نحوه طراحی قطعات برای ماشینکاری CNC
در این راهنمای کامل طراحی برای ماشینکاری CNC، ما شیوهها و نکات طراحی اولیه و پیشرفته را گردآوری کردهایم تا به شما در دستیابی به بهترین نتایج برای قطعات سفارشیتان کمک کنیم.
چند مرحله آسان وجود دارد که میتوانید برای بهینهسازی طرحهای خود برای ماشینکاری کنترل عددی کامپیوتری (CNC) انجام دهید. با پیروی از قوانین طراحی برای تولید (DFM)، میتوانید از قابلیتهای گسترده ماشینکاری CNC بهره بیشتری ببرید. با این حال، این میتواند چالش برانگیز باشد، زیرا استانداردهای خاص در سطح صنعت وجود ندارد.
در این مقاله، ما یک راهنمای جامع برای بهترین شیوههای طراحی برای ماشینکاری CNC ارائه میدهیم. برای گردآوری این اطلاعات بهروز و گسترده، از متخصصان صنعت و ارائهدهندگان خدمات ماشینکاری CNC بازخورد گرفتیم. اگر به دنبال بهینهسازی هزینهها هستید، این راهنمای طراحی قطعات مقرونبهصرفه برای CNC را بررسی کنید.
فرآیند ماشینکاری CNC چیست؟
ماشینکاری CNC یک فناوری تولید کاهشی است. در CNC، مواد با استفاده از ابزارهای برش متنوعی که با سرعت بالا - هزاران دور در دقیقه - میچرخند، از یک بلوک جامد جدا میشوند تا قطعهای بر اساس مدل CAD تولید شود. هم فلزات و هم پلاستیکها را میتوان با ماشینکاری CNC تولید کرد.
قطعات ماشینکاری شده با CNC از دقت ابعادی بالا و تلرانسهای دقیقی برخوردارند. CNC هم برای تولید با حجم بالا و هم برای کارهای تکی مناسب است. در واقع، ماشینکاری CNC در حال حاضر حتی در مقایسه با چاپ سه بعدی، مقرون به صرفهترین روش تولید نمونههای اولیه فلزی است.
محدودیتهای اصلی طراحی CNC چیست؟
CNC انعطافپذیری بالایی در طراحی ارائه میدهد، اما محدودیتهایی نیز دارد. این محدودیتها مربوط به مکانیک پایه فرآیند برش و عمدتاً مربوط به هندسه ابزار و دسترسی به ابزار است.
هندسه ابزار
رایجترین ابزارهای برش CNC (ابزارهای فرز انگشتی و متهها) شکل استوانهای و طول برش محدودی دارند.
با جدا شدن ماده از قطعه کار، هندسه ابزار به قطعه ماشینکاری شده منتقل میشود. این بدان معناست که، برای مثال، گوشههای داخلی یک قطعه CNC همیشه دارای شعاع هستند، صرف نظر از اینکه ابزار برش چقدر کوچک باشد.
دسترسی به ابزار
برای برداشتن مواد، ابزار برش مستقیماً از بالا به قطعه کار نزدیک میشود. قسمتهایی که از این طریق قابل دسترسی نیستند، نمیتوانند توسط دستگاه CNC ماشینکاری شوند.
یک استثنا برای این قانون وجود دارد: برشهای زیرین. در انتهای این مقاله بخشی در مورد برشهای زیرین وجود دارد.
توصیه میکنیم تمام ویژگیهای مدل خود (سوراخها، حفرهها، دیوارههای عمودی و غیره) را با یکی از شش جهت اصلی همتراز کنید. با این حال، این قانون را به عنوان یک توصیه و نه یک محدودیت در نظر بگیرید، زیرا سیستمهای CNC 5 محوره قابلیتهای پیشرفتهای برای نگهداشتن قطعه کار ارائه میدهند.
دسترسی به ابزار نیز هنگام ماشینکاری قطعات با نسبت عمق به عرض زیاد، یک مسئله است. به عنوان مثال، برای رسیدن به کف یک حفره عمیق، به ابزارهایی با دسترسی گسترده نیاز دارید. این به معنای دامنه حرکتی وسیعتر برای عامل نهایی است که باعث افزایش لرزش دستگاه و کاهش دقت قابل دستیابی میشود.
اگر قطعاتی را طراحی کنید که بتوان آنها را با ابزاری که بزرگترین قطر ممکن و کوتاهترین طول ممکن را دارد، ماشینکاری CNC کرد، تولید سادهتر خواهد شد.
دستورالعملهای طراحی CNC
چالشی که اغلب هنگام طراحی قطعه برای ماشینکاری CNC مطرح میشود این است که هیچ استاندارد خاصی در سطح صنعت وجود ندارد. تولیدکنندگان ماشینآلات و ابزارهای CNC به طور مداوم قابلیتهای فناوری را بهبود میبخشند و محدودیتهای ممکن را گسترش میدهند. جدول زیر مقادیر توصیه شده و عملی را برای رایجترین ویژگیهای موجود در قطعات ماشینکاری شده با CNC خلاصه میکند.
حفرهها و جیبها
عمق حفره توصیه شده: ۴ برابر عرض حفره
ابزارهای فرز انگشتی طول برش محدودی دارند (معمولاً ۳ تا ۴ برابر قطرشان). انحراف ابزار، تخلیه براده و ارتعاشات زمانی که حفرهها نسبت عمق به عرض کمتری داشته باشند، برجستهتر میشوند.
محدود کردن عمق حفره به چهار برابر عرض آن، نتایج خوبی را تضمین میکند.
اگر عمقهای بزرگتری مورد نیاز است، طراحی قطعات با عمق حفره متغیر را در نظر بگیرید.
فرزکاری حفره عمیق: حفرههایی با عمق بیش از شش برابر قطر ابزار، عمیق در نظر گرفته میشوند. با استفاده از ابزارهای تخصصی، نسبت قطر ابزار به عمق حفره تا 30:1 امکانپذیر است (حداکثر عمق: 35 سانتیمتر با ابزار فرز انگشتی با قطر 1 اینچ).
حفرهها و جیبها
شعاع گوشه عمودی
توصیه شده: ⅓ برابر عمق حفره (یا بیشتر)
استفاده از مقدار توصیه شده برای شعاع گوشه داخلی، تضمین میکند که میتوان از ابزاری با قطر مناسب استفاده کرد و با دستورالعملهای مربوط به عمق حفره توصیه شده همسو است.
افزایش شعاع گوشهها کمی بالاتر از مقدار توصیهشده (مثلاً ۱ میلیمتر)، به ابزار اجازه میدهد تا به جای زاویه ۹۰ درجه، یک مسیر دایرهای را برش دهد. این روش ترجیح داده میشود زیرا منجر به کیفیت سطح بالاتری میشود. اگر گوشههای داخلی تیز ۹۰ درجه مورد نیاز است، به جای کاهش شعاع گوشه، اضافه کردن یک برش زیرین T-bone را در نظر بگیرید.
شعاع کف
توصیه می شود: ۰.۵ میلیمتر، ۱ میلیمتر یا بدون شعاع
شدنی: هر شعاعی
ابزارهای فرز انگشتی دارای لبه برش پایینی صاف یا کمی گرد هستند. سایر شعاعهای کف را میتوان با استفاده از ابزارهای سر کروی ماشینکاری کرد. استفاده از مقادیر توصیه شده، همانطور که توسط ماشینکاران ترجیح داده میشود، یک روش طراحی خوب است.
دیوارهای نازک
حداقل ضخامت دیواره
توصیه شده: ۰.۸ میلیمتر (فلزات)، ۱.۵ میلیمتر (پلاستیک)
امکان پذیر: 0.5 میلی متر (فلزات)، 1.0 میلی متر (پلاستیک)
کاهش ضخامت دیواره، سفتی ماده را کاهش میدهد که این امر باعث افزایش ارتعاشات در حین ماشینکاری و کاهش دقت قابل دستیابی میشود. پلاستیکها مستعد تاب برداشتن (به دلیل تنشهای پسماند) و نرم شدن (به دلیل افزایش دما) هستند، بنابراین حداقل ضخامت دیواره بزرگتری توصیه میشود. مقادیر عملی ذکر شده در بالا باید به صورت موردی بررسی شوند.
سوراخ
قطر
توصیه شده: مته استاندارد
قابل اجرا: هر قطری بزرگتر از ۱ میلیمتر
سوراخها با استفاده از مته یا ابزار فرز انگشتی تراش داده میشوند. اندازه متهها استاندارد است (در واحدهای متریک و امپریال). از برقوها و ابزارهای سوراخکاری برای پرداخت سوراخهایی که نیاز به تلرانسهای دقیق دارند استفاده میشود. برای سوراخهای با دقت بالا با قطر کمتر از 20 میلیمتر، استفاده از قطر استاندارد توصیه میشود.
حداکثر عمق
توصیه می شود: ۴۰ برابر قطر اسمی
معمول: ۴۰ برابر قطر اسمی
شدنی: ۴۰ برابر قطر اسمی
سوراخهایی با قطر غیر استاندارد باید با ابزار فرز انگشتی تراش داده شوند. در این حالت، محدودیتهای حداکثر عمق حفره اعمال میشود و باید از حداکثر مقدار عمق توصیه شده استفاده شود. سوراخهایی با عمق بیشتر از مقدار معمول با استفاده از متههای مخصوص (با حداقل قطر ۳ میلیمتر) تراش داده میشوند. سوراخهای کور تراش داده شده با مته دارای کف مخروطی (زاویه ۱۳۵ درجه) هستند، در حالی که سوراخهای تراش داده شده با ابزار فرز انگشتی صاف هستند.
در ماشینکاری CNC هیچ اولویت خاصی بین سوراخهای سرتاسری یا سوراخهای کور وجود ندارد.
موضوع
اندازه ریسمان
کمترین: M1 (و در برخی موارد پایینتر)
توصیه می شود: M6 یا بزرگتر
رزوهها با قلاویز و رزوههای خارجی با قالبها بریده میشوند. قلاویزها و قالبها میتوانند برای برش رزوه تا M2 استفاده شوند. ابزارهای رزوهزنی CNC رایج هستند و توسط ماشینکاران ترجیح داده میشوند، زیرا خطر شکستن قلاویز را محدود میکنند. ابزارهای رزوهزنی CNC میتوانند برای برش رزوه تا M6 استفاده شوند.
طول نخ
کمترین: ۴۰ برابر قطر اسمی
توصیه می شود: ۴۰ برابر قطر اسمی
بیشتر بار اعمال شده به رزوه توسط چند دندانه اول (تا ۱.۵ برابر قطر اسمی) تحمل میشود. بنابراین رزوههای بلندتر از ۳ برابر قطر اسمی غیرضروری هستند.
برای رزوههای سوراخهای کور که با قلاویز بریده میشوند (یعنی تمام رزوههای کوچکتر از M6)، طول رزوه نشدهای معادل ۱.۵ برابر قطر اسمی در پایین سوراخ اضافه کنید. وقتی میتوان از ابزار رزوهزنی CNC استفاده کرد (یعنی رزوههای بزرگتر از M6)، سوراخ را میتوان در تمام طول آن رزوه کرد.
ویژگیهای کوچک
حداقل قطر سوراخ
توصیه می شود: ۰.۰۵ میلیمتر (۰.۰۰۵ اینچ)
شدنی: ۰.۰۵ میلیمتر (۰.۰۰۵ اینچ)
اکثر کارگاههای ماشینکاری میتوانند با استفاده از ابزارهایی تا قطر 2.5 میلیمتر (0.1 اینچ) حفرهها و سوراخها را با دقت ماشینکاری کنند. هر چیزی کمتر از این حد، میکروماشینکاری محسوب میشود. برای ماشینکاری چنین قطعاتی به ابزارهای تخصصی (میکرو متهها) و دانش تخصصی نیاز است زیرا فیزیک فرآیند برش با این مقیاس تغییر میکند. بنابراین، مگر در موارد ضروری، توصیه میشود از آنها اجتناب شود.
تلرانسها
معمول: +-0.1 میلیمتر
شدنی: +-0.02 میلیمتر
تلرانسهای ما یا ۲۷۶۸ متوسط یا ریز هستند. اگر تلرانسها مشخص نشده باشند، شرکای تولیدی از گرید ۲۷۶۸ انتخاب شده استفاده خواهند کرد.
تلرانسها، مرزهای یک بعد قابل قبول را تعریف میکنند. تلرانسهای قابل دستیابی بسته به بعد پایه و هندسه قطعه متفاوت هستند. مقادیر فوق، دستورالعملهای معقولی هستند.
متن و حروفنگاری
توصیه میشود: اندازه فونت ۲۰ (یا بزرگتر)، ۵ میلیمتر حکاکی شده
متن حکاکی شده نسبت به متن برجسته ترجیح داده میشود، زیرا مواد کمتری حذف میشود. استفاده از حداقل اندازه فونت sans -serif -20- (مثلاً Arial یا Verdana) توصیه میشود. بسیاری از دستگاههای CNC برای این فونتها روالهای از پیش برنامهریزی شدهای دارند.
تنظیمات دستگاه CNC و آشنایی با قطعات
شماتیک قطعهای که نیاز به تنظیمات متعدد دارد
دسترسی به ابزار یکی از محدودیتهای اصلی طراحی در ماشینکاری CNC است. برای دسترسی به تمام سطوح مدل، قطعه کار باید چندین بار چرخانده شود.
هر زمان که قطعه کار چرخانده شود، دستگاه باید دوباره کالیبره شود و یک سیستم مختصات جدید تعریف شود.
هنگام طراحی، در نظر گرفتن تنظیمات دستگاه به دو دلیل مهم است:
تعداد کل تنظیمات دستگاه بر هزینه تأثیر میگذارد. چرخاندن و تنظیم مجدد قطعه نیاز به کار دستی دارد و زمان کل ماشینکاری را افزایش میدهد. این اغلب در صورتی قابل قبول است که قطعه نیاز به چرخش تا سه یا چهار بار داشته باشد، اما هر چیزی بالاتر از این حد، بیش از حد است.
برای دستیابی به حداکثر دقت نسبی موقعیت، دو ویژگی باید در یک چیدمان ماشینکاری شوند. دلیل این امر آن است که مرحله کالیبراسیون جدید، خطای کوچکی (اما غیرقابل اغماض) ایجاد میکند.
ماشینکاری CNC پنج محوره چیست؟
یک دستگاه CNC پنج محوره، ابزار برش یا قطعات را همزمان در امتداد پنج محور حرکت میدهد. دستگاههای CNC چند محوره میتوانند قطعاتی با هندسههای پیچیده تولید کنند، زیرا دو محور چرخشی اضافی ارائه میدهند. این دستگاهها نیاز به تنظیمات چندگانه دستگاه را از بین میبرند.
مزایا و محدودیتهای ماشینکاری CNC پنج محوره چیست؟
ماشینکاری CNC پنج محوره به ابزار اجازه میدهد تا دائماً مماس بر سطح برش باقی بماند. مسیرهای ابزار میتوانند پیچیدهتر و کارآمدتر باشند و در نتیجه قطعاتی با سطح پرداخت بهتر و زمان ماشینکاری کمتر تولید شوند.
با این اوصاف، CNC پنج محوره محدودیتهای خود را دارد. هندسه اولیه ابزار و محدودیتهای دسترسی به ابزار هنوز اعمال میشود (برای مثال، قطعات با هندسه داخلی را نمیتوان ماشینکاری کرد). علاوه بر این، هزینه استفاده از چنین سیستمهایی بیشتر است.
برشهای زیرین ماشینکاری CNC
برشهای زیرین، ویژگیهایی هستند که نمیتوان با استفاده از ابزارهای برش استاندارد آنها را ماشینکاری کرد، زیرا برخی از سطوح آنها مستقیماً از بالا قابل دسترسی نیستند.
دو نوع اصلی از برش زیرین وجود دارد: شیارهای T شکل و دم چلچلهای. برشهای زیرین میتوانند یک طرفه یا دو طرفه باشند و با استفاده از ابزارهای مخصوص ماشینکاری میشوند.
ابزارهای برش T-slot از یک تیغه برش افقی متصل به یک شفت عمودی ساخته شدهاند. عرض برش زیرین میتواند بین ۳ میلیمتر تا ۴۰ میلیمتر متغیر باشد. توصیه میکنیم از اندازههای استاندارد برای عرض استفاده کنید (یعنی گامهای میلیمتری کامل یا کسرهای اینچ استاندارد)، زیرا احتمال بیشتری وجود دارد که ابزار مناسب از قبل موجود باشد.
برای ابزارهای برش دم چلچلهای، زاویه، اندازه مشخصه را تعیین میکند. هر دو ابزار دم چلچلهای ۴۵ و ۶۰ درجه استاندارد در نظر گرفته میشوند. ابزارهایی با زاویه ۵، ۱۰ و تا ۱۲۰ درجه (با گامهای ۱۰ درجه) نیز وجود دارند اما کمتر مورد استفاده قرار میگیرند.
یک شیار T شکل (چپ)، یک برش زیرین دم چلچلهای (وسط) و یک برش زیرین یک طرفه روی دیوار داخلی (راست).
طراحی برش زیرین برای ماشینکاری CNC
هنگام طراحی قطعات با برش زیرین روی دیوارههای داخلی، به یاد داشته باشید که فضای کافی برای ابزار در نظر بگیرید. یک قانون کلی خوب این است که فضایی معادل حداقل چهار برابر عمق برش زیرین بین دیواره ماشینکاری شده و هر دیواره داخلی دیگر اضافه کنید.
برای ابزارهای استاندارد، نسبت معمول بین قطر برش و قطر شفت ۲:۱ است که در نتیجه عمق برش را محدود میکند. هنگامی که برش زیرین غیر استاندارد مورد نیاز است، معمولاً کارگاههای ماشینکاری ابزارهای برش زیرین سفارشی خود را تولید میکنند. این امر میتواند به زمان و هزینه تولید اضافه کند، بنابراین در صورت امکان از آن اجتناب کنید.
ترسیم نقشه فنی
نقشههای فنی گاهی اوقات توسط مهندسان برای انتقال الزامات خاص تولید به ماشینکار استفاده میشوند.
آپلود نقشه فنی به همراه قیمت پیشنهادی
ما معمولاً برای سفارشهای روی پلتفرم خود، نقشه فنی درخواست نمیکنیم، اما در برخی موارد، آنها میتوانند زمینه ارزشمندی را به درخواست قیمت اضافه کنند. برخی از مشخصات طراحی را نمیتوان در فایل STEP یا IGES گنجاند. به عنوان مثال، اگر مدل شما شامل سوراخها یا شفتهای رزوهدار و/یا ابعادی با تلرانسهای کمتر از گرید ۲۷۶۸ انتخابی باشد، باید نقشه فنی دوبعدی را نیز ضمیمه کنید.
اگر نقشه فنی اضافه میکنید، لطفاً مطمئن شوید که با مشخصات فایلهای آپلود شده مطابقت دارد. اگر نقشههای فنی با فایلهای آپلود شده یا مشخصات قیمت مطابقت ندارند:
مشخصات ذکر شده به عنوان مرجع فناوری، مواد و پرداخت سطح در نظر گرفته میشوند.
نقشههای فنی به عنوان مرجع مشخصات رزوه، مشخصات تلرانس، جزئیات پرداخت سطح، درخواستهای علامتگذاری قطعه و مشخصات عملیات حرارتی در نظر گرفته میشوند.
فایل CAD به عنوان مرجع طراحی قطعه، هندسه، ابعاد و مکانهای ویژگی در نظر گرفته میشود.
بهترین روشها برای ماشینکاری CNC چیست؟
قطعاتی را طراحی کنید که بتوان آنها را با استفاده از ابزاری با بزرگترین قطر ممکن ماشینکاری کرد.
فیلههای بزرگ (حداقل ⅓ برابر عمق حفره) را به تمام گوشههای عمودی داخلی اضافه کنید.
عمق حفرهها را به ۴ برابر عرض آنها محدود کنید.
ویژگیهای اصلی طرح خود را با یکی از شش جهت اصلی همتراز کنید. اگر این امکان وجود ندارد، ماشینکاری CNC پنج محوره یک گزینه است.
اگر طرح شما شامل رزوهها، تلرانسها، مشخصات پرداخت سطح یا سایر نکات برای اپراتور دستگاه است، یک نقشه فنی نیز به همراه طرح خود ارسال کنید.
آیا قطعاتی دارید که نیاز به ماشینکاری CNC دارند؟ لطفا با تیم Gazfull ما تماس بگیرید.