Kā projektēt detaļas CNC apstrādei
Šajā pilnīgajā CNC apstrādes projektēšanas rokasgrāmatā esam apkopojuši pamata un padziļinātas projektēšanas prakses un padomus, kas palīdzēs jums sasniegt labākos rezultātus jūsu pielāgotajām detaļām.
Ir dažas vienkāršas darbības, ko varat veikt, lai optimizētu savus dizainus datora ciparu vadības (CNC) apstrādei. Ievērojot projektēšanas ražošanai (DFM) noteikumus, varat labāk izmantot CNC apstrādes plašās iespējas. Tomēr tas var būt sarežģīti, jo nav nozarei specifisku standartu.
Šajā rakstā mēs piedāvājam visaptverošu ceļvedi par labāko CNC apstrādes projektēšanas praksi. Lai apkopotu šo plašo un aktuālo informāciju, mēs lūdzām atsauksmes nozares ekspertiem un CNC apstrādes pakalpojumu sniedzējiem. Ja jūs optimizējat izmaksas, iepazīstieties ar šo ceļvedi par rentablu detaļu projektēšanu CNC.
Kāds ir CNC apstrādes process?
CNC apstrāde ir subtraktīva ražošanas tehnoloģija. CNC procesā materiāls tiek noņemts no cieta bloka, izmantojot dažādus griezējinstrumentus, kas rotē ar lielu ātrumu — tūkstošiem apgr./min —, lai izgatavotu detaļu, kuras pamatā ir CAD modelis. Gan metālus, gan plastmasu var apstrādāt ar CNC.
Ar CNC apstrādātām detaļām ir augsta izmēru precizitāte un stingras pielaides. CNC ir piemērota gan liela apjoma ražošanai, gan vienreizējiem darbiem. Faktiski CNC apstrāde pašlaik ir visrentablākais metāla prototipu ražošanas veids, pat salīdzinot ar 3D drukāšanu.
Kādi ir galvenie CNC dizaina ierobežojumi?
CNC piedāvā lielu dizaina elastību, taču pastāv daži ierobežojumi. Šie ierobežojumi attiecas uz griešanas procesa pamatmehāniku un galvenokārt skar instrumentu ģeometriju un piekļuvi tiem.
Instrumenta ģeometrija
Visizplatītākajiem CNC griezējinstrumentiem (frēzēm un urbjiem) ir cilindriska forma un ierobežots griešanas garums.
No sagataves noņemot materiālu, instrumenta ģeometrija tiek pārnesta uz apstrādāto detaļu. Tas nozīmē, piemēram, ka CNC detaļas iekšējiem stūriem vienmēr ir rādiuss neatkarīgi no tā, cik mazs griezējinstruments tika izmantots.
Piekļuve instrumentam
Lai noņemtu materiālu, griezējinstruments pieiet sagatavei tieši no augšas. Detaļas, kurām nevar piekļūt šādā veidā, nevar apstrādāt ar CNC.
Šim noteikumam ir izņēmums: apakšžokļi. Šī raksta beigās ir sadaļa par apakšžokļiem.
Iesakām visus modeļa elementus (caurumus, dobumus, vertikālās sienas utt.) pielāgot vienam no sešiem galvenajiem virzieniem. Tomēr uztveriet šo noteikumu kā ieteikumu, nevis ierobežojumu, jo 5 asu CNC sistēmas piedāvā uzlabotas sagataves noturēšanas iespējas.
Instrumentu pieejamība ir problēma arī apstrādājot elementus ar lielu dziļuma un platuma attiecību. Piemēram, lai sasniegtu dziļas dobuma dibenu, ir nepieciešami instrumenti ar paplašinātu sniedzamību. Tas nozīmē plašāku kustības diapazonu gala efektoram, kas palielina mašīnas vibrāciju un samazina sasniedzamo precizitāti.
Ražošana vienkāršosies, ja projektēsiet detaļas, kuras var apstrādāt ar CNC, izmantojot instrumentu ar vislielāko iespējamo diametru un visīsāko iespējamo garumu.
CNC projektēšanas vadlīnijas
Bieži sastopama problēma, projektējot CNC apstrādes detaļas, ir tāda, ka nepastāv nozarei specifiski standarti. CNC mašīnu un instrumentu ražotāji nepārtraukti uzlabo tehnoloģijas iespējas, paplašinot iespēju robežas. Zemāk esošajā tabulā ir apkopotas ieteicamās un iespējamās vērtības visbiežāk sastopamajām CNC apstrādāto detaļu īpašībām.
Dobumi un kabatas
Ieteicamais dobuma dziļums: 4 reizes lielāks par dobuma platumu
Gala frēzēm ir ierobežots griešanas garums (parasti 3–4 reizes lielāks par to diametru). Instrumenta novirze, skaidu evakuācija un vibrācijas kļūst izteiktākas, ja dobumu dziļuma un platuma attiecība ir mazāka.
Labus rezultātus nodrošina dobuma dziļuma ierobežošana līdz četrām reizēm par tā platumu.
Ja nepieciešams lielāks dziļums, apsveriet iespēju projektēt detaļas ar mainīgu dobuma dziļumu.
Dziļo dobumu frēzēšana: Par dziļām dobumiem tiek uzskatītas dobuma frēzēšanas vietas, kuru dziļums ir vairāk nekā sešas reizes lielāks par instrumenta diametru. Izmantojot specializētus instrumentus, ir iespējama instrumenta diametra un dobuma dziļuma attiecība līdz 30:1 (maksimālais dziļums: 35 cm ar 1 collas diametra gala frēzēšanas instrumentu).
Dobumi un kabatas
Vertikālais stūra rādiuss
Ieteicams: ⅓ reizes lielāks par dobuma dziļumu (vai lielāks)
Izmantojot ieteicamo iekšējo stūru rādiusu vērtību, tiek nodrošināts, ka var izmantot piemērota diametra instrumentu un tas atbilst ieteicamā dobuma dziļuma vadlīnijām.
Palielinot stūru rādiusus nedaudz virs ieteicamās vērtības (piemēram, par 1 mm), instruments var griezt pa apļveida trajektoriju, nevis 90 grādu leņķī. Tas ir vēlams, jo nodrošina augstākas kvalitātes virsmas apdari. Ja nepieciešami asi 90 grādu iekšējie stūri, apsveriet iespēju pievienot T veida apakšgriezumu, nevis samazināt stūru rādiusu.
Grīdas rādiuss
Ieteicams: 0.5 mm, 1 mm vai bez rādiusa
Iespējami: jebkurš rādiuss
Gala frēzēm ir plakana vai nedaudz noapaļota apakšējā griezējmala. Citus pamatnes rādiusus var apstrādāt, izmantojot lodveida galu instrumentus. Laba projektēšanas prakse ir izmantot ieteicamās vērtības, jo tās dod priekšroku mehāniķiem.
Plānas sienas
Minimālais sienas biezums
Ieteicams: 0.8 mm (metāliem), 1.5 mm (plastmasām)
Iespējamais: 0.5 mm (metāli), 1.0 mm (plastmasa)
Sienas biezuma samazināšana samazina materiāla stingrību, kas palielina vibrācijas apstrādes laikā un pazemina sasniedzamo precizitāti. Plastmasas ir pakļautas deformācijai (atlikušo spriegumu dēļ) un mīkstināšanai (temperatūras paaugstināšanās dēļ), tāpēc ieteicams lielāks minimālais sienas biezums. Iepriekš minētās iespējamās vērtības jāpārbauda katrā gadījumā atsevišķi.
Caurumi
diametrs
Ieteicams: standarta urbis
Iespējams: jebkurš diametrs, kas lielāks par 1 mm
Caurumus apstrādā, izmantojot urbi vai gala frēzi. Urbju uzgaļu izmēri ir standartizēti (metriskajās un imperiālajās mērvienībās). Urbšanas iekārtas un urbšanas instrumenti tiek izmantoti, lai apstrādātu caurumus, kuriem nepieciešamas stingras pielaides. Augstas precizitātes caurumiem ar diametru, kas mazāks par 20 mm, ieteicams izmantot standarta diametru.
Maksimālais dziļums
Ieteicams: 4 reizes lielāks par nominālo diametru
Tipiski: 10 reizes lielāks par nominālo diametru
Iespējami: 40 reizes lielāks par nominālo diametru
Urbumi ar nestandarta diametru jāapstrādā ar gala frēzi. Šajā gadījumā ir spēkā maksimālā dobuma dziļuma ierobežojumi un jāizmanto ieteicamā maksimālā dziļuma vērtība. Urbumi, kas dziļāki par tipisko vērtību, tiek apstrādāti, izmantojot specializētus urbjus (ar minimālo diametru 3 mm). Ar urbi apstrādātiem slēptiem caurumiem ir koniska pamatne (135 grādu leņķis), savukārt ar gala frēzi apstrādāti caurumi ir plakani.
CNC apstrādē nav īpašas priekšrocības starp caurumiem un aklajiem caurumiem.
Pavedieni
Vītnes izmērs
minimālā: M1 (un dažos gadījumos zemāks)
Ieteicams: M6 vai lielāks
Vītnes griež ar krāniem, bet ārējās vītnes — ar griezējinstrumentiem. Krānus un griezējinstrumentus var izmantot, lai grieztu vītnes līdz M2 izmēram. CNC vītņgriešanas instrumenti ir izplatīti un mehāniķu iecienīti, jo tie ierobežo krāna lūzuma risku. CNC vītņgriešanas instrumentus var izmantot, lai grieztu vītnes līdz M6 izmēram.
Vītnes garums
minimālā: 1.5 reizes lielāks par nominālo diametru
Ieteicams: 3 reizes lielāks par nominālo diametru
Lielāko daļu slodzes, kas tiek pielikta vītnei, uzņemas daži pirmie zobi (līdz 1.5 reizēm par nominālo diametru). Tādēļ vītnes, kas garākas par 3 reizēm par nominālo diametru, nav nepieciešamas.
Vītnēm aklās urbumos, kas izgrieztas ar krāniem (t. i., visām vītnēm, kas ir mazākas par M6), jāpievieno nevītņots garums, kas vienāds ar 1.5 reizēm no nominālā diametra urbuma apakšā. Ja var izmantot CNC vītņgriešanas instrumentu (t. i., vītnēm, kas ir lielākas par M6), urbumu var vītņot visā tā garumā.
Mazas funkcijas
Minimālais cauruma diametrs
Ieteicams: 2.5 mm (0.1 collas.")
Iespējami: 0.05 mm (0.005 collas.")
Lielākā daļa mehānisko darbnīcu var precīzi apstrādāt dobumus un caurumus, izmantojot instrumentus, kuru diametrs ir līdz 2.5 mm (0.1 collai). Jebkas, kas ir mazāks par šo robežu, tiek uzskatīts par mikroapstrādi. Šādu elementu apstrādei ir nepieciešami speciāli instrumenti (mikrourbji) un ekspertu zināšanas, jo griešanas procesa fizika mainās līdz ar šo mērogu. Tāpēc ieteicams no tiem izvairīties, ja vien tas nav absolūti nepieciešams.
Pielaides
Tipiski: +-0.1 mm
Iespējami: +-0.02 mm
Mūsu pielaides ir vai nu 2768 vidēja, vai smalka. Ja pielaides nav norādītas, ražošanas partneri izmantos izvēlēto 2768 klasi.
Pielaides nosaka pieņemamā izmēra robežas. Sasniedzamās pielaides atšķiras atkarībā no pamatizmēra un detaļas ģeometrijas. Iepriekš minētās vērtības ir saprātīgas vadlīnijas.
Teksts un burti
Ieteicams: fonta lielums 20 (vai lielāks), iegravējums 5 mm
Iegravēts teksts ir vēlamāks par reljefu tekstu, jo tiek noņemts mazāk materiāla. Ieteicams izmantot vismaz -20 sans-serif fontu (piemēram, Arial vai Verdana). Daudzām CNC iekārtām ir iepriekš ieprogrammētas rutīnas šiem fontiem.
CNC iekārtu iestatījumi un detaļu orientācija
Detaļas shēma, kurai nepieciešami vairāki iestatījumi
Piekļuve instrumentiem ir viens no galvenajiem CNC apstrādes projektēšanas ierobežojumiem. Lai aizsniegtu visas modeļa virsmas, sagatave ir jāpagriež vairākas reizes.
Ikreiz, kad sagatave tiek pagriezta, iekārta ir jāpārkalibrē un jādefinē jauna koordinātu sistēma.
Projektējot, ir svarīgi ņemt vērā mašīnas iestatījumus divu iemeslu dēļ:
Kopējais iekārtu iestatījumu skaits ietekmē izmaksas. Detaļas pagriešana un atkārtota izlīdzināšana prasa manuālu darbu un palielina kopējo apstrādes laiku. Tas bieži vien ir pieņemami, ja detaļa ir jāpagriež līdz pat trim vai četrām reizēm, taču jebkas, kas pārsniedz šo robežu, ir pārmērīgs.
Lai sasniegtu maksimālu relatīvo pozicionālo precizitāti, vienā iestatījumā ir jāapstrādā divi elementi. Tas ir tāpēc, ka jaunais kalibrēšanas solis rada nelielu (bet ne maznozīmīgu) kļūdu.
Kas ir 5 asu CNC apstrāde?
Piecu asu CNC iekārta pārvieto griezējinstrumentus vai detaļas pa piecām asīm vienlaikus. Daudzasu CNC iekārtas var ražot detaļas ar sarežģītu ģeometriju, jo tās piedāvā divas papildu rotācijas asis. Šīs iekārtas novērš nepieciešamību pēc vairākām iekārtu iestatījumiem.
Kādas ir 5 asu CNC apstrādes priekšrocības un ierobežojumi?
Piecu asu CNC apstrāde ļauj instrumentam pastāvīgi palikt tangenciālam griešanas virsmai. Instrumenta trajektorijas var būt sarežģītākas un efektīvākas, kā rezultātā detaļas iegūst labāku virsmas apdari un īsāku apstrādes laiku.
Tomēr 5 asu CNC ir savi ierobežojumi. Joprojām ir spēkā pamata instrumentu ģeometrijas un piekļuves ierobežojumi (piemēram, detaļas ar iekšējo ģeometriju nevar apstrādāt). Turklāt šādu sistēmu izmantošanas izmaksas ir augstākas.
CNC apstrādes apakšgriezumi
Apakšgriezumi ir elementi, kurus nevar apstrādāt, izmantojot standarta griezējinstrumentus, jo dažas no to virsmām nav pieejamas tieši no augšas.
Ir divi galvenie apakšgriezumu veidi: T veida rievas un bezdelīgastes. Apakšgriezumi var būt vienpusēji vai divpusēji, un tos apstrādā, izmantojot īpašus instrumentus.
T veida rievu griezējinstrumenti ir izgatavoti no horizontāla griezējnaža, kas piestiprināts pie vertikālas vārpstas. Apakšgriezuma platums var svārstīties no 3 mm līdz 40 mm. Iesakām izmantot standarta izmērus platumam (t. i., vesela milimetra soli vai standarta collu daļas), jo, visticamāk, jau ir pieejams atbilstošs instruments.
Belastes astes griezējinstrumentiem leņķis ir noteicošais raksturlielums. Gan 45, gan 60 grādu bezastes astes instrumenti tiek uzskatīti par standarta instrumentiem. Ir arī instrumenti ar 5, 10 un līdz 120 grādu leņķi (ar 10 grādu soli), taču tie tiek izmantoti retāk.
T veida rieva (pa kreisi), bezdelīgastes savienojuma apakšgriezums (vidū) un vienpusējs apakšgriezums uz iekšējās sienas (pa labi).
Zemgriezuma dizains CNC apstrādei
Projektējot detaļas ar iegriezumiem uz iekšējām sienām, atcerieties pievienot pietiekamu atstarpi instrumentam. Labs īkšķa noteikums ir pievienot atstarpi, kas vienāda ar vismaz četras reizes lielāku iegriezuma dziļumu starp apstrādāto sienu un jebkuru citu iekšējo sienu.
Standarta instrumentiem tipiskā griešanas diametra un vārpstas diametra attiecība ir 2:1, tādējādi ierobežojot griešanas dziļumu. Ja nepieciešama nestandarta apakšgriešana, mehāniskajās darbnīcās ir ierasta prakse ražot savus pielāgotus apakšgriešanas instrumentus. Tas var palielināt izpildes laiku un izmaksas, tāpēc, ja iespējams, no tā jāizvairās.
Tehniskā rasējuma izstrāde
Inženieri dažreiz izmanto tehniskos rasējumus, lai paziņotu mehāniķim īpašas ražošanas prasības.
Tehniskā rasējuma augšupielāde ar jūsu piedāvājumu
Mūsu platformā pasūtījumiem parasti nav nepieciešams tehniskais rasējums, taču dažos gadījumos tie var sniegt vērtīgu kontekstu piedāvājuma pieprasījumam. Noteiktas konstrukcijas specifikācijas nevar iekļaut STEP vai IGES failā. Piemēram, jums būs jāiekļauj 2D tehniskais rasējums, ja jūsu modelī ir vītņoti caurumi vai vārpstas un/vai izmēri ar pielaidēm, kas ir stingrākas par atlasīto 2768 marku.
Ja pievienojat tehnisko rasējumu, lūdzu, pārliecinieties, vai tas atbilst augšupielādēto failu specifikācijām. Ja tehniskie rasējumi neatbilst augšupielādētajiem failiem vai piedāvājuma specifikācijām:
Piedāvājuma specifikācijas tiek uzskatītas par atsauces punktu tehnoloģijai, materiālam un virsmas apdarei.
Tehniskie rasējumi tiek uzskatīti par atskaites punktu vītņu specifikācijām, pielaides specifikācijām, virsmas apdares detaļām, detaļu marķēšanas pieprasījumiem un termiskās apstrādes specifikācijām.
CAD fails tiek uzskatīts par atskaites punktu detaļas projektēšanai, ģeometrijai, izmēriem un elementu atrašanās vietām.
Kādas ir labākās CNC apstrādes prakses?
Projektējiet detaļas, kuras var apstrādāt, izmantojot instrumentu ar pēc iespējas lielāku diametru.
Visiem iekšējiem vertikālajiem stūriem pievienojiet lielās noapaļotās malas (vismaz ⅓ reizes lielākas par dobuma dziļumu).
Ierobežojiet dobumu dziļumu līdz 4 reizēm par to platumu.
Saskaņojiet sava dizaina galvenās iezīmes ar vienu no sešiem galvenajiem virzieniem. Ja tas nav iespējams, var izmantot 5 asu CNC apstrādi.
Iesniedziet tehnisko rasējumu kopā ar savu rasējumu, ja jūsu projektā ir iekļautas vītnes, pielaides, virsmas apdares specifikācijas vai citas piezīmes mašīnas operatoram.
Vai jums ir nepieciešamas CNC apstrādes detaļas? Lūdzu, sazinieties ar mūsu Gazfull komandu.