Cara mendesain komponen untuk permesinan CNC
Dalam panduan lengkap tentang desain untuk permesinan CNC ini, kami telah mengumpulkan praktik dan kiat desain dasar & lanjutan untuk membantu Anda mencapai hasil terbaik untuk komponen kustom Anda.
Ada beberapa langkah mudah yang dapat Anda ambil untuk mengoptimalkan desain Anda untuk pemesinan kontrol numerik komputer (CNC). Dengan mengikuti aturan desain untuk manufaktur (DFM), Anda dapat memperoleh lebih banyak manfaat dari kemampuan luas pemesinan CNC. Namun, hal ini bisa menjadi tantangan, karena standar khusus industri secara keseluruhan belum ada.
Dalam artikel ini, kami menawarkan panduan komprehensif tentang praktik desain terbaik untuk permesinan CNC. Untuk menyusun informasi terkini yang ekstensif ini, kami meminta masukan dari para ahli industri dan penyedia layanan permesinan CNC. Jika Anda mengoptimalkan biaya, lihat panduan ini untuk mendesain komponen yang hemat biaya untuk CNC.
Apa proses permesinan CNC?
Pemesinan CNC adalah teknologi manufaktur subtraktif. Dalam CNC, material dihilangkan dari blok padat menggunakan berbagai alat potong yang berputar dengan kecepatan tinggi—ribuan RPM—untuk menghasilkan bagian berdasarkan model CAD. Baik logam maupun plastik dapat diproses dengan pemesinan CNC.
Komponen yang diproses dengan mesin CNC memiliki akurasi dimensi yang tinggi dan toleransi yang ketat. CNC cocok untuk produksi volume tinggi maupun pekerjaan sekali jadi. Bahkan, saat ini, pemesinan CNC merupakan cara paling hemat biaya untuk memproduksi prototipe logam, bahkan dibandingkan dengan pencetakan 3D.
Apa saja batasan utama desain CNC?
CNC menawarkan fleksibilitas desain yang hebat, tetapi ada beberapa batasan. Batasan-batasan ini berkaitan dengan mekanisme dasar proses pemotongan dan terutama menyangkut geometri alat dan akses alat.
Geometri alat
Sebagian besar alat potong CNC yang umum (alat penggiling dan bor) memiliki bentuk silindris dan panjang pemotongan yang terbatas.
Saat material dihilangkan dari benda kerja, geometri alat potong akan berpindah ke bagian yang dikerjakan. Ini berarti, misalnya, bahwa sudut dalam bagian CNC selalu memiliki radius, tidak peduli seberapa kecil alat potong yang digunakan.
Akses alat
Untuk menghilangkan material, alat potong mendekati benda kerja langsung dari atas. Fitur yang tidak dapat diakses dengan cara ini tidak dapat dikerjakan dengan mesin CNC.
Ada pengecualian untuk aturan ini: undercut. Ada bagian tentang undercut di bagian akhir artikel ini.
Kami menyarankan untuk menyelaraskan semua fitur model Anda (lubang, rongga, dinding vertikal, dll.) ke salah satu dari enam arah utama. Namun, anggap aturan ini sebagai rekomendasi dan bukan batasan, karena sistem CNC 5 sumbu menawarkan kemampuan penjepitan benda kerja yang canggih.
Akses alat juga menjadi masalah saat mengerjakan fitur dengan rasio kedalaman terhadap lebar yang besar. Misalnya, untuk mencapai dasar rongga yang dalam, Anda memerlukan alat dengan jangkauan yang lebih panjang. Ini berarti rentang gerak yang lebih luas untuk ujung efektor, yang meningkatkan getaran mesin dan menurunkan akurasi yang dapat dicapai.
Proses produksi akan lebih sederhana jika Anda mendesain komponen yang dapat dikerjakan dengan mesin CNC menggunakan alat yang memiliki diameter terbesar dan panjang terpendek.
Pedoman desain CNC
Salah satu tantangan yang sering muncul saat mendesain komponen untuk pemesinan CNC adalah tidak adanya standar khusus yang berlaku di seluruh industri. Produsen mesin dan perkakas CNC terus meningkatkan kemampuan teknologi, memperluas batasan dari apa yang mungkin dilakukan. Tabel di bawah ini merangkum nilai-nilai yang direkomendasikan dan yang layak untuk fitur-fitur paling umum yang ditemui pada komponen yang diproses dengan mesin CNC.
Rongga dan kantung
Kedalaman rongga yang disarankan: 4 kali lebar rongga
Alat penggiling ujung memiliki panjang pemotongan yang terbatas (biasanya 3–4 kali diameternya). Defleksi alat, pengeluaran serpihan, dan getaran menjadi lebih menonjol ketika rongga memiliki rasio kedalaman terhadap lebar yang lebih kecil.
Membatasi kedalaman rongga hingga empat kali lebarnya akan memastikan hasil yang baik.
Jika kedalaman yang lebih besar diperlukan, pertimbangkan untuk mendesain komponen dengan kedalaman rongga yang variabel.
Penggilingan rongga dalam: Rongga dengan kedalaman lebih dari enam kali diameter pahat dianggap dalam. Rasio diameter pahat terhadap kedalaman rongga hingga 30:1 dimungkinkan dengan menggunakan peralatan khusus (kedalaman maksimum: 35 cm dengan pahat penggilingan ujung berdiameter 1 inci).
Rongga dan kantung
Radius sudut vertikal
Disarankan: ⅓ kali kedalaman rongga (atau lebih besar)
Menggunakan nilai yang direkomendasikan untuk radius sudut dalam memastikan bahwa alat dengan diameter yang sesuai dapat digunakan dan selaras dengan pedoman untuk kedalaman rongga yang direkomendasikan.
Meningkatkan radius sudut sedikit di atas nilai yang direkomendasikan (misalnya sebesar 1 mm), memungkinkan alat untuk memotong mengikuti jalur melingkar alih-alih sudut 90 derajat. Ini lebih disukai karena menghasilkan hasil akhir permukaan yang lebih berkualitas. Jika sudut dalam 90 derajat yang tajam diperlukan, pertimbangkan untuk menambahkan undercut berbentuk T alih-alih mengurangi radius sudut.
Radius lantai
Rekomendasi: Radius 0.5 mm, 1 mm atau tanpa radius
Layak: radius berapa pun
Alat penggiling ujung memiliki tepi pemotong bawah yang rata atau sedikit membulat. Radius lantai lainnya dapat dikerjakan menggunakan alat ujung bulat. Merupakan praktik desain yang baik untuk menggunakan nilai yang direkomendasikan, karena hal itu lebih disukai oleh para operator mesin.
Dinding tipis
Ketebalan dinding minimum
Direkomendasikan: 0.8 mm (logam), 1.5 mm (plastik)
Ketebalan yang memungkinkan: 0.5 mm (logam), 1.0 mm (plastik)
Mengurangi ketebalan dinding menurunkan kekakuan material, yang meningkatkan getaran selama pemesinan dan menurunkan akurasi yang dapat dicapai. Plastik rentan terhadap perubahan bentuk (akibat tegangan sisa) dan pelunakan (akibat peningkatan suhu), sehingga ketebalan dinding minimum yang lebih besar direkomendasikan. Nilai-nilai yang layak yang disebutkan di atas harus diperiksa berdasarkan kasus per kasus.
Lubang
Diameter
Disarankan: mata bor standar
Memungkinkan: diameter apa pun yang lebih besar dari 1 mm
Lubang dikerjakan menggunakan mata bor atau alat penggiling. Ukuran mata bor distandarisasi (dalam satuan metrik dan imperial). Reamer dan alat pembubut digunakan untuk menyelesaikan lubang yang membutuhkan toleransi ketat. Untuk lubang dengan akurasi tinggi dengan diameter kurang dari 20 mm, disarankan menggunakan diameter standar.
Kedalaman maksimum
Rekomendasi: 4 kali diameter nominal
Khas: 10 kali diameter nominal
Layak: 40 kali diameter nominal
Lubang dengan diameter tidak standar harus dikerjakan dengan alat end mill. Dalam hal ini, batasan kedalaman rongga maksimum berlaku dan nilai kedalaman maksimum yang direkomendasikan harus digunakan. Lubang yang lebih dalam dari nilai tipikal dikerjakan menggunakan mata bor khusus (dengan diameter minimum 3 mm). Lubang buta yang dikerjakan dengan bor memiliki dasar kerucut (sudut 135 derajat), sedangkan lubang yang dikerjakan dengan alat end mill berbentuk datar.
Dalam pemesinan CNC, tidak ada preferensi khusus antara lubang tembus atau lubang buntu.
Thread
Ukuran benang
Minimum: M1 (dan lebih rendah, dalam beberapa kasus)
Rekomendasi: M6 atau lebih besar
Ulir dibuat dengan tap dan ulir luar dengan die. Tap dan die dapat digunakan untuk membuat ulir hingga ukuran M2. Alat pembuatan ulir CNC umum digunakan dan lebih disukai oleh para operator mesin, karena membatasi risiko kerusakan tap. Alat pembuatan ulir CNC dapat digunakan untuk membuat ulir hingga ukuran M6.
Panjang benang
Minimum: 1.5 kali diameter nominal
Rekomendasi: 3 kali diameter nominal
Sebagian besar beban yang diberikan pada ulir ditanggung oleh beberapa gigi pertama (hingga 1.5 kali diameter nominal). Oleh karena itu, ulir yang lebih panjang dari 3 kali diameter nominal tidak diperlukan.
Untuk ulir pada lubang buntu yang dibuat dengan tap (yaitu semua ulir lebih kecil dari M6), tambahkan panjang tanpa ulir yang sama dengan 1.5 kali diameter nominal di bagian bawah lubang. Jika alat pembuatan ulir CNC dapat digunakan (yaitu ulir lebih besar dari M6), lubang dapat dibuat ulir di sepanjang panjangnya.
Fitur kecil
Diameter lubang minimum
Rekomendasi: 2.5 mm (0.1 inci)
Layak: 0.05 mm (0.005 inci)
Sebagian besar bengkel mesin dapat secara akurat mengerjakan rongga dan lubang menggunakan alat hingga diameter 2.5 mm (0.1 inci). Apa pun di bawah batas ini dianggap sebagai pengerjaan mikro. Alat khusus (bor mikro) dan pengetahuan ahli diperlukan untuk mengerjakan fitur-fitur tersebut karena fisika proses pemotongan berubah pada skala ini. Kecuali benar-benar diperlukan, oleh karena itu disarankan untuk menghindari pengerjaan mikro.
Toleransi
Khas: +-0.1mm
Layak: +-0.02mm
Toleransi kami adalah 2768 medium atau fine. Jika toleransi tidak ditentukan, mitra manufaktur akan menggunakan grade 2768 yang dipilih.
Toleransi menentukan batasan untuk dimensi yang dapat diterima. Toleransi yang dapat dicapai bervariasi tergantung pada dimensi dasar dan geometri bagian tersebut. Nilai-nilai di atas adalah pedoman yang wajar.
Teks dan huruf
Disarankan: ukuran font 20 (atau lebih besar), ukiran 5 mm
Teks terukir lebih disukai daripada teks timbul, karena lebih sedikit material yang dihilangkan. Penggunaan font sans-serif dengan ukuran minimal -20 (misalnya Arial atau Verdana) direkomendasikan. Banyak mesin CNC memiliki rutinitas yang telah diprogram sebelumnya untuk font-font ini.
Pengaturan mesin CNC dan orientasi komponen
Diagram skematik bagian yang membutuhkan beberapa pengaturan.
Akses pahat merupakan salah satu keterbatasan desain utama dalam permesinan CNC. Untuk menjangkau semua permukaan model, benda kerja harus diputar beberapa kali.
Setiap kali benda kerja diputar, mesin harus dikalibrasi ulang dan sistem koordinat baru harus ditentukan.
Saat mendesain, penting untuk mempertimbangkan konfigurasi mesin karena dua alasan:
Jumlah total pengaturan mesin memengaruhi biaya. Memutar dan menyelaraskan kembali bagian tersebut membutuhkan pekerjaan manual dan meningkatkan total waktu pemesinan. Hal ini seringkali dapat diterima jika bagian tersebut perlu diputar hingga tiga atau empat kali, tetapi apa pun di atas batas ini adalah berlebihan.
Untuk mencapai akurasi posisi relatif maksimum, dua fitur harus dikerjakan dalam pengaturan yang sama. Hal ini karena langkah kalibrasi baru memperkenalkan kesalahan kecil (tetapi tidak dapat diabaikan).
Apa itu permesinan CNC 5-sumbu?
Mesin CNC 5 sumbu menggerakkan alat potong atau komponen di sepanjang lima sumbu secara bersamaan. Mesin CNC multi-sumbu dapat memproduksi komponen dengan geometri kompleks, karena menawarkan dua sumbu rotasi tambahan. Mesin-mesin ini menghilangkan kebutuhan akan beberapa pengaturan mesin.
Apa saja kelebihan dan keterbatasan dari permesinan CNC 5 sumbu?
Pemesinan CNC lima sumbu memungkinkan pahat untuk tetap selalu bersinggungan dengan permukaan pemotongan. Jalur pahat dapat lebih rumit dan efisien, menghasilkan komponen dengan hasil akhir permukaan yang lebih baik dan waktu pemesinan yang lebih singkat.
Meskipun demikian, CNC 5 sumbu memiliki keterbatasan. Geometri alat dasar dan keterbatasan akses alat masih berlaku (misalnya, bagian dengan geometri internal tidak dapat dikerjakan). Selain itu, biaya penggunaan sistem tersebut lebih tinggi.
pemotongan bawah pada mesin CNC
Undercut adalah fitur yang tidak dapat dikerjakan menggunakan alat potong standar, karena beberapa permukaannya tidak dapat diakses langsung dari atas.
Terdapat dua jenis utama undercut: alur T dan alur ekor burung (dovetail). Undercut dapat berupa satu sisi atau dua sisi dan dikerjakan menggunakan alat khusus.
Alat potong alur T terbuat dari mata pisau pemotong horizontal yang terpasang pada poros vertikal. Lebar potongan bawah dapat bervariasi antara 3 mm dan 40 mm. Kami merekomendasikan penggunaan ukuran standar untuk lebarnya (yaitu kelipatan milimeter penuh atau pecahan inci standar), karena kemungkinan besar alat yang sesuai sudah tersedia.
Untuk alat potong ekor burung (dovetail), sudut merupakan ukuran fitur yang menentukan. Alat potong ekor burung dengan sudut 45 derajat dan 60 derajat dianggap standar. Alat dengan sudut 5 derajat, 10 derajat, dan hingga 120 derajat (dengan kelipatan 10 derajat) juga ada, tetapi kurang umum digunakan.
Slot T (kiri), undercut ekor merpati (tengah), dan undercut satu sisi pada dinding bagian dalam (kanan).
Desain undercut untuk permesinan CNC
Saat mendesain komponen dengan lekukan pada dinding bagian dalam, ingatlah untuk menambahkan jarak bebas yang cukup untuk alat. Aturan praktis yang baik adalah menambahkan ruang setidaknya empat kali kedalaman lekukan antara dinding yang dikerjakan dan dinding bagian dalam lainnya.
Untuk perkakas standar, rasio tipikal antara diameter pemotongan dan diameter poros adalah 2:1, sehingga membatasi kedalaman pemotongan. Ketika diperlukan pemotongan bawah (undercut) yang tidak standar, praktik umum di bengkel mesin adalah membuat sendiri perkakas pemotongan bawah khusus mereka. Hal ini dapat menambah waktu tunggu dan biaya, jadi sebaiknya dihindari jika memungkinkan.
Membuat gambar teknik
Gambar teknik terkadang digunakan oleh para insinyur untuk mengkomunikasikan persyaratan manufaktur spesifik kepada operator mesin.
Unggah gambar teknik bersama dengan penawaran Anda.
Kami biasanya tidak memerlukan gambar teknik untuk pesanan di platform kami, tetapi dalam beberapa kasus, gambar teknik dapat memberikan konteks yang berharga untuk permintaan penawaran. Spesifikasi desain tertentu tidak dapat disertakan dalam file STEP atau IGES. Misalnya, Anda harus menyertakan gambar teknik 2D jika model Anda mencakup lubang atau poros berulir dan/atau dimensi dengan toleransi yang lebih ketat daripada grade 2768 yang dipilih.
Jika Anda menambahkan gambar teknik, pastikan gambar tersebut sesuai dengan spesifikasi file yang diunggah. Jika gambar teknik tidak sesuai dengan file yang diunggah atau spesifikasi penawaran:
Spesifikasi penawaran dianggap sebagai titik acuan untuk teknologi, material, dan hasil akhir permukaan.
Gambar teknik dianggap sebagai acuan utama untuk spesifikasi ulir, spesifikasi toleransi, detail penyelesaian permukaan, permintaan penandaan bagian, dan spesifikasi perlakuan panas.
Berkas CAD dianggap sebagai titik acuan untuk desain bagian, geometri, dimensi, dan lokasi fitur.
Apa saja praktik terbaik untuk pemesinan CNC?
Rancanglah komponen yang dapat dikerjakan dengan menggunakan alat dengan diameter sebesar mungkin.
Tambahkan fillet besar (setidaknya ⅓ kali kedalaman rongga) ke semua sudut vertikal bagian dalam.
Batasi kedalaman rongga hingga 4 kali lebarnya.
Sejajarkan fitur utama desain Anda dengan salah satu dari enam arah utama. Jika itu tidak memungkinkan, pemesinan CNC 5 sumbu adalah pilihan yang tersedia.
Lampirkan gambar teknik bersama gambar Anda jika desain Anda mencakup ulir, toleransi, spesifikasi penyelesaian permukaan, atau catatan lain untuk operator mesin.
Apakah Anda memiliki komponen yang perlu diproses menggunakan mesin CNC? Silakan hubungi tim Gazfull kami.