Ako navrhnúť diely pre CNC obrábanie
V tomto kompletnom sprievodcovi navrhovaním pre CNC obrábanie sme zostavili základné a pokročilé postupy a tipy pre navrhovanie, ktoré vám pomôžu dosiahnuť najlepšie výsledky pre vaše vlastné diely.
Existuje niekoľko jednoduchých krokov, ktoré môžete podniknúť na optimalizáciu svojich návrhov pre obrábanie s numerickým riadením (CNC). Dodržiavaním pravidiel návrhu pre výrobu (DFM) môžete lepšie využiť široké možnosti CNC obrábania. To však môže byť náročné, pretože neexistujú štandardy platné pre celé odvetvie.
V tomto článku ponúkame komplexného sprievodcu najlepšími postupmi návrhu pre CNC obrábanie. Aby sme zostavili tieto rozsiahle a aktuálne informácie, požiadali sme o spätnú väzbu odborníkov z odvetvia a poskytovateľov služieb CNC obrábania. Ak optimalizujete náklady, pozrite si tohto sprievodcu návrhom nákladovo efektívnych súčiastok pre CNC.
Aký je proces CNC obrábania?
CNC obrábanie je subtraktívna výrobná technológia. Pri CNC sa materiál odoberá z pevného bloku pomocou rôznych rezných nástrojov, ktoré sa otáčajú vysokou rýchlosťou – tisíce otáčok za minútu – aby sa vytvoril diel na základe CAD modelu. CNC obrábanie je možné vykonávať ako na kovoch, tak aj na plastoch.
CNC obrábané diely majú vysokú rozmerovú presnosť a prísne tolerancie. CNC je vhodné pre veľkoobjemovú výrobu aj pre jednorazové zákazky. V skutočnosti je CNC obrábanie v súčasnosti najnákladovo efektívnejším spôsobom výroby kovových prototypov, a to aj v porovnaní s 3D tlačou.
Aké sú hlavné obmedzenia CNC konštrukcie?
CNC ponúka veľkú flexibilitu pri návrhu, ale existuje niekoľko obmedzení. Tieto obmedzenia sa týkajú základnej mechaniky procesu rezania a týkajú sa najmä geometrie nástroja a prístupu k nástroju.
Geometria nástroja
Väčšina bežných CNC rezných nástrojov (frézy a vrtáky) má valcový tvar a obmedzenú dĺžku rezu.
Keď sa materiál odoberá z obrobku, geometria nástroja sa prenáša na obrábaný diel. To napríklad znamená, že vnútorné rohy CNC dielu majú vždy polomer, bez ohľadu na to, aký malý rezný nástroj sa použil.
Prístup k nástroju
Na odstránenie materiálu sa rezný nástroj približuje k obrobku priamo zhora. Prvky, ku ktorým nie je možné získať prístup týmto spôsobom, nie je možné obrábať na CNC stroji.
Z tohto pravidla existuje výnimka: podrezania. Sekcia o podrezaniach je ku koncu tohto článku.
Odporúčame zarovnať všetky prvky vášho modelu (otvory, dutiny, zvislé steny atď.) s jedným zo šiestich hlavných smerov. Toto pravidlo však berte ako odporúčanie a nie ako obmedzenie, pretože 5-osové CNC systémy ponúkajú pokročilé možnosti upnutia obrobkov.
Prístup k nástrojom je tiež problémom pri obrábaní prvkov s veľkým pomerom hĺbky k šírke. Napríklad na dosiahnutie dna hlbokej dutiny potrebujete nástroje s dlhším dosahom. To znamená širší rozsah pohybu pre koncový efektor, čo zvyšuje chvenie stroja a znižuje dosiahnuteľnú presnosť.
Výrobu zjednodušíte, ak navrhnete súčiastky, ktoré je možné obrábať CNC nástrojom s najväčším možným priemerom a najkratšou možnou dĺžkou.
Pokyny pre návrh CNC strojov
Problém, ktorý sa často vyskytuje pri navrhovaní súčiastok pre CNC obrábanie, je, že neexistujú žiadne špecifické normy pre celé odvetvie. Výrobcovia CNC strojov a nástrojov neustále zlepšujú možnosti technológie a rozširujú hranice toho, čo je možné. Nasledujúca tabuľka sumarizuje odporúčané a uskutočniteľné hodnoty pre najbežnejšie vlastnosti, s ktorými sa stretávame pri CNC obrábaných súčiastkach.
Dutiny a vrecká
Odporúčaná hĺbka dutiny: 4-násobok šírky dutiny
Stopkové frézy majú obmedzenú dĺžku rezu (zvyčajne 3 – 4-násobok ich priemeru). Priehyb nástroja, odvádzanie triesok a vibrácie sú výraznejšie, keď majú dutiny menší pomer hĺbky k šírke.
Obmedzenie hĺbky dutiny na štvornásobok jej šírky zabezpečuje dobré výsledky.
Ak sú potrebné väčšie hĺbky, zvážte navrhnutie dielov s premenlivou hĺbkou dutiny.
Frézovanie hlbokých dutín: Dutiny s hĺbkou väčšou ako šesťnásobok priemeru nástroja sa považujú za hlboké. Pomer priemeru nástroja k hĺbke dutiny až 30:1 je možný pomocou špecializovaných nástrojov (maximálna hĺbka: 35 cm s frézou s priemerom 1 palec).
Dutiny a vrecká
Zvislý polomer rohu
Odporúčané: ⅓ násobok hĺbky dutiny (alebo väčšia)
Použitie odporúčanej hodnoty pre vnútorné polomery rohov zabezpečí, že je možné použiť nástroj s vhodným priemerom a že je zarovnaný s pokynmi pre odporúčanú hĺbku dutiny.
Mierne zvýšenie polomerov rohov nad odporúčanú hodnotu (napr. o 1 mm) umožňuje nástroju rezať po kruhovej dráhe namiesto 90-stupňového uhla. Toto je výhodné, pretože vedie k vyššej kvalite povrchu. Ak sú potrebné ostré 90-stupňové vnútorné rohy, zvážte pridanie T-bone podrezania namiesto zmenšenia polomeru rohu.
Polomer podlahy
Odporúčaná: 0.5 mm, 1 mm alebo žiadny polomer
Uskutočniteľné: akýkoľvek polomer
Stopkové frézy majú plochú alebo mierne zaoblenú spodnú reznú hranu. Iné polomery dna je možné obrábať pomocou nástrojov s guľovými koncami. Je dobrou konštrukčnou praxou používať odporúčané hodnoty, pretože to uprednostňujú obrábači.
Tenké steny
Minimálna hrúbka steny
Odporúčané: 0.8 mm (kovy), 1.5 mm (plasty)
Možné: 0.5 mm (kovy), 1.0 mm (plasty)
Zníženie hrúbky steny znižuje tuhosť materiálu, čo zvyšuje vibrácie počas obrábania a znižuje dosiahnuteľnú presnosť. Plasty sú náchylné na deformáciu (v dôsledku zvyškových napätí) a mäknutie (v dôsledku zvýšenia teploty), preto sa odporúča väčšia minimálna hrúbka steny. Uvedené uskutočniteľné hodnoty by sa mali posudzovať individuálne.
Diery
priemer
Odporúčané: štandardný vrták
Možné: akýkoľvek priemer väčší ako 1 mm
Otvory sa obrábajú buď vrtákom, alebo frézou. Veľkosť vrtákov je štandardizovaná (v metrických a imperiálnych jednotkách). Na dokončovanie otvorov, ktoré vyžadujú presné tolerancie, sa používajú výstružníky a vyvrtávacie nástroje. Pre vysoko presné otvory s priemerom menším ako 20 mm sa odporúča použiť štandardný priemer.
maximum depth
Odporúčaná: 4-násobok menovitého priemeru
Typické: 10-násobok menovitého priemeru
Uskutočniteľné: 40-násobok menovitého priemeru
Otvory s neštandardným priemerom musia byť obrobené čelnou frézou. V tomto prípade platia obmedzenia maximálnej hĺbky dutiny a mala by sa použiť odporúčaná maximálna hodnota hĺbky. Otvory hlbšie ako typická hodnota sa obrábajú pomocou špeciálnych vrtákov (s minimálnym priemerom 3 mm). Slepé otvory obrobené vrtákom majú kužeľovité dno (uhol 135 stupňov), zatiaľ čo otvory obrobené čelnou frézou sú ploché.
Pri CNC obrábaní neexistuje žiadna konkrétna preferencia medzi priechodnými otvormi alebo slepými otvormi.
Vlákna
Veľkosť vlákna
minimum: M1 (a v niektorých prípadoch nižšie)
Odporúčaná: M6 alebo väčší
Závity sa režu závitníkmi a vonkajšie závity závitníkmi. Závitníky a závitníky sa dajú použiť na rezanie závitov až do M2. CNC závitovacie nástroje sú bežné a obrábači ich uprednostňujú, pretože obmedzujú riziko zlomenia závitníka. CNC závitovacie nástroje sa dajú použiť na rezanie závitov až do M6.
Dĺžka závitu
minimum: 1.5-násobok menovitého priemeru
Odporúčaná: 3-násobok menovitého priemeru
Väčšinu zaťaženia pôsobiaceho na závit prenášajú prvé zuby (až do 1.5-násobku menovitého priemeru). Závity dlhšie ako 3-násobok menovitého priemeru sú preto zbytočné.
Pre závity v slepých otvoroch rezaných závitníkmi (t. j. všetky závity menšie ako M6) pripočítajte nezávitovú dĺžku rovnajúcu sa 1.5-násobku menovitého priemeru na dne otvoru. Ak je možné použiť CNC závitovací nástroj (t. j. závity väčšie ako M6), otvor je možné závitovať po celej jeho dĺžke.
Malé funkcie
Minimálny priemer otvoru
Odporúčaná: 2.5 mm (0.1 palca).
Uskutočniteľné: 0.05 mm (0.005 palca).
Väčšina obrábacích dielní dokáže presne opracovať dutiny a otvory pomocou nástrojov s priemerom až 2.5 mm (0.1 palca). Čokoľvek pod týmto limitom sa považuje za mikroobrábanie. Na obrábanie takýchto prvkov sú potrebné špeciálne nástroje (mikrovrtáky) a odborné znalosti, pretože fyzika procesu rezania sa s touto mierkou mení. Pokiaľ to nie je absolútne nevyhnutné, odporúča sa im vyhnúť.
Tolerancie
Typické: +-0.1 mm
Uskutočniteľné: +-0.02 mm
Naše tolerancie sú buď stredná alebo jemná 2768. Ak nie sú tolerancie špecifikované, výrobní partneri použijú vybranú triedu 2768.
Tolerancie definujú hranice pre prijateľný rozmer. Dosiahnuteľné tolerancie sa líšia v závislosti od základného rozmeru a geometrie súčiastky. Vyššie uvedené hodnoty sú rozumné odporúčania.
Text a písmo
Odporúčané: veľkosť písma 20 (alebo väčšia), gravírované 5 mm
Gravírovaný text sa uprednostňuje pred reliéfnym textom, pretože sa odstráni menej materiálu. Odporúča sa použiť minimálnu veľkosť písma sans-serif s hodnotou -20 (napr. Arial alebo Verdana). Mnohé CNC stroje majú pre tieto písma predprogramované rutiny.
Nastavenie CNC strojov a orientácia dielov
Schéma súčiastky, ktorá vyžaduje viacero nastavení
Prístup k nástrojom je jedným z hlavných konštrukčných obmedzení pri CNC obrábaní. Na dosiahnutie všetkých povrchov modelu je potrebné obrobok niekoľkokrát otočiť.
Pri každom otočení obrobku je potrebné stroj prekalibrovať a definovať nový súradnicový systém.
Pri navrhovaní je dôležité zvážiť nastavenie stroja z dvoch dôvodov:
Celkový počet nastavení stroja ovplyvňuje náklady. Otáčanie a opätovné zarovnanie súčiastky si vyžaduje manuálnu prácu a zvyšuje celkový čas obrábania. Toto je často prijateľné, ak je potrebné súčiastku otočiť trikrát alebo štyrikrát, ale čokoľvek nad tento limit je nadmerné.
Na dosiahnutie maximálnej relatívnej polohovej presnosti je potrebné obrobiť dva prvky v rovnakom nastavení. Je to preto, že nový kalibračný krok zavádza malú (ale nezanedbateľnú) chybu.
Čo je 5-osové CNC obrábanie?
5-osový CNC stroj pohybuje reznými nástrojmi alebo dielmi súčasne pozdĺž piatich osí. Viacosové CNC stroje dokážu vyrábať diely so zložitými geometriami, pretože ponúkajú dve ďalšie rotačné osi. Tieto stroje eliminujú potrebu viacerých nastavení stroja.
Aké sú výhody a obmedzenia 5-osového CNC obrábania?
Päťosové CNC obrábanie umožňuje, aby nástroj zostal konštantne tangenciálny k reznej ploche. Dráhy nástroja môžu byť zložitejšie a efektívnejšie, čo vedie k dielom s lepšou povrchovou úpravou a kratším časom obrábania.
Napriek tomu má 5-osové CNC obrábanie svoje obmedzenia. Stále platia základné obmedzenia geometrie nástroja a prístupu k nástroju (napríklad diely s vnútornou geometriou nemožno obrábať). Navyše, náklady na používanie takýchto systémov sú vyššie.
CNC obrábanie podrezaní
Podrezania sú prvky, ktoré nie je možné opracovať štandardnými reznými nástrojmi, pretože niektoré z ich povrchov nie sú prístupné priamo zhora.
Existujú dva hlavné typy podrezaní: T-drážky a rybinové chvosty. Podrezania môžu byť jednostranné alebo obojstranné a obrábajú sa pomocou špeciálnych nástrojov.
Nástroje na rezanie T-drážok sú vyrobené z horizontálneho rezacieho kotúča pripevneného k vertikálnemu hriadeľu. Šírka podrezania sa môže pohybovať medzi 3 mm a 40 mm. Odporúčame použiť štandardné rozmery pre šírku (t. j. celé milimetrové prírastky alebo štandardné palcové zlomky), pretože je pravdepodobnejšie, že vhodný nástroj je už k dispozícii.
Pre rybinové rezné nástroje je uhol určujúcou veľkosťou prvku. Rybinové nástroje s uhlom 45 aj 60 stupňov sa považujú za štandardné. Existujú aj nástroje s uhlom 5, 10 a až 120 stupňov (v 10-stupňových krokoch), ale používajú sa menej často.
T-drážka (vľavo), rybinový podrezaný rez (v strede) a jednostranný podrezaný rez na vnútornej stene (vpravo).
Návrh podrezania pre CNC obrábanie
Pri navrhovaní súčiastok s podrezaniami na vnútorných stenách nezabudnite pridať dostatočný priestor pre nástroj. Dobrým pravidlom je pridať priestor rovnajúci sa aspoň štvornásobku hĺbky podrezania medzi obrobenou stenou a akoukoľvek inou vnútornou stenou.
Pri štandardných nástrojoch je typický pomer medzi priemerom rezu a priemerom drieku 2:1, čím sa obmedzuje hĺbka rezu. Ak je potrebný neštandardný podrezaný rez, je bežnou praxou, že si strojárske dielne vyrábajú vlastné nástroje na podrezaný rez na mieru. To môže predĺžiť dodaciu lehotu a náklady, preto sa tomu, ak je to možné, vyhnite.
Vypracovanie technického výkresu
Technické výkresy niekedy používajú inžinieri na oznámenie špecifických výrobných požiadaviek strojníkovi.
Nahranie technického výkresu s cenovou ponukou
Na našej platforme zvyčajne nevyžadujeme technické výkresy pre objednávky, ale v niektorých prípadoch môžu byť cenným doplnkom k žiadosti o cenovú ponuku. Niektoré konštrukčné špecifikácie nie je možné zahrnúť do súboru STEP alebo IGES. Napríklad, ak váš model obsahuje závitové otvory alebo hriadele a/alebo rozmery s toleranciami menšími ako je vybraná trieda 2768, budete musieť zahrnúť 2D technický výkres.
Ak pridávate technický výkres, uistite sa, že zodpovedá špecifikáciám nahraných súborov. Ak technické výkresy nezodpovedajú nahraným súborom alebo špecifikáciám cenovej ponuky:
Špecifikácie cenovej ponuky sa považujú za referenčný bod pre technológiu, materiál a povrchové úpravy.
Technické výkresy sa považujú za referenčný bod pre špecifikácie závitov, špecifikácie tolerancií, detaily povrchovej úpravy, požiadavky na označenie súčiastok a špecifikácie tepelného spracovania.
Súbor CAD sa považuje za referenčný bod pre návrh súčiastky, geometriu, rozmery a umiestnenie prvkov.
Aké sú osvedčené postupy pre CNC obrábanie?
Navrhnite súčiastky, ktoré je možné obrábať nástrojom s čo najväčším priemerom.
Pridajte veľké zaoblenia (najmenej ⅓-násobok hĺbky dutiny) do všetkých vnútorných zvislých rohov.
Hĺbku dutín obmedzte na štvornásobok ich šírky.
Zosúlaďte hlavné prvky vášho návrhu s jedným zo šiestich hlavných smerov. Ak to nie je možné, je možnosťou 5-osové CNC obrábanie.
Ak váš návrh obsahuje závity, tolerancie, špecifikácie povrchovej úpravy alebo iné poznámky pre obsluhu stroja, priložte k výkresu aj technický výkres.
Potrebujete opracovať diely na CNC stroji? Kontaktujte, prosím, náš tím Gazfull.