Како дизајнирати делове за ЦНЦ обраду
У овом комплетном водичу за пројектовање за CNC машинску обраду, саставили смо основне и напредне праксе пројектовања и савете који ће вам помоћи да постигнете најбоље резултате за ваше прилагођене делове.
Постоји неколико једноставних корака које можете предузети да бисте оптимизовали своје дизајне за машинску обраду помоћу рачунарске нумеричке контроле (CNC). Пратећи правила дизајна за производњу (DFM), можете извући више из широких могућности CNC машинске обраде. Међутим, ово може бити изазовно, јер не постоје специфични стандарди за целу индустрију.
У овом чланку нудимо свеобухватан водич кроз најбоље праксе пројектовања за CNC машинску обраду. Да бисмо саставили ове опсежне и ажуриране информације, затражили смо повратне информације од стручњака из индустрије и добављача услуга CNC машинске обраде. Ако оптимизујете трошкове, погледајте овај водич за пројектовање исплативих делова за CNC.
Шта је процес обраде на ЦНЦ машини?
CNC обрада је субтрактивна производна технологија. Код CNC-а, материјал се уклања из чврстог блока помоћу разних алата за сечење који се ротирају великом брзином – хиљадама о/мин – како би се произвео део на основу CAD модела. И метали и пластика могу се обрађивати CNC-ом.
Делови обрађени CNC машином имају високу димензионалну тачност и мале толеранције. CNC је погодан и за производњу великих количина и за појединачне послове. У ствари, CNC обрада је тренутно најисплативији начин производње металних прототипова, чак и у поређењу са 3D штампањем.
Која су главна ограничења CNC дизајна?
CNC нуди велику флексибилност у дизајну, али постоји неколико ограничења. Ова ограничења се односе на основну механику процеса резања и углавном се тичу геометрије алата и приступа алату.
Геометрија алата
Већина уобичајених CNC алата за резање (алата за глодалице и бушилице) имају цилиндрични облик и ограничену дужину резања.
Како се материјал уклања са радног предмета, геометрија алата се преноси на обрађени део. То значи, на пример, да унутрашњи углови CNC дела увек имају полупречник, без обзира на то колико је мали алат за резање коришћен.
Приступ алату
Да би уклонио материјал, алат за сечење се приближава радном предмету директно одозго. Елементи којима се не може приступити на овај начин не могу се обрађивати на CNC машини.
Постоји изузетак од овог правила: подрезивања. Постоји одељак о подрезивањима при крају овог чланка.
Препоручујемо да поравнате све карактеристике вашег модела (рупе, шупљине, вертикалне зидове итд.) са једним од шест главних праваца. Међутим, ово правило схватите као препоруку, а не као ограничење, јер 5-осни CNC системи нуде напредне могућности држања радних предмета.
Приступ алату је такође проблем приликом обраде елемената са великим односом дубине и ширине. Да бисте досегли дно дубоке шупљине, на пример, потребни су вам алати са продуженим дометом. То значи шири опсег кретања за крајњи ефектор, што повећава вибрације машине и смањује достижну тачност.
Производња ће се поједноставити ако дизајнирате делове који се могу обрађивати на ЦНЦ машини алатом који има највећи могући пречник и најкраћу могућу дужину.
Смернице за пројектовање CNC машина
Изазов који се често јавља приликом пројектовања дела за CNC машинску обраду јесте да не постоје специфични стандарди за целу индустрију. Произвођачи CNC машина и алата континуирано побољшавају могућности технологије, проширујући границе онога што је могуће. Табела испод сумира препоручене и изводљиве вредности за најчешће карактеристике које се срећу код делова обрађених CNC машином.
Шупљине и џепови
Препоручена дубина шупљине: 4 пута већа од ширине шупљине
Алати за глодање имају ограничену дужину резања (обично 3-4 пута већу од свог пречника). Скретање алата, одвођење струготине и вибрације постају израженији када шупљине имају мањи однос дубине и ширине.
Ограничавање дубине шупљине на четири пута већу ширину обезбеђује добре резултате.
Ако су потребне веће дубине, размотрите пројектовање делова са променљивом дубином шупљине.
Глодање дубоких шупљина: Шупљине дубине веће од шест пута пречника алата сматрају се дубоким. Однос пречника алата и дубине шупљине до 30:1 је могућ коришћењем специјализованих алата (максимална дубина: 35 цм са глодалицом пречника 1 инча).
Шупљине и џепови
Вертикални радијус угла
Препоручено: ⅓ пута дубина шупљине (или веће)
Коришћење препоручене вредности за унутрашње радијусе углова осигурава да се може користити алат одговарајућег пречника и да се поравна са смерницама за препоручену дубину шупљине.
Незнатно повећање радијуса углова изнад препоручене вредности (нпр. за 1 мм) омогућава алату да сече по кружној путањи уместо под углом од 90 степени. Ово је пожељно јер резултира квалитетнијом завршном обрадом површине. Ако су потребни оштри унутрашњи углови од 90 степени, размислите о додавању Т-боун подреза уместо смањења радијуса угла.
Радијус пода
Препоручује се: 0.5 mm, 1 mm или без радијуса
Изводљиво: било који радијус
Глодалице имају равну или благо заобљену доњу резну ивицу. Остали радијуси дна могу се обрадити помоћу алата са кугличним крајем. Добра је пракса пројектовања користити препоручене вредности, јер то преферирају стручњаци за машинску глодалицу.
Танки зидови
Минимална дебљина зида
Препоручено: 0.8 мм (метали), 1.5 мм (пластика)
Изводљиво: 0.5 мм (метали), 1.0 мм (пластика)
Смањење дебљине зида смањује крутост материјала, што повећава вибрације током обраде и смањује достижну тачност. Пластика је склона савијању (због заосталих напона) и омекшавању (због повећања температуре), па се препоручује већа минимална дебљина зида. Горе наведене изводљиве вредности треба испитати од случаја до случаја.
Рупе
пречник
Препоручено: стандардна бургија
Изводљиво: било који пречник већи од 1 мм
Рупе се обрађују помоћу бургије или глодалице. Величина бургија је стандардизована (у метричким и империјалним јединицама). Развртачи и алати за бушење се користе за завршну обраду рупа које захтевају мале толеранције. За рупе високе прецизности пречника мањег од 20 мм, препоручује се употреба стандардног пречника.
Максимална дубина
Препоручује се: 4 пута номинални пречник
Типично: 10 пута номинални пречник
Изводљиво: 40 пута номинални пречник
Рупе нестандардног пречника морају се обрадити глодалицом. У овом случају, важе ограничења максималне дубине шупљине и треба користити препоручену максималну вредност дубине. Рупе дубље од типичне вредности обрађују се специјализованим бургијама (са минималним пречником од 3 мм). Слепе рупе обрађене бургијом имају конусни облик дна (угао од 135 степени), док су рупе обрађене глодалицом равне.
Не постоји посебна преференција између пролазних или слепих рупа код ЦНЦ обраде.
Теме
Величина навоја
Минимална: М1 (и ниже, у неким случајевима)
Препоручује се: М6 или већи
Навоји се секу навојним свеђима, а спољашњи навоји помоћу матрица. Навојне свеђи и свеђи могу се користити за сечење навоја до М2. ЦНЦ алати за нарезивање навоја су уобичајени и преферирају их машинисти, јер ограничавају ризик од ломљења навоја. ЦНЦ алати за нарезивање навоја могу се користити за сечење навоја до М6.
Дужина навоја
Минимална: 1.5 пута номинални пречник
Препоручује се: 3 пута номинални пречник
Већину оптерећења примењеног на навој преузима неколико првих зубаца (до 1.5 пута већег номиналног пречника). Навоји дужи од 3 пута већег номиналног пречника стога нису потребни.
За навоје у слепим рупама исечене навојним свердлима (тј. све навоје мање од М6), додајте дужину без навоја једнаку 1.5 пута већој од номиналног пречника на дну рупе. Када се може користити ЦНЦ алат за нарезивање навоја (тј. навоји већи од М6), рупа се може нарезати навојем по целој својој дужини.
Мале карактеристике
Минимални пречник отвора
Препоручује се: 2.5 мм (0.1 инча)
Изводљиво: 0.05 мм (0.005 инча)
Већина машинских радионица може прецизно да обради шупљине и рупе користећи алате пречника до 2.5 мм (0.1 инча). Све испод ове границе сматра се микрообрадом. За обраду таквих карактеристика потребни су специјализовани алати (микро-бушилице) и стручно знање јер се физика процеса резања мења са овом скалом. Осим ако није апсолутно неопходно, препорука је да их избегавате.
Толеранције
Типично: +-0.1 мм
Изводљиво: +-0.02 мм
Наше толеранције су или 2768 средња или фина. Ако толеранције нису наведене, производни партнери ће користити одабрану класу 2768.
Толеранције дефинишу границе за прихватљиву димензију. Достижне толеранције варирају у зависности од основне димензије и геометрије дела. Горе наведене вредности су разумне смернице.
Текст и натписи
Препоручено: величина фонта 20 (или већа), гравирано 5 мм
Гравирани текст је пожељнији од рељефног текста, јер се уклања мање материјала. Препоручује се коришћење минималне величине фонта sans -serif од -20 (нпр. Arial или Verdana). Многе CNC машине имају унапред програмиране рутине за ове фонтове.
Подешавања CNC машина и оријентација делова
Шема дела који захтева више подешавања
Приступ алатима је једно од главних ограничења дизајна у CNC обради. Да би се досегле све површине модела, радни предмет се мора ротирати више пута.
Кад год се радни предмет ротира, машина мора бити поново калибрисана и мора се дефинисати нови координатни систем.
Приликом пројектовања, важно је размотрити подешавања машине из два разлога:
Укупан број подешавања машине утиче на трошкове. Ротирање и поновно поравнавање дела захтева ручни рад и повећава укупно време обраде. Ово је често прихватљиво ако део треба ротирати до три или четири пута, али све изнад овог ограничења је прекомерно.
Да би се постигла максимална релативна тачност позиционирања, две карактеристике морају бити обрађене у истом подешавању. То је зато што нови корак калибрације уводи малу (али не занемарљиву) грешку.
Шта је 5-осна CNC обрада?
Петоосна ЦНЦ машина помера алате за резање или делове дуж пет оса истовремено. Вишеосне ЦНЦ машине могу да производе делове са сложеним геометријама, јер нуде две додатне ротационе осе. Ове машине елиминишу потребу за вишеструким подешавањима машине.
Које су предности и ограничења петоосне ЦНЦ обраде?
Петоосна CNC обрада омогућава алату да константно остане тангенцијалан у односу на површину резања. Путање алата могу бити сложеније и ефикасније, што резултира деловима са бољом завршном обрадом површине и краћим временом обраде.
Уз то речено, 5-осовински CNC има своја ограничења. Основна геометрија алата и ограничења приступа алату и даље важе (на пример, делови са унутрашњом геометријом не могу се обрађивати). Штавише, трошкови коришћења таквих система су већи.
CNC обрада подреза
Подрези су елементи који се не могу обрадити стандардним алатима за сечење, јер неке од њихових површина нису директно доступне одозго.
Постоје две главне врсте подреза: Т-жлебови и ластинин реп. Подрези могу бити једнострани или двострани и обрађују се помоћу специјалних алата.
Алати за сечење Т-жлебова су направљени од хоризонталног сечива причвршћеног за вертикално вратило. Ширина подреза може да варира између 3 мм и 40 мм. Препоручујемо коришћење стандардних величина за ширину (нпр. инкременте од целог милиметра или стандардне инчне разломке), јер је вероватније да је одговарајући алат већ доступан.
За алате за сечење ластавичиног репа, угао је дефинишућа величина елемента. Алат за ластавичин реп од 45 и 60 степени сматра се стандардним. Алати са углом од 5, 10 и до 120 степени (у корацима од 10 степени) такође постоје, али се ређе користе.
Т-жлеб (лево), подрез у облику ластиног репа (у средини) и једнострани подрез на унутрашњем зиду (десно).
Дизајн подреза за CNC машинску обраду
Приликом пројектовања делова са подрезима на унутрашњим зидовима, не заборавите да додате довољно простора за алат. Добро правило је да додате простор једнак најмање четири пута већем од дубине подреза између обрађеног зида и било ког другог унутрашњег зида.
За стандардне алате, типичан однос између пречника резања и пречника вратила је 2:1, чиме се ограничава дубина резања. Када је потребно нестандардно подрезивање, уобичајена је пракса да машинске радионице производе сопствене алате за подрезивање по мери. Ово може повећати време израде и трошкове, па то треба избегавати ако је могуће.
Израда техничког цртежа
Техничке цртеже понекад користе инжењери да би машинисти пренели специфичне производне захтеве.
Отпремање техничког цртежа са вашом понудом
Обично не захтевамо технички цртеж за поруџбине на нашој платформи, али у неким случајевима, они могу додати вредан контекст захтеву за понуду. Одређене спецификације дизајна не могу бити укључене у STEP или IGES датотеку. На пример, мораћете да укључите 2Д технички цртеж ако ваш модел садржи навојне рупе или вратила и/или димензије са толеранцијама мањим од изабране класе 2768.
Ако додајете технички цртеж, уверите се да се подудара са спецификацијама отпремљених датотека. Ако се технички цртежи не подударају са отпремљеним датотекама или спецификацијама понуде:
Спецификације понуде се сматрају референтном тачком за технологију, материјал и завршну обраду површине.
Технички цртежи се сматрају референтном тачком за спецификације навоја, спецификације толеранција, детаље површинске обраде, захтеве за означавање делова и спецификације термичке обраде.
CAD датотека се сматра референтном тачком за дизајн дела, геометрију, димензије и локације карактеристика.
Које су најбоље праксе за CNC обраду?
Пројектовати делове који се могу обрађивати алатом са највећим могућим пречником.
Додајте велике филете (најмање ⅓ пута дубине шупљине) на све унутрашње вертикалне углове.
Ограничите дубину шупљина на 4 пута већу од њихове ширине.
Ускладите главне карактеристике вашег дизајна са једним од шест главних праваца. Ако то није могуће, 5-осна CNC обрада је опција.
Уз цртеж доставите и технички цртеж ако ваш дизајн укључује навоје, толеранције, спецификације завршне обраде површине или друге напомене за оператера машине.
Да ли имате делове које треба CNC обрадити? Молимо контактирајте наш Gazfull тим.