כיצד לתכנן חלקים לעיבוד שבבי CNC
במדריך המלא הזה לתכנון עבור עיבוד שבבי CNC, ריכזנו עבורכם שיטות וטיפים בסיסיים ומתקדמות לתכנון שיעזרו לכם להשיג את התוצאות הטובות ביותר עבור החלקים המותאמים אישית שלכם.
ישנם כמה צעדים פשוטים שתוכלו לנקוט כדי לייעל את העיצובים שלכם עבור עיבוד שבבי באמצעות בקרה נומרית ממוחשבת (CNC). על ידי ביצוע כללי תכנון לייצור (DFM), תוכלו להפיק יותר מהיכולות הרחבות של עיבוד שבבי CNC. עם זאת, זה יכול להיות מאתגר, מכיוון שאין סטנדרטים ספציפיים לתעשייה.
במאמר זה, אנו מציעים מדריך מקיף לשיטות התכנון הטובות ביותר לעיבוד שבבי CNC. כדי לאסוף מידע עדכני ומקיף זה, ביקשנו משוב ממומחים בתעשייה ומספקי שירותי עיבוד שבבי CNC. אם אתם מבצעים אופטימיזציה מבחינת עלויות, עיינו במדריך זה לתכנון חלקים חסכוניים עבור CNC.
מהו תהליך עיבוד שבבי CNC?
עיבוד שבבי CNC היא טכנולוגיית ייצור חיסורית. ב-CNC, חומר מוסר מגוש מוצק באמצעות מגוון כלי חיתוך המסתובבים במהירות גבוהה - אלפי סל"ד - כדי לייצר חלק המבוסס על מודל CAD. ניתן לעבד גם מתכות וגם פלסטיק באמצעות CNC.
לחלקים המעובדים במכונה CNC יש דיוק מימדי גבוה וסבולות צפופות. עיבוד שבבי CNC מתאים הן לייצור בנפח גבוה והן למשימות חד פעמיות. למעשה, עיבוד שבבי CNC הוא כיום הדרך היעילה ביותר מבחינת עלות לייצור אבות טיפוס ממתכת, אפילו בהשוואה להדפסה תלת מימדית.
מהן המגבלות העיקריות של תכנון CNC?
CNC מציע גמישות עיצובית רבה, אך ישנן מספר מגבלות. מגבלות אלו קשורות למכניקה הבסיסית של תהליך החיתוך ונוגעות בעיקר לגיאומטריית הכלים ולגישה לכלי.
גאומטריית כלי
לרוב כלי החיתוך הנפוצים של CNC (כלי כרסום קצה ומקדחות) יש צורה גלילית ואורך חיתוך מוגבל.
כאשר חומר מוסר מחומר העבודה, הגיאומטריה של הכלי מועברת לחלק המעובד. משמעות הדבר היא, למשל, שלפינות הפנימיות של חלק CNC תמיד יש רדיוס, לא משנה כמה קטן כלי החיתוך בו נעשה שימוש.
גישה לכלי עבודה
כדי להסיר חומר, כלי החיתוך ניגש לחומר העבודה ישירות מלמעלה. מאפיינים שלא ניתן לגשת אליהם בדרך זו אינם ניתנים לעיבוד באמצעות CNC.
יש יוצא מן הכלל לכלל הזה: חיתוכים אנדר-קאט. ישנו פרק בנושא חיתוכים אנדר-קאט לקראת סוף המאמר הזה.
אנו ממליצים ליישר את כל מאפייני המודל שלכם (חורים, חללים, קירות אנכיים וכו') לאחד מששת הכיוונים העיקריים. עם זאת, ראו בכלל זה המלצה ולא הגבלה, שכן מערכות CNC בעלות 5 צירים מציעות יכולות מתקדמות של החזקת חומר עבודה.
גישה לכלי עבודה מהווה גם בעיה בעת עיבוד שבבי עם יחס עומק-רוחב גדול. כדי להגיע לתחתית של חלל עמוק, לדוגמה, נדרשים כלים עם טווח הגעה מורחב. משמעות הדבר היא טווח תנועה רחב יותר עבור האפקטור הקצה, מה שמגביר את רעידות המכונה ומוריד את הדיוק שניתן להשיג.
זה יפשט את הייצור אם תתכננו חלקים שניתן לעבד במכונה CNC עם הכלי בעל הקוטר הגדול ביותר האפשרי והאורך הקצר ביותר האפשרי.
הנחיות לתכנון CNC
אתגר שעולה לעתים קרובות בעת תכנון חלק לעיבוד שבבי CNC הוא שאין סטנדרטים ספציפיים לתעשייה. יצרני מכונות וכלים CNC משפרים ללא הרף את יכולות הטכנולוגיה, ומרחיבים את גבולות האפשר. הטבלה שלהלן מסכמת ערכים מומלצים וישימים עבור התכונות הנפוצות ביותר הנפוצות בחלקים המעובדים ב-CNC.
חללים וכיסים
עומק חלל מומלץ: פי 4 מרוחב החלל
לכלי כרסום קצה יש אורך חיתוך מוגבל (בדרך כלל פי 3-4 מקוטרם). סטיית הכלי, פינוי שבבים ורעידות הופכות בולטות יותר כאשר לחללים יש יחס עומק-רוחב קטן יותר.
הגבלת עומק החלל לארבעה פעמים רוחבו מבטיחה תוצאות טובות.
אם נדרשים עומקים גדולים יותר, שקלו לתכנן חלקים עם עומק חלל משתנה.
כרסום חללים עמוקים: חללים בעלי עומק גדול מפי שישה מקוטר הכלי נחשבים עמוקים. יחס קוטר כלי לעומק חלל של עד 30:1 אפשרי באמצעות כלים מיוחדים (עומק מרבי: 35 ס"מ עם כלי כרסום קצה בקוטר 1 אינץ').
חללים וכיסים
רדיוס פינה אנכי
מומלץ: פי ⅓ מעומק החלל (או גדול יותר)
שימוש בערך המומלץ עבור רדיוסי פינות פנימיים מבטיח שניתן להשתמש בכלי בקוטר מתאים ושהוא מתיישר עם ההנחיות לעומק החלל המומלץ.
הגדלת רדיוס הפינות מעט מעל הערך המומלץ (למשל, ב-1 מ"מ), מאפשרת לכלי לחתוך במסלול מעגלי במקום בזווית של 90 מעלות. זה עדיף מכיוון שזה מביא לגימור משטח באיכות גבוהה יותר. אם נדרשות פינות פנימיות חדות של 90 מעלות, שקלו להוסיף חיתוך תחתון בצורת T במקום להקטין את רדיוס הפינות.
רדיוס הרצפה
מומלץ: רדיוס של 0.5 מ"מ, 1 מ"מ או ללא רדיוס
אפשרי: כל רדיוס
לכלי כרסום קצה יש קצה חיתוך תחתון שטוח או מעוגל מעט. ניתן לעבד רדיוסי רצפה אחרים באמצעות כלי קצה כדוריים. זהו נוהג תכנון טוב להשתמש בערכים המומלצים, מכיוון שהם מועדפים על ידי המכונאים.
קירות דקים
עובי דופן מינימלי
מומלץ: 0.8 מ"מ (מתכות), 1.5 מ"מ (פלסטיק)
אפשרי: 0.5 מ"מ (מתכות), 1.0 מ"מ (פלסטיק)
הקטנת עובי הדופן מפחיתה את קשיחות החומר, מה שמגביר את הרעידות במהלך העיבוד ומפחית את הדיוק שניתן להשיג. פלסטיק נוטה להתעקם (עקב מאמצים שיוריים) ולהתרכך (עקב עליית הטמפרטורה), לכן מומלץ עובי דופן מינימלי גדול יותר. יש לבחון את הערכים האפשריים המפורטים לעיל על בסיס כל מקרה לגופו.
חורים
קוֹטֶר
מומלץ: מקדח סטנדרטי
אפשרי: כל קוטר גדול מ-1 מ"מ
חורים מעובדים באמצעות מקדח או כלי כרסם קצה. גודל המקדחים הוא סטנדרטי (ביחידות מטריות ואימפריאליות). מקדחים וכלי קידוח משמשים לגימור חורים הדורשים סבולות צפופות. עבור חורים בעלי דיוק גבוה בקוטר קטן מ-20 מ"מ, מומלץ להשתמש בקוטר סטנדרטי.
עומק מרבי
מומלץ: פי 4 מקוטר נומינלי
אופייני: פי 10 מקוטר נומינלי
אפשרי: פי 40 מקוטר נומינלי
חורים בקוטר לא סטנדרטי חייבים להיות מעובדים באמצעות כלי כרסום קצה. במקרה זה, חלים מגבלות עומק החלל המרבי ויש להשתמש בערך העומק המרבי המומלץ. חורים עמוקים יותר מהערך הטיפוסי מעובדים באמצעות מקדחים ייעודיים (בקוטר מינימלי של 3 מ"מ). חורים עיוורים המעובדים באמצעות מקדחה הם בעלי רצפה חרוטית (זווית של 135 מעלות), בעוד שחורים המעובדים באמצעות כלי כרסום קצה הם שטוחים.
אין העדפה מיוחדת בין חורים עוברים לחורים עיוורים בעיבוד שבבי CNC.
האשכולות
גודל האשכול
מינימום: M1 (ומטה, במקרים מסוימים)
מומלץ: M6 או גדול יותר
הברגות נחתכות באמצעות הברגות והברגות חיצוניות באמצעות שבלונות. ניתן להשתמש בברזים ובשבלונות כדי לחיתוך הברגות עד לרמה של M2. כלי הברגה CNC נפוצים ועדיפים על ידי מכונאים, מכיוון שהם מגבילים את הסיכון לשבירת הברגות. ניתן להשתמש בכלי הברגה CNC כדי לחיתוך הברגות עד לרמה של M6.
אורך חוט
מינימום: פי 1.5 מקוטר נומינלי
מומלץ: פי 3 מקוטר נומינלי
רוב העומס המופעל על הברגה נלקח על ידי השיניים הראשונות המעטות (עד פי 1.5 מהקוטר הנומינלי). לכן, הברגות ארוכות מפי 3 מהקוטר הנומינלי אינן נחוצות.
עבור הברגות בחורים עיוורים שנחתכו באמצעות הברגות (כלומר, כל ההברגות קטנות מ-M6), הוסיפו אורך ללא הברגה השווה ל-1.5 פעמים הקוטר הנומינלי בתחתית החור. כאשר ניתן להשתמש בכלי הברגה CNC (כלומר, הברגות גדולות מ-M6), ניתן להשחיל את החור לכל אורכו.
תכונות קטנות
קוטר חור מינימלי
מומלץ: 2.5 מ"מ (0.1 אינץ').
אפשרי: 0.05 מ"מ (0.005 אינץ').
רוב בתי מלאכה יכולים לעבד במדויק חללים וחורים באמצעות כלים בקוטר של עד 2.5 מ"מ (0.1 אינץ'). כל דבר מתחת למגבלה זו נחשב למיקרו-עיבוד שבבי. נדרשים כלים מיוחדים (מיקרו-מקדחות) וידע מומחה לעיבוד מאפיינים כאלה מכיוון שהפיזיקה של תהליך החיתוך משתנה עם קנה המידה הזה. אלא אם כן הדבר הכרחי לחלוטין, ההמלצה היא להימנע מהם.
סובלנות
אופייני: +-0.1 מ"מ
אפשרי: +-0.02 מ"מ
הסבולות שלנו הן 2768 בינוני או עדין. אם לא צוינו סבולות, שותפי הייצור ישתמשו בדרגת 2768 שנבחרה.
סבולות מגדירות את הגבולות למידות מקובלות. הסבולות הניתנות להשגה משתנות בהתאם למידת הבסיס ולגיאומטריה של החלק. הערכים לעיל הם קווים מנחים סבירים.
טקסט וכתיבה
מומלץ: גודל גופן 20 (או גדול יותר), חריטה 5 מ"מ
טקסט חרוט עדיף על טקסט מובלט, מכיוון שמסירים פחות חומר. מומלץ להשתמש בגופן sans-serif בגודל מינימלי של 20- (למשל Arial או Verdana). למכונות CNC רבות יש שגרות מתוכנתות מראש עבור גופנים אלה.
הגדרות מכונות CNC וכיוון חלקים
סכמטיקה של חלק הדורש מספר הגדרות
גישה לכלי עבודה היא אחת ממגבלות התכנון העיקריות בעיבוד שבבי CNC. כדי להגיע לכל משטחי המודל, יש לסובב את חומר העבודה מספר פעמים.
בכל פעם שמסובבים את חומר העבודה, יש לכייל מחדש את המכונה ולהגדיר מערכת קואורדינטות חדשה.
בעת התכנון, חשוב לקחת בחשבון את הגדרות המכונה משתי סיבות:
המספר הכולל של הגדרות המכונה משפיע על העלות. סיבוב ויישור מחדש של החלק דורשים עבודה ידנית ומגדילים את זמן העיבוד הכולל. זה מקובל לעתים קרובות אם יש צורך לסובב את החלק עד שלוש או ארבע פעמים, אך כל דבר מעבר למגבלה זו מוגזם.
כדי להשיג דיוק מיקום יחסי מקסימלי, יש לעבד שני מאפיינים באותו מערך. הסיבה לכך היא ששלב הכיול החדש מציג שגיאה קטנה (אך לא זניחה).
מהו עיבוד שבבי CNC 5 צירים?
מכונת CNC בעלת 5 צירים מזיזה כלי חיתוך או חלקים לאורך חמישה צירים בו זמנית. מכונות CNC מרובות צירים יכולות לייצר חלקים עם גיאומטריות מורכבות, מכיוון שהן מציעות שני צירים סיבוביים נוספים. מכונות אלו מבטלות את הצורך בהקמת מכונה מרובת צירים.
מהם היתרונות והמגבלות של עיבוד שבבי CNC 5 צירים?
עיבוד שבבי CNC בעל חמישה צירים מאפשר לכלי להישאר משיקי באופן קבוע למשטח החיתוך. מסלולי הכלי יכולים להיות מורכבים ויעילים יותר, וכתוצאה מכך חלקים עם גימור פני שטח טוב יותר וזמני עיבוד קצרים יותר.
עם זאת, ל-CNC בעל 5 צירים יש מגבלות. עדיין חלים מגבלות על גיאומטריית הכלים הבסיסית ועל גישה לכלי (לדוגמה, לא ניתן לעבד חלקים בעלי גיאומטריה פנימית). יתר על כן, עלות השימוש במערכות כאלה גבוהה יותר.
חיתוכים תחתיים בעיבוד שבבי CNC
חיתוכים תחתיים הם מאפיינים שלא ניתן לעבד באמצעות כלי חיתוך סטנדרטיים, מכיוון שחלק ממשטחיהם אינם נגישים ישירות מלמעלה.
ישנם שני סוגים עיקריים של חיתוכים תחתיים: חריצי T וחריצי יונה. חיתוכים תחתיים יכולים להיות חד-צדדיים או דו-צדדיים ומעובדים באמצעות כלים מיוחדים.
כלי חיתוך חריץ T עשויים מלהב חיתוך אופקי המחובר לפיר אנכי. רוחב החיתוך החיצוני יכול לנוע בין 3 מ"מ ל-40 מ"מ. אנו ממליצים להשתמש בגדלים סטנדרטיים לרוחב (כלומר, במרווחים של מילימטר שלם או שברים סטנדרטיים של אינץ'), מכיוון שסביר יותר שכלי מתאים כבר זמין.
עבור כלי חיתוך זנב יונה, הזווית היא גודל המאפיין המגדיר. כלי זנב יונה של 45 ו-60 מעלות נחשבים סטנדרטיים. קיימים גם כלים עם זווית של 5, 10 ועד 120 מעלות (במרווחים של 10 מעלות) אך הם פחות נפוצים בשימוש.
חריץ T (משמאל), חיתוך תחתון בצורת זנב יונה (באמצע) וחיתוך תחתון חד-צדדי על קיר פנימי (מימין).
עיצוב חפירה תחתונה לעיבוד שבבי CNC
בעת תכנון חלקים עם חיתוכים תחתיים על קירות פנימיים, זכרו להוסיף מספיק מרווח עבור הכלי. כלל אצבע טוב הוא להוסיף מרווח השווה לפחות פי ארבעה מעומק החיתוך התחתון בין הקיר המעובד לכל קיר פנימי אחר.
עבור כלים סטנדרטיים, היחס הטיפוסי בין קוטר החיתוך לקוטר הציר הוא 2:1, ובכך מגביל את עומק החיתוך. כאשר נדרשת חיתוך לא סטנדרטי, מקובל שבתי מלאכה מייצרים כלי חיתוך מותאמים אישית משלהם. דבר זה יכול להאריך את זמן האספקה והעלות, לכן יש להימנע מכך במידת האפשר.
שרטוט שרטוט טכני
שרטוטים טכניים משמשים לעיתים מהנדסים כדי להעביר דרישות ייצור ספציפיות למכונאי.
העלאת שרטוט טכני עם הצעת המחיר שלך
בדרך כלל איננו דורשים שרטוט טכני עבור הזמנות בפלטפורמה שלנו, אך במקרים מסוימים, הם יכולים להוסיף הקשר חשוב לבקשת הצעת מחיר. מפרטי עיצוב מסוימים לא ניתנים לכלול בקובץ STEP או IGES. לדוגמה, תצטרכו לכלול שרטוט טכני דו-ממדי אם המודל שלכם כולל חורים או פירים עם הברגה ו/או מידות עם סבולות צפופות יותר מדרגת 2768 שנבחרה.
אם אתם מוסיפים שרטוט טכני, אנא ודאו שהוא תואם את המפרט של הקבצים שהועלו. אם השרטוטים הטכניים אינם תואמים את הקבצים שהועלו או את מפרט הצעת המחיר:
מפרט הצעת המחיר נחשב לנקודת התייחסות לטכנולוגיה, לחומר ולגימורי המשטח.
השרטוטים הטכניים נחשבים לנקודת התייחסות למפרטי הברגה, מפרט סבילות, פרטי גימור פני השטח, בקשות לסימון חלקים ומפרטי טיפול בחום.
קובץ ה-CAD נחשב לנקודת התייחסות לתכנון החלק, הגיאומטריה, המידות ומיקומי המאפיינים.
מהן שיטות העבודה המומלצות לעיבוד שבבי CNC?
תכנן חלקים הניתנים לעיבוד באמצעות הכלי בעל הקוטר הגדול ביותר האפשרי.
הוסיפו את הפילטים הגדולים (לפחות פי ⅓ מעומק החלל) לכל הפינות האנכיות הפנימיות.
יש להגביל את עומק החללים ל-4 פעמים רוחבם.
יישרו את המאפיינים העיקריים של העיצוב שלכם עם אחד מששת הכיוונים העיקריים. אם זה לא אפשרי, עיבוד שבבי CNC בעל 5 צירים הוא אופציה.
יש לשלוח שרטוט טכני עם השרטוט אם התכנון כולל הברגות, סבולות, מפרט גימור פני השטח או הערות אחרות למפעיל המכונה.
יש לכם חלקים שאתם צריכים עיבוד CNC? אנא צרו קשר עם צוות Gazfull שלנו.