Kako dizajnirati dijelove za CNC obradu
U ovom cjelovitom vodiču za projektiranje za CNC obradu, sastavili smo osnovne i napredne prakse projektiranja i savjete koji će vam pomoći da postignete najbolje rezultate za svoje prilagođene dijelove.
Postoji nekoliko jednostavnih koraka koje možete poduzeti kako biste optimizirali svoje dizajne za CNC (računalno numeričko upravljanje) obradu. Slijedeći pravila dizajna za proizvodnju (DFM), možete bolje iskoristiti široke mogućnosti CNC obrade. Međutim, to može biti izazovno jer ne postoje specifični standardi za cijelu industriju.
U ovom članku nudimo sveobuhvatan vodič o najboljim praksama projektiranja 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 projektiranje isplativih dijelova za CNC.
Što je CNC proces obrade?
CNC obrada je subtraktivna proizvodna tehnologija. U CNC-u se materijal uklanja iz čvrstog bloka pomoću raznih alata za rezanje koji se okreću velikom brzinom - tisućama okretaja u minuti - kako bi se proizveo dio na temelju CAD modela. CNC obradom mogu se obrađivati i metali i plastika.
CNC obrađeni dijelovi imaju visoku dimenzijsku točnost i uske tolerancije. CNC je prikladan i za masovnu proizvodnju i za pojedinačne poslove. Zapravo, CNC obrada je trenutno najisplativiji način proizvodnje metalnih prototipova, čak i u usporedbi s 3D ispisom.
Koja su glavna ograničenja CNC dizajna?
CNC nudi veliku fleksibilnost dizajna, ali postoji nekoliko ograničenja. Ta se ograničenja odnose na osnovnu mehaniku procesa rezanja i uglavnom se odnose na geometriju alata i pristup alatu.
Geometrija alata
Većina uobičajenih CNC alata za rezanje (alat za glodanje i svrdla) ima cilindrični oblik i ograničenu duljinu rezanja.
Kako se materijal uklanja s obratka, geometrija alata prenosi se na obrađeni dio. To znači, na primjer, da unutarnji kutovi CNC dijela uvijek imaju radijus, bez obzira na to koliko je mali alat za rezanje korišten.
Pristup alatu
Za uklanjanje materijala, alat za rezanje pristupa obratku izravno odozgo. Elementi kojima se ne može pristupiti na ovaj način ne mogu se obraditi CNC strojno.
Postoji iznimka od ovog pravila: podrezivanja. Pri kraju ovog članka nalazi se odjeljak o podrezivanjima.
Preporučujemo poravnanje svih značajki vašeg modela (rupe, šupljine, okomite stijenke itd.) s jednim od šest glavnih smjerova. Međutim, ovo pravilo shvatite kao preporuku, a ne kao ograničenje, jer 5-osni CNC sustavi nude napredne mogućnosti držanja obratka.
Pristup alatu također je 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 postižnu točnost.
Proizvodnju ćete pojednostaviti ako dizajnirate dijelove koji se mogu CNC obrađivati alatom koji ima najveći mogući promjer i najkraću moguću duljinu.
Smjernice za CNC dizajn
Izazov koji se često javlja prilikom projektiranja dijela za CNC obradu jest da ne postoje specifični industrijski standardi. Proizvođači CNC strojeva i alata kontinuirano poboljšavaju mogućnosti tehnologije, proširujući granice onoga što je moguće. Tablica u nastavku sažima preporučene i izvedive vrijednosti za najčešće značajke koje se susreću kod CNC obrađenih dijelova.
Šupljine i džepovi
Preporučena dubina šupljine: 4 puta širina šupljine
Alati za glodanje imaju ograničenu duljinu rezanja (obično 3-4 puta veću od svog promjera). Otklon alata, izbacivanje strugotine i vibracije postaju izraženiji kada šupljine imaju manji omjer dubine i širine.
Ograničavanje dubine šupljine na četiri puta veću širinu osigurava dobre rezultate.
Ako su potrebne veće dubine, razmislite o projektiranju dijelova s promjenjivom dubinom šupljine.
Glodanje dubokih šupljina: Šupljine s dubinom većom od šest puta promjera alata smatraju se dubokima. Omjer 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
Okomiti radijus kuta
Preporučeno: ⅓ puta dubina šupljine (ili više)
Korištenje preporučene vrijednosti za unutarnje radijuse kutova osigurava da se može koristiti alat odgovarajućeg promjera i da se to poravnava sa smjernicama za preporučenu dubinu šupljine.
Povećanje radijusa kuta malo iznad preporučene vrijednosti (npr. za 1 mm) omogućuje alatu da reže po kružnoj putanji umjesto pod kutom od 90 stupnjeva. To je poželjno jer rezultira višom kvalitetom završne obrade površine. Ako su potrebni oštri unutarnji kutovi od 90 stupnjeva, razmislite o dodavanju T-bone podreza umjesto smanjenja radijusa kuta.
Radijus poda
Preporučena: 0.5 mm, 1 mm ili bez radijusa
Izvedivo: bilo koji radijus
Alati za glodanje imaju ravnu ili blago zaobljenu donju reznu oštricu. Drugi radijusi dna mogu se obraditi alatima s kuglastim vrhom. Dobra je praksa konstruiranja koristiti preporučene vrijednosti, jer ih preferiraju strojari.
Tanke stijenke
Minimalna debljina stijenke
Preporučeno: 0.8 mm (metali), 1.5 mm (plastika)
Izvedivo: 0.5 mm (metali), 1.0 mm (plastika)
Smanjenje debljine stijenke smanjuje krutost materijala, što povećava vibracije tijekom obrade i smanjuje postižnu točnost. Plastika je sklona savijanju (zbog zaostalih naprezanja) i omekšavanju (zbog porasta temperature), stoga se preporučuje veća minimalna debljina stijenke. Gore navedene izvedive vrijednosti treba ispitati za svaki slučaj pojedinačno.
rupe
Promjer
Preporučeno: standardno svrdlo
Izvedivo: bilo koji promjer veći od 1 mm
Rupe se izrađuju svrdlom ili glodalicom. 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 točnosti promjera manjeg od 20 mm preporučuje se korištenje standardnog promjera.
Maksimalna dubina
Preporučena: 4 puta nominalni promjer
Tipično: 10 puta nominalni promjer
Izvedivo: 40 puta nominalni promjer
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 (s minimalnim promjerom od 3 mm). Slijepe rupe obrađene bušilicom imaju konusno dno (kut od 135 stupnjeva), dok su rupe obrađene glodalicom ravne.
Ne postoji posebna preferencija između prolaznih ili slijepih rupa u CNC obradi.
Teme
Veličina niti
minimalna: 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 strojari jer ograničavaju rizik od loma navoja. CNC alati za narezivanje navoja mogu se koristiti za rezanje navoja do M6.
Dužina navoja
minimalna: 1.5 puta nominalni promjer
Preporučena: 3 puta nominalni promjer
Većinu opterećenja navoja preuzima nekoliko prvih zuba (do 1.5 puta nominalnog promjera). Navoji dulji od 3 puta nominalnog promjera stoga nisu potrebni.
Za navoje u slijepim rupama izrezane navojnim svedrima (tj. sve navoje manje od M6), dodajte nenavojnu duljinu 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 navoj cijelom svojom duljinom.
Sitne značajke
Minimalni promjer rupe
Preporučena: 2.5 mm (0.1 inča).
Izvedivo: 0.05 mm (0.005 inča).
Većina strojogradnji može precizno obraditi šupljine i rupe alatima 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
Izvedivo: +-0.02 mm
Naše tolerancije su ili srednja ili fina 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). Mnogi CNC strojevi imaju unaprijed programirane rutine za ove fontove.
Postavke CNC stroja i orijentacija dijelova
Shema dijela koji zahtijeva više postavki
Pristup alatu jedno je od glavnih ograničenja dizajna u CNC obradi. Da bi se dosegle sve površine modela, obradak se mora više puta rotirati.
Kad god se obradak rotira, stroj se mora ponovno kalibrirati i definirati novi koordinatni sustav.
Prilikom projektiranja važno je uzeti u obzir postavke stroja iz dva razloga:
Ukupan broj podešavanja stroja utječe na cijenu. Rotiranje i ponovno poravnavanje dijela zahtijeva ručni rad i povećava ukupno vrijeme obrade. To je često prihvatljivo ako se dio treba rotirati do tri ili četiri puta, ali sve iznad ove granice je pretjerano.
Da bi se postigla maksimalna relativna točnost položaja, dvije značajke moraju se obraditi u istom postavu. To je zato što novi korak kalibracije uvodi malu (ali ne zanemarivu) pogrešku.
Što je 5-osna CNC obrada?
5-osni CNC stroj pomiče alate za rezanje ili dijelove duž pet osi istovremeno. Višeosni CNC strojevi mogu proizvoditi dijelove sa složenim geometrijama, jer nude dvije dodatne rotacijske osi. Ovi strojevi eliminiraju potrebu za višestrukim postavkama strojeva.
Koje su prednosti i ograničenja 5-osne CNC obrade?
CNC obrada s pet osi omogućuje alatu da ostane konstantno tangencijalan na površinu rezanja. Putanje alata mogu biti složenije i učinkovitije, što rezultira dijelovima s boljom završnom obradom površine i kraćim vremenima obrade.
Uz to, 5-osni CNC ima svoja ograničenja. Osnovna geometrija alata i ograničenja pristupa alatu i dalje vrijede (na primjer, dijelovi s unutarnjim geometrijama ne mogu se obrađivati). Štoviše, trošak korištenja takvih sustava je veći.
CNC obrada podreza
Podrezi su elementi koji se ne mogu obraditi standardnim alatima za rezanje, jer neke od njihovih površina nisu izravno 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 izrađeni 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 vjerojatnije da je odgovarajući alat već dostupan.
Za alate za rezanje lastin repa, kut je definirajuća veličina elementa. Alati za rezanje lastin repa od 45 i 60 stupnjeva smatraju se standardnim. Alati s kutom od 5, 10 i do 120 stupnjeva (u koracima od 10 stupnjeva) također postoje, ali se rjeđe koriste.
T-utor (lijevo), podrez u obliku lastin repa (u sredini) i jednostrani podrez na unutarnjem zidu (desno).
Dizajn podreza za CNC obradu
Prilikom projektiranja dijelova s podrezanim dijelovima na unutarnjim stijenkama, ne zaboravite dodati dovoljno prostora za alat. Dobro pravilo je dodati prostor jednak najmanje četiri puta dubini podrezanog dijela između obrađene stijenke i bilo koje druge unutarnje stijenke.
Za standardne alate, tipičan omjer između promjera rezanja i promjera osovine je 2:1, čime se ograničava dubina rezanja. Kada je potrebno nestandardno podrezivanje, uobičajena je praksa da strojogradnje izrađuju vlastite prilagođene alate za podrezivanje. To može povećati vrijeme isporuke i troškove, stoga to izbjegavajte ako je moguće.
Izrada tehničkog crteža
Tehničke crteže inženjeri ponekad koriste kako bi strojaru prenijeli specifične proizvodne zahtjeve.
Prijenos 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, provjerite odgovara li specifikacijama prenesenih datoteka. Ako tehnički crteži ne odgovaraju prenesenim datotekama ili specifikacijama ponude:
Specifikacije ponude smatraju se referentnom točkom za tehnologiju, materijal i površinsku obradu.
Tehnički crteži smatraju se referentnom točkom za specifikacije navoja, specifikacije tolerancija, detalje površinske obrade, zahtjeve za označavanje dijelova i specifikacije toplinske obrade.
CAD datoteka se smatra referentnom točkom 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 unutarnje okomite kutove.
Ograničite dubinu šupljina na 4 puta njihovu širinu.
Uskladite glavne značajke svog dizajna s jednim od šest glavnih smjerova. Ako to nije moguće, opcija je 5-osna CNC obrada.
Uz crtež priložite i tehnički crtež ako vaš dizajn uključuje navoje, tolerancije, specifikacije završne obrade površine ili druge napomene za operatera stroja.
Trebate li dijelove koje trebate CNC obraditi? Molimo kontaktirajte naš Gazfull tim.