Hogyan tervezzünk alkatrészeket CNC megmunkáláshoz
Ebben a CNC megmunkáláshoz szükséges tervezési útmutatóban összeállítottunk alapvető és haladó tervezési gyakorlatokat és tippeket, amelyek segítenek a legjobb eredmények elérésében az egyedi alkatrészek esetében.
Néhány egyszerű lépéssel optimalizálhatja terveit a számítógépes numerikus vezérlésű (CNC) megmunkáláshoz. A gyártásalapú tervezés (DFM) szabályainak betartásával többet hozhat ki a CNC megmunkálás széleskörű lehetőségeiből. Ez azonban kihívást jelenthet, mivel nincsenek iparági szintű szabványok.
Ebben a cikkben átfogó útmutatót kínálunk a CNC megmunkálás legjobb tervezési gyakorlatairól. Ezen átfogó, naprakész információk összeállításához iparági szakértőktől és CNC megmunkálási szolgáltatóktól kértünk visszajelzést. Ha költségoptimalizálásra törekszik, tekintse meg ezt az útmutatót a költséghatékony CNC alkatrészek tervezéséhez.
Mi a CNC megmunkálási folyamat?
A CNC megmunkálás egy szubtraktív gyártástechnológia. A CNC során egy tömör tömbből anyagot távolítanak el különféle, nagy sebességgel – több ezer fordulat/perc – forgó vágószerszámokkal, hogy egy CAD modell alapján előállítsák az alkatrészt. Mind a fémek, mind a műanyagok CNC-vel megmunkálhatók.
A CNC-vel megmunkált alkatrészek nagy méretpontossággal és szűk tűréshatárokkal rendelkeznek. A CNC alkalmas mind nagy volumenű gyártásra, mind egyedi munkákra. Valójában a CNC megmunkálás jelenleg a fémprototípusok előállításának legköltséghatékonyabb módja, még a 3D nyomtatáshoz képest is.
Melyek a CNC tervezés fő korlátai?
A CNC nagy tervezési rugalmasságot kínál, de van néhány korlátozás. Ezek a korlátozások a forgácsolási folyamat alapvető mechanikájára vonatkoznak, és főként a szerszámgeometriát és a szerszámhozzáférést érintik.
Szerszámgeometria
A leggyakoribb CNC forgácsolószerszámok (marószerszámok és fúrók) hengeres alakúak és korlátozott forgácsolási hosszal rendelkeznek.
Ahogy az anyagot eltávolítják a munkadarabról, a szerszám geometriája átkerül a megmunkált alkatrészre. Ez azt jelenti például, hogy egy CNC alkatrész belső sarkai mindig rendelkeznek egy rádiusszal, függetlenül attól, hogy milyen kicsi vágószerszámot használtak.
Szerszám hozzáférés
Az anyag eltávolításához a vágószerszám közvetlenül felülről közelíti meg a munkadarabot. Azok a részek, amelyekhez ilyen módon nem lehet hozzáférni, nem CNC-vel megmunkálhatók.
Van egy kivétel ez alól a szabály alól: az alámetszések. A cikk vége felé van egy szakasz az alámetszésekről.
Javasoljuk, hogy a modell összes jellemzőjét (lyukak, üregek, függőleges falak stb.) a hat fő irány egyikéhez igazítsa. Ezt a szabályt azonban ajánlásnak, és nem korlátozásnak tekintse, mivel az 5 tengelyes CNC rendszerek fejlett munkadarab-befogási képességeket kínálnak.
A szerszámhozzáférés szintén problémát jelent a nagy mélység-szélesség arányú alakzatok megmunkálásakor. Például egy mély üreg aljának eléréséhez nagyobb kinyúlású szerszámokra van szükség. Ez szélesebb mozgástartományt jelent a végrehajtó egység számára, ami növeli a gép rezgését és csökkenti az elérhető pontosságot.
Leegyszerűsíti a gyártást, ha olyan alkatrészeket tervez, amelyek a lehető legnagyobb átmérőjű és a lehető legrövidebb hosszúságú szerszámmal CNC-vel megmunkálhatók.
CNC tervezési irányelvek
A CNC megmunkáláshoz szükséges alkatrészek tervezése során gyakran felmerülő kihívás, hogy nincsenek iparági szinten érvényes szabványok. A CNC gép- és szerszámgyártók folyamatosan fejlesztik a technológia képességeit, kiterjesztve a lehetőségek határait. Az alábbi táblázat összefoglalja a CNC megmunkált alkatrészeknél leggyakrabban előforduló jellemzők ajánlott és megvalósítható értékeit.
Üregek és tasakok
Ajánlott üregmélység: az üreg szélességének négyszerese
A szármaró szerszámok forgácsolási hossza korlátozott (jellemzően az átmérőjük 3-4-szerese). A szerszám elhajlása, a forgácseltávolítás és a rezgések hangsúlyosabbá válnak, ha az üregek mélység-szélesség aránya kisebb.
Az üreg mélységének a szélességének négyszeresére korlátozása jó eredményeket biztosít.
Ha nagyobb mélységekre van szükség, érdemes változó üregmélységű alkatrészeket tervezni.
Mély üregmarás: A szerszámátmérő hatszorosánál mélyebb üregeket tekintjük mélynek. Speciális szerszámokkal akár 30:1 szerszámátmérő-üregmélység arány is lehetséges (maximális mélység: 35 cm 1 hüvelyk átmérőjű marószerszámmal).
Üregek és tasakok
Függőleges sarokrádiusz
Ajánlott: ⅓-szorosa az üregmélységnek (vagy nagyobb)
A belső sarokrádiuszok ajánlott értékének használata biztosítja, hogy megfelelő átmérőjű szerszám használható legyen, és összhangban legyen az ajánlott üregmélységre vonatkozó irányelvekkel.
A sarokrádiuszok ajánlott értéknél kissé nagyobb (pl. 1 mm-rel) növelése lehetővé teszi a szerszám számára, hogy 90 fokos szög helyett kör alakú pályát kövessen. Ez előnyösebb, mivel jobb minőségű felületet eredményez. Ha éles 90 fokos belső sarkokra van szükség, érdemes T-alakú alámetszést alkalmazni a sarokrádiusz csökkentése helyett.
Padló sugara
Ajánlott: 0.5 mm, 1 mm vagy rádiusz nélkül
Megvalósítható: bármilyen sugár
A marószerszámok alsó vágóéle sík vagy enyhén lekerekített. Más fenékrádiuszok gömbfejű szerszámokkal megmunkálhatók. Jó tervezési gyakorlat az ajánlott értékek használata, mivel a gépészek ezt részesítik előnyben.
Vékony falak
Minimális falvastagság
Ajánlott: 0.8 mm (fémek), 1.5 mm (műanyagok)
Megvalósítható: 0.5 mm (fémek), 1.0 mm (műanyagok)
A falvastagság csökkentése csökkenti az anyag merevségét, ami növeli a rezgéseket a megmunkálás során és csökkenti az elérhető pontosságot. A műanyagok hajlamosak a vetemedésre (a maradékfeszültségek miatt) és a lágyulásra (a hőmérséklet-emelkedés miatt), ezért nagyobb minimális falvastagság ajánlott. A fent megadott megvalósítható értékeket eseti alapon kell megvizsgálni.
Holes
Átmérő
Ajánlott: standard fúrófej
Megvalósítható: bármilyen, 1 mm-nél nagyobb átmérő
A furatokat fúrófejjel vagy maróval munkálják meg. A fúrófejek mérete szabványosított (metrikus és angolszász mértékegységekben). A szűk tűréshatárokat igénylő furatok simításához dörzsárakat és fúrószerszámokat használnak. A 20 mm-nél kisebb átmérőjű, nagy pontosságú furatokhoz szabványos átmérő használata ajánlott.
Maximális mélység
Ajánlott: 4-szeres névleges átmérő
Tipikus: 10-szeres névleges átmérő
Megvalósítható: 40-szeres névleges átmérő
A nem szabványos átmérőjű furatokat maróval kell megmunkálni. Ebben az esetben a maximális üregmélységre vonatkozó korlátozások érvényesek, és az ajánlott maximális mélységértéket kell használni. A tipikus értéknél mélyebb furatokat speciális fúrófejekkel (minimum 3 mm átmérővel) munkálják meg. A fúróval megmunkált zsákfuratok kúpos aljúak (135 fokos szöggel), míg a maróval megmunkált furatok laposak.
A CNC megmunkálásban nincs különösebb preferencia az átmenő furatok és a zsákfuratok között.
Szálak
Menet mérete
Minimális: M1 (és egyes esetekben alacsonyabb)
Ajánlott: M6 vagy nagyobb
A meneteket menetfúrókkal, a külső meneteket pedig matricákkal vágják. A menetfúrókkal és matricákkal M2-es menetek vághatók. A CNC menetvágó szerszámok elterjedtek és a gépészek által előnyben részesítettek, mivel csökkentik a menetfúró törésének kockázatát. A CNC menetvágó szerszámokkal M6-os menetek vághatók.
Menet hossza
Minimális: 1.5-szeres névleges átmérő
Ajánlott: 3-szeres névleges átmérő
A menetre ható terhelés nagy részét az első néhány fog viseli (a névleges átmérő legfeljebb 1.5-szereséig). Ezért a névleges átmérő háromszorosánál hosszabb menetek feleslegesek.
Zsákfuratokban lévő, menetfúróval vágott menetek esetén (azaz minden M6-nál kisebb menet esetén) adjon hozzá egy menet nélküli hosszt, amely megegyezik a furat alján lévő névleges átmérő 1.5-szeresével. Amikor CNC menetvágó szerszám használható (azaz M6-nál nagyobb menetek), a furat teljes hosszában menetet lehet készíteni.
Apró funkciók
Minimális furatátmérő
Ajánlott: 2.5 mm (0.1 hüvelyk).
Megvalósítható: 0.05 mm (0.005 hüvelyk).
A legtöbb gépműhely pontosan megmunkálja az üregeket és furatokat akár 2.5 mm (0.1 hüvelyk) átmérőjű szerszámokkal. Az e határérték alatti átmérőt mikromegmunkálásnak tekintik. Speciális szerszámokra (mikrofúrókra) és szakértői ismeretekre van szükség az ilyen jellemzők megmunkálásához, mivel a forgácsolási folyamat fizikája ezzel a méretaránnyal változik. Ezért a javaslat az, hogy kerüljük őket, kivéve, ha feltétlenül szükséges.
Tűrések
Tipikus: +-0.1 mm
Megvalósítható: +-0.02 mm
Tűréshatáraink 2768 közepes vagy finom. Ha a tűréshatárok nincsenek megadva, a gyártópartnerek a kiválasztott 2768-as minőséget fogják használni.
A tűrések határozzák meg az elfogadható méret határait. Az elérhető tűrések az alapmérettől és az alkatrész geometriájától függően változnak. A fenti értékek ésszerű iránymutatások.
Szöveg és betűk
Ajánlott: 20-as (vagy nagyobb) betűméret, 5 mm-es gravírozás
A gravírozott szöveg előnyösebb a dombornyomott szöveggel szemben, mivel kevesebb anyagot távolít el. Minimum -20-as sans-serif betűméret (pl. Arial vagy Verdana) használata ajánlott. Sok CNC gép előre programozott rutinokkal rendelkezik ezekhez a betűtípusokhoz.
CNC gépbeállítások és alkatrész-orientáció
Több beállítást igénylő alkatrész vázlata
A szerszámokhoz való hozzáférés az egyik fő tervezési korlát a CNC megmunkálásban. A modell összes felületének eléréséhez a munkadarabot többször el kell forgatni.
A munkadarab forgatásakor a gépet újra kell kalibrálni, és új koordinátarendszert kell meghatározni.
A tervezés során két okból is fontos figyelembe venni a gép beállításait:
A gépbeállítások teljes száma befolyásolja a költségeket. Az alkatrész forgatása és újrabeállítása kézi munkát igényel, és növeli a teljes megmunkálási időt. Ez gyakran elfogadható, ha az alkatrészt háromszor vagy négyszer kell forgatni, de ennél több már túlzás.
A maximális relatív pozíciópontosság eléréséhez két jellemzőt kell megmunkálni ugyanazon beállítással. Ez azért van, mert az új kalibrációs lépés egy kis (de nem elhanyagolható) hibát vezet be.
Mi az a 5 tengelyes CNC megmunkálás?
Egy 5 tengelyes CNC gép egyszerre öt tengely mentén mozgatja a forgácsolószerszámokat vagy alkatrészeket. A többtengelyes CNC gépek összetett geometriájú alkatrészeket is képesek gyártani, mivel két további forgótengelyt kínálnak. Ezek a gépek kiküszöbölik több gépbeállítás szükségességét.
Melyek az 5 tengelyes CNC megmunkálás előnyei és korlátai?
Az öttengelyes CNC megmunkálás lehetővé teszi, hogy a szerszám folyamatosan tangenciális maradjon a vágófelülethez képest. A szerszámpályák bonyolultabbak és hatékonyabbak lehetnek, ami jobb felületi minőséget és rövidebb megmunkálási időt eredményez.
Ennek ellenére az 5-tengelyes CNC-nek megvannak a maga korlátai. Az alapvető szerszámgeometria és a szerszámhozzáférési korlátozások továbbra is érvényesek (például a belső geometriájú alkatrészek nem megmunkálhatók). Ráadásul az ilyen rendszerek használatának költségei magasabbak.
CNC megmunkálás alámetszések
Az alámetszések olyan jellemzők, amelyek nem megmunkálhatók hagyományos forgácsolószerszámokkal, mivel egyes felületeik nem érhetők el közvetlenül felülről.
Az alámetszéseknek két fő típusa van: T-hornyok és fecskefarkú illesztések. Az alámetszések lehetnek egyoldalasak vagy kétoldalasak, és speciális szerszámokkal megmunkálhatók.
A T-hornyos vágószerszámok egy függőleges tengelyhez rögzített vízszintes vágópengéből készülnek. Az alámetszés szélessége 3 mm és 40 mm között változhat. A szélességhez szabványos méretek használatát javasoljuk (azaz egész milliméteres lépésekben vagy szabványos hüvelykes törtekben), mivel valószínűbb, hogy már rendelkezésre áll megfelelő szerszám.
A fecskefarkú szerszámok esetében a szög a meghatározó jellemzőméret. Mind a 45, mind a 60 fokos fecskefarkú szerszámok szabványosnak tekinthetők. Léteznek 5, 10 és akár 120 fokos szögű (10 fokos lépésekben) szerszámok is, de ezeket ritkábban használják.
T-horony (balra), fecskefark-alulmetszés (középen) és egyoldalas alulmetszés egy belső falon (jobbra).
Alsómarású kialakítás CNC megmunkáláshoz
Belső falakon alámetszéssel rendelkező alkatrészek tervezésekor ne felejtsen el elegendő szabad helyet biztosítani a szerszámnak. Jó ökölszabály, hogy a megmunkált fal és bármely más belső fal között legalább négyszeresével megegyező helyet hagyjunk az alámetszés mélységének.
Standard szerszámok esetében a forgácsolási átmérő és a tengelyátmérő közötti arány jellemzően 2:1, ami korlátozza a forgácsolási mélységet. Ha nem szabványos alámetszésre van szükség, a gépműhelyekben bevett gyakorlat, hogy saját, egyedi alámetsző szerszámokat gyártanak. Ez növelheti a gyártási időt és a költségeket, ezért lehetőség szerint kerüljük el.
Műszaki rajz készítése
A mérnökök néha műszaki rajzokat használnak, hogy közöljék a gépészekkel a gyártási követelményeket.
Műszaki rajz feltöltése árajánlattal
Általában nem kérünk műszaki rajzot a platformunkon leadott megrendelésekhez, de bizonyos esetekben értékes kontextust adhatnak egy árajánlatkéréshez. Bizonyos tervezési specifikációk nem adhatók meg STEP vagy IGES fájlban. Például 2D műszaki rajzot kell csatolni, ha a modell menetes furatokat vagy tengelyeket és/vagy a kiválasztott 2768-as minőségnél szűkebb tűrésű méreteket tartalmaz.
Ha műszaki rajzot csatol, kérjük, győződjön meg arról, hogy az megfelel a feltöltött fájlok specifikációinak. Ha a műszaki rajzok nem egyeznek meg a feltöltött fájlokkal vagy az árajánlat specifikációival:
Az árajánlatokat tekintik hivatkozási alapnak a technológia, az anyagok és a felületkezelések tekintetében.
A műszaki rajzokat tekintik referenciapontnak a menetspecifikációkhoz, a tűréshatárokhoz, a felületkezelési részletekhez, az alkatrészjelölési igényekhez és a hőkezelési specifikációkhoz.
A CAD fájlt tekintik referenciapontnak az alkatrész tervezéséhez, geometriájához, méretéhez és az alakzatok elhelyezéséhez.
Melyek a CNC megmunkálás legjobb gyakorlatai?
Olyan alkatrészeket tervezzen, amelyek a lehető legnagyobb átmérőjű szerszámmal megmunkálhatók.
Adjon hozzá nagy lekerekítéseket (legalább az üregmélység ⅓-szorosát) az összes belső függőleges sarokhoz.
Az üregek mélységét a szélességük négyszeresére korlátozzuk.
Igazítsa tervének főbb jellemzőit a hat fő irány egyikéhez. Ha ez nem lehetséges, az 5-tengelyes CNC megmunkálás is szóba jöhet.
Küldjön be egy műszaki rajzot a rajzával együtt, ha a terve meneteket, tűréshatárokat, felületkezelési specifikációkat vagy egyéb megjegyzéseket tartalmaz a gépkezelő számára.
CNC megmunkálásra szoruló alkatrészei vannak? Kérjük, vegye fel a kapcsolatot a Gazfull csapatával.