Paano magdisenyo ng mga bahagi para sa CNC machining
Sa kumpletong gabay na ito sa pagdidisenyo para sa CNC machining, pinagsama-sama namin ang mga pangunahin at advanced na kasanayan sa disenyo at mga tip upang matulungan kang makamit ang pinakamahusay na mga resulta para sa iyong mga pasadyang bahagi.
May ilang madaling hakbang na maaari mong gawin upang ma-optimize ang iyong mga disenyo para sa computer numerical control (CNC) machining. Sa pamamagitan ng pagsunod sa mga tuntunin ng design-for-manufacturing (DFM), mas mapapakinabangan mo ang malawak na kakayahan ng CNC machining. Gayunpaman, maaaring maging mahirap ito, dahil walang umiiral na mga pamantayang partikular sa buong industriya.
Sa artikulong ito, nag-aalok kami ng komprehensibong gabay sa mga pinakamahusay na kasanayan sa disenyo para sa CNC machining. Upang makalap ang malawak at napapanahong impormasyong ito, humingi kami ng feedback mula sa mga eksperto sa industriya at mga tagapagbigay ng serbisyo sa CNC machining. Kung nag-o-optimize ka para sa mga gastos, tingnan ang gabay na ito sa pagdidisenyo ng mga cost-effective na bahagi para sa CNC.
Ano ang proseso ng CNC machining?
Ang CNC machining ay isang subtractive manufacturing technology. Sa CNC, ang materyal ay tinatanggal mula sa isang solidong bloke gamit ang iba't ibang cutting tool na umiikot sa mataas na bilis—libong RPM—upang makagawa ng isang bahagi batay sa isang CAD model. Ang parehong metal at plastik ay maaaring i-CNC machine.
Ang mga bahaging nilagyan ng CNC machine ay may mataas na katumpakan sa dimensyon at mahigpit na tolerance. Ang CNC ay angkop para sa parehong mataas na volume ng produksyon at mga minsanang trabaho. Sa katunayan, ang CNC machining sa kasalukuyan ang pinaka-cost-effective na paraan ng paggawa ng mga metal prototype, kahit pa kumpara sa 3D printing.
Ano ang mga pangunahing limitasyon sa disenyo ng CNC?
Nag-aalok ang CNC ng mahusay na kakayahang umangkop sa disenyo, ngunit may ilang mga paghihigpit. Ang mga limitasyong ito ay nauugnay sa mga pangunahing mekanika ng proseso ng pagputol at higit sa lahat ay may kinalaman sa geometry ng tool at pag-access ng tool.
Geometry ng tool
Karamihan sa mga karaniwang CNC cutting tool (end mill tools at drills) ay may cylindrical na hugis at limitadong cutting length.
Habang ang materyal ay tinanggal mula sa workpiece, ang geometry ng tool ay inililipat sa isang machined na bahagi. Nangangahulugan ito, halimbawa, na ang mga panloob na sulok ng bahagi ng CNC ay palaging may radius, gaano man kaliit ang ginamit na tool sa paggupit.
Access sa tool
Upang alisin ang materyal, ang cutting tool ay direktang lumalapit sa workpiece mula sa itaas. Ang mga tampok na hindi ma-access sa ganitong paraan ay hindi maaaring makinang ng CNC.
May eksepsiyon sa panuntunang ito: mga undercut. May seksyon tungkol sa mga undercut sa bandang huli ng artikulong ito.
Inirerekomenda namin ang pag-align ng lahat ng katangian ng iyong modelo (mga butas, mga lukab, mga patayong dingding, atbp.) sa isa sa anim na pangunahing direksyon. Gayunpaman, tingnan ang panuntunang ito bilang isang rekomendasyon at hindi isang paghihigpit, dahil ang mga 5-axis CNC system ay nag-aalok ng mga advanced na kakayahan sa paghawak ng workpiece.
Ang pag-access sa tool ay isa ring isyu kapag ang mga tampok sa machining na may malaking depth-to-width ratio. Upang maabot ang ilalim ng isang malalim na lukab, halimbawa, kailangan mo ng mga tool na may pinalawak na abot. Nangangahulugan ito ng isang mas malawak na hanay ng paggalaw para sa end effector, na nagpapataas sa machine chatter at nagpapababa sa maaabot na katumpakan.
Pasimplehin nito ang produksyon kung magdidisenyo ka ng mga bahagi na maaaring makinang ng CNC gamit ang tool na may pinakamalaking posibleng diameter at pinakamaikling posibleng haba.
Mga alituntunin sa disenyo ng CNC
Isang hamong madalas na lumalabas habang nagdidisenyo ng isang bahagi para sa CNC machining ay ang kawalan ng mga tiyak na pamantayan sa buong industriya. Patuloy na pinapabuti ng mga tagagawa ng CNC machine at tool ang mga kakayahan ng teknolohiya, na nagpapalawak ng mga limitasyon ng kung ano ang posible. Ang talahanayan sa ibaba ay nagbubuod ng mga inirerekomenda at magagawang halaga para sa mga pinakakaraniwang tampok na matatagpuan sa mga bahaging makinado sa CNC.
Mga lukab at bulsa
Inirerekomendang lalim ng lukab: 4 na beses ang lapad ng lukab
Ang mga end mill tool ay may limitadong haba ng paggupit (karaniwan ay 3-4 na beses ng kanilang diyametro). Ang pagpapalihis ng tool, pag-alis ng mga bitak, at mga panginginig ng boses ay nagiging mas kitang-kita kapag ang mga butas ay may mas maliit na ratio ng lalim-sa-lapad.
Ang paglimita sa lalim ng lukab sa apat na beses na mas lapad nito ay nagsisiguro ng magagandang resulta.
Kung kinakailangan ang mas malalaking lalim, isaalang-alang ang pagdisenyo ng mga bahagi na may pabagu-bagong lalim ng lukab.
Malalim na paggiling gamit ang butas: Ang mga butas na may lalim na higit sa anim na beses ang diyametro ng kagamitan ay itinuturing na lalim. Posible ang ratio ng diyametro-sa-lubak na lalim ng kagamitan na hanggang 30:1 gamit ang espesyal na kagamitan (pinakamataas na lalim: 35 cm na may 1-pulgadang diyametro ng end mill tool).
Mga lukab at bulsa
Radius ng patayong sulok
Inirerekomenda: ⅓ beses ang lalim ng lukab (o mas malaki pa)
Ang paggamit ng inirerekomendang halaga para sa panloob na radius ng sulok ay tinitiyak na magagamit ang angkop na kagamitan sa diyametro at naaayon sa mga alituntunin para sa inirerekomendang lalim ng lukab.
Ang pagtataas ng radius ng sulok nang bahagya sa rekomendadong halaga (hal. ng 1 mm), ay nagbibigay-daan sa kagamitan na putulin ang isang pabilog na landas sa halip na isang anggulong 90. Mas mainam ito dahil nagreresulta ito sa mas mataas na kalidad ng ibabaw. Kung kinakailangan ang matalas na 90-degree na panloob na sulok, isaalang-alang ang pagdaragdag ng T-bone undercut sa halip na bawasan ang radius ng sulok.
Radius ng sahig
Inirerekomenda: 0.5 mm, 1 mm o walang radius
Magagawa: anumang radius
Ang mga end mill tool ay may patag o bahagyang bilugan na ibabang cutting edge. Ang iba pang floor radii ay maaaring makinahin gamit ang mga ball end tool. Mainam na kasanayan sa disenyo na gamitin ang mga inirerekomendang halaga, dahil ito ang mas gusto ng mga machinist.
Manipis na pader
Pinakamababang kapal ng pader
Inirerekomenda: 0.8 mm (mga metal), 1.5 mm (mga plastik)
Posible: 0.5 mm (mga metal), 1.0 mm (mga plastik)
Ang pagbabawas ng kapal ng dingding ay nakakabawas sa higpit ng materyal, na nagpapataas ng mga panginginig ng boses habang ginagawa ang makina at nagpapababa sa makakamit na katumpakan. Ang mga plastik ay madaling kapitan ng pagbaluktot (dahil sa mga natitirang stress) at paglambot (dahil sa pagtaas ng temperatura), kaya inirerekomenda ang mas malaking minimum na kapal ng dingding. Ang mga posibleng halagang nakasaad sa itaas ay dapat suriin sa bawat kaso.
Butas
dyametro
Inirerekomenda: karaniwang drill bit
Posible: anumang diyametro na mas malaki sa 1 mm
Ang mga butas ay minamakina gamit ang alinman sa drill bit o end mill tool. Ang laki ng mga drill bit ay istandardisado (sa metric at imperial units). Ang mga reamer at boring tool ay ginagamit upang tapusin ang mga butas na nangangailangan ng masisikip na tolerance. Para sa mga butas na may mataas na katumpakan na may diyametro na mas maliit sa 20 mm, inirerekomenda ang paggamit ng karaniwang diyametro.
Pinakamataas na lalim
Inirerekomenda: 4 beses ang nominal na diyametro
Karaniwan: 10 beses ang nominal na diyametro
Magagawa: 40 beses ang nominal na diyametro
Ang mga butas na may hindi karaniwang diyametro ay dapat makinahin gamit ang isang end mill tool. Sa kasong ito, ang pinakamataas na limitasyon sa lalim ng lukab ay nalalapat at ang inirerekomendang pinakamataas na halaga ng lalim ay dapat gamitin. Ang mga butas na mas malalim kaysa sa karaniwang halaga ay makinahin gamit ang mga espesyal na drill bit (na may minimum na diyametro na 3mm). Ang mga blind hole na makinahin gamit ang isang drill ay may conical floor (135-degree na anggulo), habang ang mga butas na makinahin gamit ang isang end mill tool ay patag.
Walang partikular na kagustuhan sa pagitan ng mga through hole o blind hole sa CNC machining.
Thread
Laki ng sinulid
Minimum: M1 (at mas mababa, sa ilang mga kaso)
Inirerekomenda: M6 o mas malaki pa
Ang mga sinulid ay pinuputol gamit ang mga gripo at ang mga panlabas na sinulid ay gamit ang mga die. Maaaring gamitin ang mga gripo at die upang putulin ang mga sinulid hanggang M2. Karaniwan ang mga CNC threading tool at mas gusto ng mga machinist, dahil nililimitahan nito ang panganib ng pagkabasag ng gripo. Maaaring gamitin ang mga CNC threading tool upang putulin ang mga sinulid hanggang M6.
Haba ng Thread
Minimum: 1.5 beses ang nominal na diyametro
Inirerekomenda: 3 beses ang nominal na diyametro
Ang karamihan ng karga na inilalapat sa isang sinulid ay kinukuha ng ilang unang ngipin (hanggang 1.5 beses ng nominal na diyametro). Kaya naman hindi kinakailangan ang mga sinulid na mas mahaba sa 3 beses ng nominal na diyametro.
Para sa mga sinulid sa mga blind hole na pinutol gamit ang mga gripo (ibig sabihin, lahat ng sinulid na mas maliit sa M6), magdagdag ng haba na walang sinulid na katumbas ng 1.5 beses ng nominal na diyametro sa ilalim ng butas. Kapag maaaring gumamit ng CNC threading tool (ibig sabihin, mga sinulid na mas malaki sa M6), maaaring i-thread ang butas sa buong haba nito.
Maliit na mga tampok
Minimum na diameter ng butas
Inirerekomenda: 2.5 mm (0.1 pulgada.”)
Magagawa: 0.05 mm (0.005 pulgada.”)
Karamihan sa mga machine shop ay kayang mag-machine ng mga cavity at butas gamit ang mga tool na hanggang 2.5 mm (0.1 pulgada) ang diyametro. Anumang bagay na mas mababa sa limitasyong ito ay itinuturing na micro-machining. Kinakailangan ang mga espesyal na tool (micro-drills) at kaalaman ng eksperto upang ma-machine ang mga naturang katangian dahil ang pisika ng proseso ng pagputol ay nagbabago kasabay ng iskala na ito. Maliban kung talagang kinakailangan, ang rekomendasyon ay iwasan ang mga ito.
Mga Toleransya
Karaniwan: +-0.1 mm
Magagawa: +-0.02 mm
Ang aming mga tolerance ay alinman sa 2768 medium o fine. Kung walang tinukoy na mga tolerance, gagamitin ng mga kasosyo sa pagmamanupaktura ang napiling grado na 2768.
Tinutukoy ng mga tolerance ang mga hangganan para sa isang katanggap-tanggap na dimensyon. Ang mga makakamit na tolerance ay nag-iiba ayon sa base dimension at geometry ng bahagi. Ang mga halaga sa itaas ay mga makatwirang gabay lamang.
Teksto at mga letra
Inirerekomenda: laki ng font na 20 (o mas malaki), 5 mm na nakaukit
Mas gusto ang naka-ukit na text kaysa sa naka-emboss na text, dahil mas kaunting materyal ang inaalis. Ang paggamit ng pinakamababang sukat na -20 sans -serif na font (hal. Arial o Verdana) ay inirerekomenda. Maraming CNC machine ang may mga naka-program na gawain para sa mga font na ito.
Mga setup ng makina ng CNC at oryentasyon ng mga bahagi
Eskematiko ng isang bahagi na nangangailangan ng maraming pag-setup
Ang pag-access sa tool ay isa sa mga pangunahing limitasyon sa disenyo sa CNC machining. Upang maabot ang lahat ng ibabaw ng modelo, ang workpiece ay kailangang paikutin nang maraming beses.
Sa tuwing iikot ang workpiece, kailangang muling i-calibrate ang makina at kailangang tukuyin ang isang bagong sistema ng coordinate.
Kapag nagdidisenyo, mahalagang isaalang-alang ang mga setup ng makina para sa dalawang kadahilanan:
Ang kabuuang bilang ng mga setup ng makina ay nakakaapekto sa gastos. Ang pag-ikot at muling pag-aayos ng bahagi ay nangangailangan ng manu-manong trabaho at nagpapataas ng kabuuang oras ng pagma-machining. Kadalasang katanggap-tanggap ito kung ang bahagi ay kailangang iikot nang hanggang tatlo o apat na beses, ngunit ang anumang higit sa limitasyong ito ay labis.
Upang makamit ang pinakamataas na relatibong katumpakan sa posisyon, dalawang katangian ang dapat i-machine sa iisang setup. Ito ay dahil ang bagong hakbang sa pagkakalibrate ay nagdudulot ng maliit (ngunit hindi maaaring balewalain) na error.
Ano ang 5-axis CNC machining?
Ang isang 5-axis CNC machine ay sabay-sabay na naglilipat ng mga cutting tool o bahagi sa limang axes. Ang mga multi-axis CNC machine ay maaaring gumawa ng mga bahagi na may kumplikadong geometry, dahil nag-aalok ang mga ito ng dalawang karagdagang rotational axes. Inaalis ng mga makinang ito ang pangangailangan para sa maraming setup ng makina.
Ano ang mga kalamangan at limitasyon ng 5-axis CNC machining?
Ang five-axis CNC machining ay nagbibigay-daan sa tool na manatiling palaging nakadikit sa cutting surface. Ang mga path ng tool ay maaaring maging mas masalimuot at mahusay, na nagreresulta sa mga bahagi na may mas mahusay na surface finish at mas mababang oras ng machining.
Gayunpaman, ang 5-axis CNC ay may mga limitasyon. Nalalapat pa rin ang mga limitasyon sa basic tool geometry at tool access (halimbawa, ang mga bahaging may internal geometry ay hindi maaaring makinahin). Bukod dito, mas mataas ang gastos sa paggamit ng mga naturang sistema.
Mga undercut ng CNC machining
Ang mga undercut ay mga feature na hindi ma-machine gamit ang karaniwang cutting tool, dahil ang ilan sa mga surface nito ay hindi direktang naa-access mula sa itaas.
Mayroong dalawang pangunahing uri ng mga undercut: T-slots at dovetails. Ang mga undercut ay maaaring one-sided o double-sided at ginagawang makina gamit ang mga espesyal na tool.
Ang mga tool sa pagputol ng T-slot ay gawa sa isang pahalang na cutting blade na nakakabit sa isang vertical shaft. Ang lapad ng isang undercut ay maaaring mag-iba sa pagitan ng 3mm at 40mm. Inirerekumenda namin ang paggamit ng mga karaniwang sukat para sa lapad (ibig sabihin, buong millimeter increments o karaniwang inch fractions), dahil mas malamang na ang isang naaangkop na tool ay magagamit na.
Para sa mga tool sa paggupit ng dovetail, ang anggulo ay ang pagtukoy sa laki ng tampok. Ang parehong 45- at 60-degree na dovetail tool ay itinuturing na pamantayan. Ang mga tool na may anggulong 5-, 10- at hanggang 120-degree (sa 10 degree increments) ay mayroon din ngunit hindi gaanong karaniwang ginagamit.
Isang T-slot (kaliwa), isang dovetail undercut (gitna), at isang one-sided undercut sa panloob na dingding (kanan).
Disenyo ng undercut para sa CNC machining
Kapag nagdidisenyo ng mga bahaging may mga undercut sa mga panloob na dingding, tandaan na magdagdag ng sapat na espasyo para sa kagamitan. Ang isang mabuting tuntunin ay ang pagdaragdag ng espasyo na katumbas ng hindi bababa sa apat na beses ang lalim ng undercut sa pagitan ng dingding na ginawa at anumang iba pang panloob na dingding.
Para sa mga karaniwang kagamitan, ang karaniwang ratio sa pagitan ng cutting diameter at diameter ng shaft ay 2:1, kaya nililimitahan ang cutting depth. Kapag kinakailangan ang isang hindi karaniwang undercut, karaniwang gawain para sa mga machine shop na gumawa ng sarili nilang custom na undercut tool. Maaari itong magdagdag sa lead time at gastos, kaya iwasan ito kung maaari.
Pag-draft ng isang teknikal na pagguhit
Ang mga teknikal na guhit ay minsan ginagamit ng mga inhinyero upang ipaalam ang mga partikular na kinakailangan sa pagmamanupaktura sa machinist.
Pag-upload ng teknikal na drowing kasama ang iyong sipi
Hindi namin karaniwang hinihingi ang isang teknikal na drowing para sa mga order sa aming platform, ngunit sa ilang mga kaso, maaari itong magdagdag ng mahalagang konteksto sa isang kahilingan sa sipi. Ang ilang mga detalye ng disenyo ay hindi maaaring isama sa isang STEP o IGES file. Halimbawa, kakailanganin mong magsama ng isang 2D teknikal na drowing kung ang iyong modelo ay may kasamang mga may sinulid na butas o shaft at/o mga dimensyon na may mga tolerance na mas mahigpit kaysa sa napiling 2768 grade.
Kung magdadagdag ka ng teknikal na drowing, siguraduhing tumutugma ito sa mga detalye ng mga file na na-upload. Kung ang mga teknikal na drowing ay hindi tumutugma sa mga file na na-upload o sa mga detalye ng quote:
Ang mga detalye ng presyo ay itinuturing na punto ng sanggunian para sa teknolohiya, materyal, at mga pagtatapos ng ibabaw.
Ang mga teknikal na drowing ay itinuturing na punto ng sanggunian para sa mga detalye ng sinulid, mga detalye ng tolerance, mga detalye ng surface finish, mga kahilingan sa pagmamarka ng bahagi, at mga detalye ng heat treatment.
Ang CAD file ay itinuturing na punto ng sanggunian para sa disenyo ng bahagi, geometry, dimensyon at mga lokasyon ng tampok.
Ano ang mga pinakamahusay na kasanayan para sa CNC machining?
Idisenyo ang mga bahaging maaaring makinahin gamit ang kagamitang may pinakamalaking posibleng diyametro.
Idagdag ang malalaking fillet (hindi bababa sa ⅓ beses ang lalim ng lukab) sa lahat ng panloob na patayong sulok.
Limitahan ang lalim ng mga butas sa 4 na beses ng kanilang lapad.
Iayon ang mga pangunahing katangian ng iyong disenyo sa isa sa anim na pangunahing direksyon. Kung hindi iyon posible, ang 5-axis CNC machining ay isang opsyon.
Magsumite ng teknikal na drowing kasama ng iyong drowing kung ang iyong disenyo ay may kasamang mga sinulid, tolerance, mga detalye ng surface finish o iba pang mga tala para sa operator ng makina.
May mga piyesa ka bang kailangan ipa-CNC machine? Mangyaring makipag-ugnayan sa aming Gazfull team.