatakse harvemini.
T-soon (vasakul), tapiliiteline sisselõige (keskel) ja ühepoolne sisselõige siseseinal (paremal).
CNC-töötlemiseks mõeldud altlõigete disain
Sisemiste seinte sisselõigetega detailide projekteerimisel pidage meeles, et tööriista jaoks tuleb jätta piisavalt ruumi. Hea rusikareegel on lisada töödeldud seina ja mis tahes muu siseseina vahele ruumi, mis on vähemalt neli korda suurem kui sisselõike sügavus.
Standardsete tööriistade puhul on lõikediameetri ja võlli läbimõõdu suhe tüüpiliselt 2:1, mis piirab lõikesügavust. Kui on vaja mittestandardset altlõiget, on masinatöökodadel tavaks toota oma kohandatud altlõigete tööriistu. See võib pikendada tarneaega ja kulusid, seega tuleks seda võimalusel vältida.
Tehnilise joonise koostamine
Insenerid kasutavad tehnilisi jooniseid mõnikord masinaehitajale konkreetsete tootmisnõuete edastamiseks.
Tehnilise joonise üleslaadimine koos hinnapakkumisega
Tavaliselt ei nõua me oma platvormil tellimuste jaoks tehnilist joonist, kuid mõnel juhul võivad need hinnapakkumise päringule väärtuslikku konteksti lisada. Teatud projekteerimisspetsifikatsioone ei saa STEP- ega IGES-faili lisada. Näiteks peate lisama 2D-tehnilise joonise, kui teie mudel sisaldab keermestatud auke või võlle ja/või mõõtmeid, mille tolerantsid on väiksemad kui valitud 2768 klassi tolerants.
Kui lisate tehnilise joonise, veenduge, et see vastaks üleslaaditud failide spetsifikatsioonidele. Kui tehnilised joonised ei vasta üleslaaditud failidele või pakkumise spetsifikatsioonidele:
Pakkumise spetsifikatsioone peetakse tehnoloogia, materjali ja pinnaviimistluse võrdlusaluseks.
Tehnilisi jooniseid peetakse keermespetsifikatsioonide, tolerantside spetsifikatsioonide, pinnaviimistluse detailide, detailide märgistamise taotluste ja kuumtöötluse spetsifikatsioonide viitepunktiks.
CAD-faili peetakse detaili disaini, geomeetria, mõõtmete ja detailide asukoha lähtepunktiks.
Millised on CNC-töötlemise parimad tavad?
Projekteeri detailid, mida saab töödelda võimalikult suure läbimõõduga tööriistaga.
Lisa kõikidele sisemistele vertikaalsetele nurkadele suured ümardatud servad (vähemalt ⅓ korda õõnsuse sügavusest).
Piira õõnsuste sügavust neljakordseks nende laiuseks.
Joondage oma disaini põhijooned ühe kuuest põhisuunast. Kui see pole võimalik, on üheks võimaluseks 5-teljeline CNC-töötlus.
Esitage koos joonisega tehniline joonis, kui teie kavand sisaldab keermeid, tolerantse, pinnaviimistluse spetsifikatsioone või muid märkusi masinaoperaatorile.
Kas teil on CNC-töötlust vajavaid osi? Palun võtke ühendust meie Gazfull meeskonnaga.