Cum se proiectează piese pentru prelucrarea CNC
În acest ghid complet pentru proiectarea pentru prelucrarea CNC, am compilat practici și sfaturi de proiectare de bază și avansate pentru a vă ajuta să obțineți cele mai bune rezultate pentru piesele personalizate.
Există câțiva pași simpli pe care îi puteți urma pentru a vă optimiza proiectele pentru prelucrarea cu comandă numerică computerizată (CNC). Urmând regulile de proiectare pentru fabricație (DFM), puteți profita mai mult de capacitățile extinse ale prelucrării CNC. Totuși, acest lucru poate fi dificil, deoarece nu există standarde specifice la nivel de industrie.
În acest articol, oferim un ghid cuprinzător despre cele mai bune practici de proiectare pentru prelucrarea CNC. Pentru a compila aceste informații extinse și actualizate, am solicitat feedback de la experți din industrie și furnizori de servicii de prelucrare CNC. Dacă optimizați costurile, consultați acest ghid pentru proiectarea de piese eficiente din punct de vedere al costurilor pentru CNC.
Ce este procesul de prelucrare CNC?
Prelucrarea CNC este o tehnologie de fabricație subtractivă. În CNC, materialul este îndepărtat dintr-un bloc solid folosind o varietate de scule așchietoare care se rotesc la viteză mare - mii de RPM - pentru a produce o piesă pe baza unui model CAD. Atât metalele, cât și materialele plastice pot fi prelucrate CNC.
Piesele prelucrate CNC au o precizie dimensională ridicată și toleranțe strânse. CNC este potrivit atât pentru producția de volum mare, cât și pentru lucrări unice. De fapt, prelucrarea CNC este în prezent cea mai rentabilă metodă de producere a prototipurilor metalice, chiar și în comparație cu imprimarea 3D.
Care sunt principalele restricții ale proiectării CNC?
CNC oferă o mare flexibilitate de proiectare, dar există câteva restricții. Aceste limitări se referă la mecanica de bază a procesului de așchiere și privesc în principal geometria sculei și accesul la aceasta.
Geometria sculei
Majoritatea sculelor de tăiere CNC obișnuite (freze frontale și burghie) au o formă cilindrică și o lungime de tăiere limitată.
Pe măsură ce materialul este îndepărtat din piesa de prelucrat, geometria sculei este transferată către o piesă prelucrată. Aceasta înseamnă, de exemplu, că colțurile interne ale unei piese CNC au întotdeauna o rază, indiferent cât de mică a fost utilizată scula așchietoare.
Acces la instrumente
Pentru a îndepărta materialul, scula așchietoare se apropie de piesa de prelucrat direct de sus. Caracteristicile care nu pot fi accesate în acest mod nu pot fi prelucrate CNC.
Există o excepție de la această regulă: subcotațiile. Există o secțiune despre subcotații spre sfârșitul acestui articol.
Vă recomandăm să aliniați toate caracteristicile modelului (găuri, cavități, pereți verticali etc.) la una dintre cele șase direcții principale. Totuși, considerați această regulă ca o recomandare și nu ca o restricție, deoarece sistemele CNC pe 5 axe oferă capacități avansate de susținere a pieselor de prelucrat.
Accesul la scule este, de asemenea, o problemă atunci când se prelucrează elemente cu un raport adâncime-lățime mare. Pentru a ajunge la fundul unei cavități adânci, de exemplu, aveți nevoie de scule cu o rază de acțiune extinsă. Aceasta înseamnă o gamă mai largă de mișcare pentru efectorul final, ceea ce crește vibrațiile mașinii și reduce precizia realizabilă.
Producția se va simplifica dacă proiectați piese care pot fi prelucrate CNC cu scula care are cel mai mare diametru posibil și cea mai scurtă lungime posibilă.
Instrucțiuni de proiectare CNC
O provocare care apare frecvent în timpul proiectării unei piese pentru prelucrarea CNC este lipsa unor standarde specifice la nivel de industrie. Producătorii de mașini și scule CNC îmbunătățesc continuu capacitățile tehnologiei, extinzând limitele a ceea ce este posibil. Tabelul de mai jos rezumă valorile recomandate și fezabile pentru cele mai comune caracteristici întâlnite la piesele prelucrate CNC.
Cavități și buzunare
Adâncimea recomandată a cavității: de 4 ori lățimea cavității
Frezele frontale au o lungime de așchiere limitată (de obicei de 3-4 ori diametrul lor). Deformarea sculei, evacuarea așchiilor și vibrațiile devin mai proeminente atunci când cavitățile au un raport adâncime-lățime mai mic.
Limitarea adâncimii cavității la de patru ori lățimea sa asigură rezultate bune.
Dacă sunt necesare adâncimi mai mari, luați în considerare proiectarea pieselor cu o adâncime variabilă a cavității.
Frezarea adâncă a cavităților: Cavitățile cu adâncimi mai mari de șase ori diametrul sculei sunt considerate adânci. Un raport diametru sculei-adâncime a cavității de până la 30:1 este posibil folosind scule specializate (adâncime maximă: 35 cm cu o freză frontală cu diametrul de 1 inch).
Cavități și buzunare
Raza colțului vertical
Recomandat: ⅓ ori adâncimea cavității (sau mai mare)
Utilizarea valorii recomandate pentru razele colțurilor interne asigură utilizarea unei scule cu diametrul adecvat și alinierea cu instrucțiunile pentru adâncimea recomandată a cavității.
Mărirea razelor de colț ușor peste valoarea recomandată (de exemplu, cu 1 mm) permite sculei să taie urmând o traiectorie circulară în loc de un unghi de 90 de grade. Acest lucru este preferat, deoarece are ca rezultat un finisaj al suprafeței de calitate superioară. Dacă sunt necesare colțuri interne ascuțite la 90 de grade, luați în considerare adăugarea unei tăieturi în T în loc să reduceți raza colțului.
Raza podelei
Recomandat: 0.5 mm, 1 mm sau fără rază
Fezabil: orice rază
Frezele frontale au o muchie așchietoare inferioară plană sau ușor rotunjită. Alte raze de bază pot fi prelucrate folosind scule cu capăt sferic. Este o bună practică de proiectare să se utilizeze valorile recomandate, deoarece este preferată de către mecanici.
Pereți subțiri
Grosimea minima a peretelui
Recomandat: 0.8 mm (metale), 1.5 mm (plastice)
Fezabil: 0.5 mm (metale), 1.0 mm (plastice)
Reducerea grosimii peretelui reduce rigiditatea materialului, ceea ce crește vibrațiile în timpul prelucrării și scade precizia realizabilă. Materialele plastice sunt predispuse la deformare (datorită tensiunilor reziduale) și înmuiere (datorită creșterii temperaturii), așadar se recomandă o grosime minimă a peretelui mai mare. Valorile fezabile menționate mai sus trebuie examinate de la caz la caz.
găuri
Diametru
Recomandat: burghiu standard
Fezabil: orice diametru mai mare de 1 mm
Găurile sunt prelucrate fie cu un burghiu, fie cu o freză frontală. Dimensiunea burghielor este standardizată (în unități metrice și imperiale). Alezoarele și sculele de găurit sunt utilizate pentru finisarea găurilor care necesită toleranțe strânse. Pentru găurile de înaltă precizie cu un diametru mai mic de 20 mm, se recomandă utilizarea unui diametru standard.
Adâncimea maximă
Recomandat: de 4 de ori diametrul nominal
Tipic: de 10 de ori diametrul nominal
Fezabil: de 40 de ori diametrul nominal
Găurile cu diametru non-standard trebuie prelucrate cu o freză frontală. În acest caz, se aplică restricțiile privind adâncimea maximă a cavității și trebuie utilizată valoarea maximă recomandată a adâncimii. Găurile mai adânci decât valoarea tipică sunt prelucrate folosind burghie specializate (cu un diametru minim de 3 mm). Găurile înfundate prelucrate cu un burghiu au o bază conică (unghi de 135 de grade), în timp ce găurile prelucrate cu o freză frontală sunt plate.
Nu există o preferință anume între găurile străpunse sau găurile înfundate în prelucrarea CNC.
Fire
Dimensiune de filet
Minim: M1 (și inferior, în unele cazuri)
Recomandat: M6 sau mai mare
Filetele se taie cu tarozi, iar filetele exterioare cu matrițe. Tarozii și matrițele pot fi utilizate pentru a tăia filete până la M2. Sculele de filetare CNC sunt comune și preferate de mecanici, deoarece limitează riscul de rupere a tarodului. Sculele de filetare CNC pot fi utilizate pentru a tăia filete până la M6.
Lungimea filetului
Minim: de 1.5 de ori diametrul nominal
Recomandat: de 3 de ori diametrul nominal
Cea mai mare parte a sarcinii aplicate unui filet este preluată de primii câțiva dinți (până la 1.5 ori diametrul nominal). Prin urmare, filetele mai lungi de 3 ori diametrul nominal sunt inutile.
Pentru filetele din găuri înfundate tăiate cu tarozi (adică toate filetele mai mici de M6), adăugați o lungime nefiletată egală cu 1.5 ori diametrul nominal la baza găurii. Când se poate utiliza o sculă de filetat CNC (adică filete mai mari de M6), gaura poate fi filetată pe toată lungimea sa.
Caracteristici mici
Diametrul minim al găurii
Recomandat: 2.5 mm (0.1 inci).
Fezabil: 0.05 mm (0.005 inci).
Majoritatea atelierelor mecanice pot prelucra cu precizie cavități și găuri folosind scule cu diametrul de până la 2.5 mm (0.1 inci). Orice valoare sub această limită este considerată micro-prelucrare. Sunt necesare scule speciale (micro-burghie) și cunoștințe de specialitate pentru a prelucra astfel de elemente, deoarece fizica procesului de așchiere se modifică odată cu această scară. Prin urmare, recomandarea este să le evitați, cu excepția cazului în care este absolut necesar.
Toleranțe
Tipic: +-0.1 mm
Fezabil: +-0.02 mm
Toleranțele noastre sunt fie 2768 mediu, fie fin. Dacă toleranțele nu sunt specificate, partenerii de producție vor utiliza calitatea 2768 selectată.
Toleranțele definesc limitele unei dimensiuni acceptabile. Toleranțele realizabile variază în funcție de dimensiunea de bază și de geometria piesei. Valorile de mai sus sunt orientări rezonabile.
Text și litere
Recomandat: dimensiunea fontului 20 (sau mai mare), gravat 5 mm
Textul gravat este preferat textului în relief, deoarece se elimină mai puțin material. Se recomandă utilizarea unui font sans-serif (de exemplu, Arial sau Verdana) cu o dimensiune minimă de -20. Multe mașini CNC au rutine preprogramate pentru aceste fonturi.
Configurarea mașinilor CNC și orientarea pieselor
Schema unei piese care necesită mai multe configurații
Accesul la scule este una dintre principalele limitări de proiectare în prelucrarea CNC. Pentru a ajunge la toate suprafețele modelului, piesa de prelucrat trebuie rotită de mai multe ori.
Ori de câte ori piesa de prelucrat este rotită, mașina trebuie recalibrată și trebuie definit un nou sistem de coordonate.
În timpul proiectării, este important să se ia în considerare configurațiile mașinii din două motive:
Numărul total de configurări ale mașinii afectează costul. Rotirea și realinierea piesei necesită muncă manuală și crește timpul total de prelucrare. Acest lucru este adesea acceptabil dacă piesa trebuie rotită de până la trei sau patru ori, dar orice valoare peste această limită este excesivă.
Pentru a obține o precizie pozițională relativă maximă, două elemente trebuie prelucrate în aceeași configurație. Acest lucru se datorează faptului că noua etapă de calibrare introduce o eroare mică (dar nu neglijabilă).
Ce este prelucrarea CNC pe 5 axe?
O mașină CNC cu 5 axe mișcă sculele așchietoare sau piesele de-a lungul a cinci axe simultan. Mașinile CNC cu mai multe axe pot fabrica piese cu geometrii complexe, deoarece oferă două axe de rotație suplimentare. Aceste mașini elimină necesitatea unor configurații multiple ale mașinilor.
Care sunt avantajele și limitele prelucrării CNC pe 5 axe?
Prelucrarea CNC pe cinci axe permite sculei să rămână constant tangențială la suprafața de tăiere. Traiectoriile sculei pot fi mai complexe și mai eficiente, rezultând piese cu un finisaj al suprafeței mai bun și timpi de prelucrare mai scurți.
Acestea fiind spuse, CNC-ul pe 5 axe are limitele sale. Se aplică în continuare limitări legate de geometria de bază a sculelor și de accesul la scule (de exemplu, piesele cu geometrii interne nu pot fi prelucrate). Mai mult, costul utilizării unor astfel de sisteme este mai mare.
Degajări prin prelucrare CNC
Subtrângerile sunt caracteristici care nu pot fi prelucrate folosind scule așchietoare standard, deoarece unele dintre suprafețele lor nu sunt accesibile direct de sus.
Există două tipuri principale de adâncituri: caneluri în T și caneluri în coadă de rândunică. Dezăvăliturile pot fi unilaterale sau bilaterale și sunt prelucrate cu scule speciale.
Sculele de tăiere cu canelură în T sunt realizate dintr-o lamă orizontală atașată la un ax vertical. Lățimea unei tăieturi laterale poate varia între 3 mm și 40 mm. Recomandăm utilizarea dimensiunilor standard pentru lățime (de exemplu, incremente întregi în milimetri sau fracțiuni standard în inch), deoarece este mai probabil să existe deja o unealtă adecvată.
Pentru sculele de tăiere în coadă de rândunică, unghiul este dimensiunea definitorie. Atât sculele în coadă de rândunică de 45, cât și cele de 60 de grade sunt considerate standard. Există și scule cu un unghi de 5, 10 și până la 120 de grade (la trepte de 10 grade), dar sunt mai puțin utilizate.
O canelură în T (stânga), o degajare în coadă de rândunică (mijloc) și o degajare unilaterală pe un perete interior (dreapta).
Proiectare sub decupare pentru prelucrare CNC
Când proiectați piese cu adâncituri pe pereții interni, nu uitați să adăugați suficient spațiu liber pentru sculă. O regulă generală bună este să adăugați un spațiu egal cu cel puțin de patru ori adâncimea adâncimii adânciturii între peretele prelucrat și orice alt perete intern.
Pentru sculele standard, raportul tipic dintre diametrul de așchiere și diametrul arborelui este de 2:1, limitând astfel adâncimea de așchiere. Atunci când este necesară o subtăiere non-standard, este o practică obișnuită ca atelierele mecanice să își fabrice propriile scule subtăiate personalizate. Acest lucru poate crește timpul de livrare și costurile, așa că evitați-l dacă este posibil.
Elaborarea unui desen tehnic
Desenele tehnice sunt uneori folosite de ingineri pentru a comunica mașinistului cerințe specifice de fabricație.
Încărcarea unui desen tehnic cu oferta dvs.
De obicei, nu solicităm un desen tehnic pentru comenzile de pe platforma noastră, dar în unele cazuri, acesta poate adăuga un context valoros unei cereri de ofertă. Anumite specificații de proiectare nu pot fi incluse într-un fișier STEP sau IGES. De exemplu, va trebui să includeți un desen tehnic 2D dacă modelul dvs. include găuri filetate sau arbori și/sau dimensiuni cu toleranțe mai stricte decât clasa 2768 selectată.
Dacă adăugați un desen tehnic, vă rugăm să vă asigurați că acesta corespunde specificațiilor fișierelor încărcate. Dacă desenele tehnice nu corespund fișierelor încărcate sau specificațiilor ofertei:
Specificațiile ofertei sunt considerate punctul de referință pentru tehnologie, materiale și finisaje de suprafață.
Desenele tehnice sunt considerate punctul de referință pentru specificațiile filetului, specificațiile de toleranță, detaliile de finisare a suprafeței, solicitările de marcare a pieselor și specificațiile de tratament termic.
Fișierul CAD este considerat punctul de referință pentru proiectarea piesei, geometrie, dimensiuni și locațiile caracteristicilor.
Care sunt cele mai bune practici pentru prelucrarea CNC?
Proiectați piese care pot fi prelucrate folosind scula cu cel mai mare diametru posibil.
Adăugați fileurile mari (cel puțin ⅓ de ori adâncimea cavității) la toate colțurile verticale interne.
Limitați adâncimea cavităților la de 4 ori lățimea lor.
Aliniați principalele caracteristici ale designului dvs. cu una dintre cele șase direcții principale. Dacă acest lucru nu este posibil, prelucrarea CNC pe 5 axe este o opțiune.
Trimiteți un desen tehnic împreună cu desenul dacă proiectul include filete, toleranțe, specificații de finisare a suprafeței sau alte note pentru operatorul mașinii.
Aveți piese de prelucrat CNC? Vă rugăm să contactați echipa noastră Gazfull.