Kako oblikovati dele za CNC obdelavo
V tem celovitem vodniku za načrtovanje za CNC obdelavo smo zbrali osnovne in napredne prakse ter nasvete za načrtovanje, ki vam bodo pomagali doseči najboljše rezultate za vaše dele po meri.
Obstaja nekaj preprostih korakov, s katerimi lahko optimizirate svoje zasnove za računalniško numerično krmiljeno (CNC) obdelavo. Z upoštevanjem pravil načrtovanja za proizvodnjo (DFM) lahko kar najbolje izkoristite široke zmogljivosti CNC obdelave. Vendar je to lahko izziv, saj ni standardov, specifičnih za celotno industrijo.
V tem članku ponujamo obsežen vodnik po najboljših praksah načrtovanja za CNC obdelavo. Za zbiranje teh obsežnih in ažurnih informacij smo za povratne informacije zaprosili strokovnjake iz industrije in ponudnike storitev CNC obdelave. Če optimizirate stroške, si oglejte ta vodnik za načrtovanje stroškovno učinkovitih delov za CNC.
Kakšen je postopek CNC obdelave?
CNC obdelava je subtraktivna proizvodna tehnologija. Pri CNC se material odstrani iz trdnega bloka z uporabo različnih rezalnih orodij, ki se vrtijo z veliko hitrostjo – na tisoče vrtljajev na minuto – za izdelavo dela na podlagi CAD modela. CNC je mogoče obdelovati tako kovine kot plastiko.
CNC obdelani deli imajo visoko dimenzijsko natančnost in majhne tolerance. CNC je primeren tako za velikoserijsko proizvodnjo kot za enkratna dela. Pravzaprav je CNC obdelava trenutno najbolj stroškovno učinkovit način izdelave kovinskih prototipov, celo v primerjavi s 3D-tiskanjem.
Katere so glavne omejitve CNC načrtovanja?
CNC ponuja veliko prilagodljivost pri načrtovanju, vendar obstaja nekaj omejitev. Te omejitve se nanašajo na osnovno mehaniko rezalnega procesa in se nanašajo predvsem na geometrijo orodja in dostop do orodja.
Geometrija orodja
Večina običajnih CNC rezalnih orodij (rezkarji in svedri) ima valjasto obliko in omejeno dolžino rezanja.
Ko se material odstrani z obdelovanca, se geometrija orodja prenese na obdelan del. To na primer pomeni, da imajo notranji vogali CNC-obdelovanca vedno polmer, ne glede na to, kako majhno rezalno orodje je bilo uporabljeno.
Dostop do orodja
Za odstranjevanje materiala se rezalno orodje približa obdelovancu neposredno od zgoraj. Elementov, do katerih ni mogoče dostopati na ta način, ni mogoče obdelati s CNC-strojem.
Od tega pravila obstaja izjema: podrezani deli. Proti koncu tega članka je razdelek o podrezanih delih.
Priporočamo, da vse značilnosti vašega modela (luknje, votline, navpične stene itd.) poravnate z eno od šestih glavnih smeri. Vendar to pravilo glejte kot priporočilo in ne kot omejitev, saj 5-osni CNC sistemi ponujajo napredne zmogljivosti vpenjanja obdelovancev.
Dostop do orodja je prav tako problem pri obdelavi elementov z velikim razmerjem med globino in širino. Za dosego dna globoke votline so na primer potrebna orodja z daljšim dosegom. To pomeni širši obseg gibanja končnega efektorja, kar poveča tresenje stroja in zmanjša dosegljivo natančnost.
Proizvodnjo boste poenostavili, če boste zasnovali dele, ki jih je mogoče CNC obdelovati z orodjem, ki ima največji možni premer in najkrajšo možno dolžino.
Smernice za načrtovanje CNC
Izziv, ki se pogosto pojavi pri načrtovanju dela za CNC obdelavo, je, da ne obstajajo specifični standardi za celotno industrijo. Proizvajalci CNC strojev in orodij nenehno izboljšujejo zmogljivosti tehnologije in širijo meje mogočega. Spodnja tabela povzema priporočene in izvedljive vrednosti za najpogostejše lastnosti, ki se pojavljajo pri CNC obdelanih delih.
Votline in žepi
Priporočena globina votline: 4-kratnik širine votline
Rezkarji imajo omejeno dolžino reza (običajno 3–4-kratnik njihovega premera). Odklon orodja, odvajanje odrezkov in vibracije postanejo bolj izraziti, ko imajo votline manjše razmerje med globino in širino.
Omejitev globine votline na štirikratnik njene širine zagotavlja dobre rezultate.
Če so potrebne večje globine, razmislite o oblikovanju delov s spremenljivo globino votline.
Rezkanje globokih votlin: Votline z globino večjo od šestkratnika premera orodja se štejejo za globoke. Z uporabo specializiranega orodja je mogoče doseči razmerje med premerom orodja in globino votline do 30:1 (največja globina: 35 cm s končnim rezkarjem s premerom 1 palec).
Votline in žepi
Navpični radij vogala
Priporočeno: ⅓-kratnik globine votline (ali več)
Uporaba priporočene vrednosti za polmere notranjih vogalov zagotavlja, da se lahko uporabi orodje z ustreznim premerom in da se poravna s smernicami za priporočeno globino votline.
Če nekoliko povečate polmer vogala nad priporočeno vrednost (npr. za 1 mm), lahko orodje reže po krožni poti namesto pod kotom 90 stopinj. To je zaželeno, saj se tako doseže višja kakovost površine. Če so potrebni ostri notranji vogali pod kotom 90 stopinj, namesto zmanjšanja polmera vogala razmislite o dodajanju spodreza v obliki črke T.
Polmer tal
Priporočamo: 0.5 mm, 1 mm ali brez polmera
Izvedljivo: poljuben polmer
Rezkarji imajo raven ali rahlo zaobljen spodnji rezalni rob. Druge polmere dna je mogoče obdelati z orodji s krogličnim koncem. Dobra praksa načrtovanja je uporaba priporočenih vrednosti, saj jih strojniki raje uporabljajo.
Tanke stene
Najmanjša debelina stene
Priporočeno: 0.8 mm (kovine), 1.5 mm (plastika)
Izvedljivo: 0.5 mm (kovine), 1.0 mm (plastika)
Zmanjšanje debeline stene zmanjša togost materiala, kar poveča vibracije med obdelavo in zmanjša dosegljivo natančnost. Plastika je nagnjena k upogibanju (zaradi preostalih napetosti) in mehčanju (zaradi povišanja temperature), zato je priporočljiva večja minimalna debelina stene. Zgoraj navedene izvedljive vrednosti je treba preučiti za vsak primer posebej.
Luknje
premer
Priporočeno: standardni sveder
Izvedljivo: kateri koli premer večji od 1 mm
Luknje se obdelajo s svedrom ali rezkalnim orodjem. Velikost svedrov je standardizirana (v metričnih in imperialnih enotah). Za dokončanje lukenj, ki zahtevajo majhne tolerance, se uporabljajo povrtala in vrtalna orodja. Za visoko natančne luknje s premerom manjšim od 20 mm je priporočljiva uporaba standardnega premera.
Največja globina
Priporočamo: 4-kratnik nazivnega premera
Tipično: 10-kratnik nazivnega premera
Izvedljivo: 40-kratnik nazivnega premera
Luknje z nestandardnim premerom je treba obdelati s čelnim rezkalnim orodjem. V tem primeru veljajo omejitve glede največje globine votline in uporabiti je treba priporočeno največjo vrednost globine. Luknje, globlje od tipične vrednosti, se obdelajo s specializiranimi svedri (z najmanjšim premerom 3 mm). Slepe luknje, obdelane s svedrom, imajo stožčasto dno (kot 135 stopinj), medtem ko so luknje, obdelane s čelnim rezkalnim orodjem, ravne.
Pri CNC obdelavi ni posebne preference med skoznjimi ali slepimi luknjami.
Teme
Velikost navoja
minimalno: M1 (in nižje, v nekaterih primerih)
Priporočamo: M6 ali večji
Navoji se režejo z navojnimi svedri, zunanji navoji pa z matricami. Navojne svedre in matrice se lahko uporabljajo za rezanje navojev do velikosti M2. CNC orodja za rezanje navojev so pogosta in jih strojniki dajejo prednost, saj zmanjšujejo tveganje loma navoja. CNC orodja za rezanje navojev se lahko uporabljajo za rezanje navojev do velikosti M6.
Dolžina navoja
minimalno: 1.5-kratnik nazivnega premera
Priporočamo: 3-kratnik nazivnega premera
Večino obremenitve navoja prevzame nekaj prvih zob (do 1.5-kratnika nazivnega premera). Navoji, daljši od 3-kratnika nazivnega premera, zato niso potrebni.
Za navoje v slepih luknjah, izrezane z navojnimi svedri (tj. vsi navoji, manjši od M6), dodajte nenavojno dolžino, ki je enaka 1.5-kratniku nazivnega premera na dnu luknje. Kadar je mogoče uporabiti CNC orodje za rezanje navojev (tj. navoji, večji od M6), je mogoče luknjo narezati po celotni dolžini.
Majhne značilnosti
Najmanjši premer luknje
Priporočamo: 2.5 mm (0.1 palca.")
Izvedljivo: 0.05 mm (0.005 palca.")
Večina strojnih delavnic lahko natančno obdela votline in luknje z orodji do premera 2.5 mm (0.1 palca). Vse pod to mejo se šteje za mikroobdelavo. Za obdelavo takšnih elementov so potrebna posebna orodja (mikro svedri) in strokovno znanje, ker se fizika procesa rezanja s to lestvico spreminja. Zato je priporočljivo, da se jim izogibate, razen če je to nujno potrebno.
Tolerance
Tipično: +-0.1 mm
Izvedljivo: +-0.02 mm
Naše tolerance so srednja ali fina 2768. Če tolerance niso določene, bodo proizvodni partnerji uporabili izbrano kakovost 2768.
Tolerance določajo meje sprejemljive dimenzije. Dosegljive tolerance se razlikujejo glede na osnovno dimenzijo in geometrijo dela. Zgornje vrednosti so razumne smernice.
Besedilo in črke
Priporočeno: velikost pisave 20 (ali večja), gravirano 5 mm
Gravirano besedilo je boljše od reliefnega, saj se odstrani manj materiala. Priporočljiva je uporaba pisave sans 60 mm (npr. Arial ali Verdana) najmanj 20. Številni CNC stroji imajo vnaprej programirane rutine za te pisave.
Nastavitve CNC strojev in orientacija delov
Shema dela, ki zahteva več nastavitev
Dostop do orodja je ena glavnih omejitev pri CNC obdelavi. Da bi dosegli vse površine modela, je treba obdelovanec večkrat zavrteti.
Vsakič, ko se obdelovanec zavrti, je treba stroj ponovno kalibrirati in definirati nov koordinatni sistem.
Pri načrtovanju je pomembno upoštevati nastavitve strojev iz dveh razlogov:
Skupno število nastavitev stroja vpliva na stroške. Vrtenje in ponovna poravnava dela zahteva ročno delo in poveča skupni čas obdelave. To je pogosto sprejemljivo, če je treba del zavrteti do tri- ali štirikrat, vendar je vse, kar presega to omejitev, pretirano.
Za doseganje največje relativne položajne natančnosti je treba dve značilnosti obdelati v isti nastavitvi. To je zato, ker nov korak kalibracije uvaja majhno (vendar nezanemarljivo) napako.
Kaj je 5-osna CNC obdelava?
5-osni CNC stroj premika rezalna orodja ali dele hkrati vzdolž petih osi. Večosni CNC stroji lahko izdelujejo dele s kompleksnimi geometrijami, saj ponujajo dve dodatni rotacijski osi. Ti stroji odpravljajo potrebo po več nastavitvah strojev.
Kakšne so prednosti in omejitve 5-osne CNC obdelave?
Petosna CNC obdelava omogoča, da orodje ostane stalno tangencialno na rezalno površino. Poti orodja so lahko bolj zapletene in učinkovite, kar ima za posledico dele z boljšo površinsko obdelavo in krajšimi časi obdelave.
Kljub temu ima 5-osni CNC svoje omejitve. Še vedno veljajo osnovne omejitve geometrije orodja in dostopa do orodja (na primer, delov z notranjimi geometrijami ni mogoče obdelati). Poleg tega so stroški uporabe takšnih sistemov višji.
CNC obdelava podrezov
Spodolni rezi so elementi, ki jih ni mogoče obdelati s standardnimi rezalnimi orodji, saj nekatere njihove površine niso dostopne neposredno od zgoraj.
Poznamo dve glavni vrsti spodrezov: T-utore in lastovičje repe. Podrezi so lahko enostranski ali dvostranski in se obdelujejo s posebnimi orodji.
Orodja za rezanje T-utorov so izdelana iz vodoravnega rezila, pritrjenega na navpično gred. Širina spodreza se lahko giblje med 3 mm in 40 mm. Priporočamo uporabo standardnih velikosti za širino (tj. cele milimetrske korake ali standardne palčne ulomke), saj je večja verjetnost, da je ustrezno orodje že na voljo.
Pri orodjih za rezanje lastovičjega repa je kot odločilna velikost elementa. Standardna so tako orodja za rezanje lastovičjega repa s 45- kot 60-stopinjskim kotom. Obstajajo tudi orodja s kotom 5, 10 in do 120 stopinj (v korakih po 10 stopinj), vendar se uporabljajo manj pogosto.
T-utor (levo), lastovičji rep (na sredini) in enostranski spodrez na notranji steni (desno).
Zasnova spodreza za CNC obdelavo
Pri načrtovanju delov s spodrezi na notranjih stenah ne pozabite dodati dovolj prostora za orodje. Dobro pravilo je, da med obdelano steno in katero koli drugo notranjo steno dodate prostor, ki je vsaj štirikratnik globine spodreza.
Pri standardnih orodjih je tipično razmerje med premerom reza in premerom gredi 2:1, kar omejuje globino reza. Kadar je potrebno nestandardno spodrezovanje, je v strojnih delavnicah običajna praksa, da izdelajo lastna orodja za spodrezovanje po meri. To lahko podaljša čas izdelave in stroške, zato se temu, če je mogoče, izognite.
Izdelava tehnične risbe
Tehnične risbe inženirji včasih uporabljajo za sporočanje specifičnih proizvodnih zahtev strojniku.
Nalaganje tehnične risbe z vašo ponudbo
Za naročila na naši platformi običajno ne potrebujemo tehnične risbe, vendar lahko v nekaterih primerih dodajo dragocen kontekst k zahtevku za ponudbo. Določenih specifikacij zasnove ni mogoče vključiti v datoteko STEP ali IGES. Na primer, če vaš model vključuje navojne luknje ali gredi in/ali dimenzije s tolerancami, ki so manjše od izbrane kakovosti 2768, boste morali vključiti 2D tehnično risbo.
Če dodajate tehnično risbo, se prepričajte, da se ujema s specifikacijami naloženih datotek. Če se tehnične risbe ne ujemajo z naloženimi datotekami ali specifikacijami ponudbe:
Specifikacije ponudbe veljajo za referenčno točko za tehnologijo, material in površinsko obdelavo.
Tehnične risbe veljajo za referenčno točko za specifikacije navojev, specifikacije toleranc, podrobnosti površinske obdelave, zahteve za označevanje delov in specifikacije toplotne obdelave.
Datoteka CAD velja za referenčno točko za zasnovo dela, geometrijo, dimenzije in lokacije elementov.
Katere so najboljše prakse za CNC obdelavo?
Zasnovajte dele, ki jih je mogoče obdelati z orodjem z največjim možnim premerom.
Na vse notranje navpične vogale dodajte velike zaobljene robove (vsaj ⅓-kratnika globine votline).
Globino votlin omejite na 4-kratnik njihove širine.
Glavne značilnosti vaše zasnove uskladite z eno od šestih glavnih smeri. Če to ni mogoče, je možnost 5-osna CNC obdelava.
Če vaša zasnova vključuje navoje, tolerance, specifikacije površinske obdelave ali druge opombe za upravljavca stroja, priložite tehnično risbo.
Imate dele, ki jih potrebujete CNC strojno obdelavo? Obrnite se na našo ekipo Gazfull.