CNC işleme için parçalar nasıl tasarlanır
CNC işleme için tasarım konusunda hazırladığımız bu kapsamlı kılavuzda, özel parçalarınız için en iyi sonuçları elde etmenize yardımcı olacak temel ve ileri düzey tasarım uygulamalarını ve ipuçlarını derledik.
Bilgisayar kontrollü (CNC) işleme için tasarımlarınızı optimize etmek için atabileceğiniz birkaç kolay adım vardır. Üretim için tasarım (DFM) kurallarına uyarak, CNC işlemenin geniş yeteneklerinden daha fazla verim alabilirsiniz. Ancak, sektör genelinde belirli standartlar bulunmadığı için bu zorlayıcı olabilir.
Bu makalede, CNC işleme için en iyi tasarım uygulamalarına dair kapsamlı bir kılavuz sunuyoruz. Bu kapsamlı ve güncel bilgileri derlemek için sektör uzmanlarından ve CNC işleme hizmet sağlayıcılarından geri bildirim aldık. Maliyetleri optimize ediyorsanız, CNC için uygun maliyetli parçalar tasarlamaya yönelik bu kılavuza göz atın.
CNC işleme süreci nedir?
CNC işleme, eksiltici bir imalat teknolojisidir. CNC'de, bir CAD modeline dayalı bir parça üretmek için, yüksek hızda (binlerce RPM) dönen çeşitli kesici takımlar kullanılarak katı bir bloktan malzeme çıkarılır. Hem metaller hem de plastikler CNC ile işlenebilir.
CNC ile işlenmiş parçalar yüksek boyutsal hassasiyete ve dar toleranslara sahiptir. CNC hem yüksek hacimli üretim hem de tek seferlik işler için uygundur. Aslında, CNC işleme şu anda 3D baskıya kıyasla bile metal prototipler üretmenin en uygun maliyetli yoludur.
CNC tasarımının başlıca kısıtlamaları nelerdir?
CNC mükemmel tasarım esnekliği sunar ancak birkaç kısıtlama vardır. Bu sınırlamalar kesme işleminin temel mekaniği ile ilgilidir ve esas olarak takım geometrisi ve takım erişimi ile ilgilidir.
Takım geometrisi
En yaygın CNC kesici takımlar (uç freze takımları ve matkaplar) silindirik bir şekle ve sınırlı bir kesme uzunluğuna sahiptir.
İş parçasından malzeme çıkarıldığında takımın geometrisi işlenmiş parçaya aktarılır. Bu, örneğin bir CNC parçasının iç köşelerinin, kesici takım ne kadar küçük olursa olsun, her zaman bir yarıçapa sahip olduğu anlamına gelir.
Araç erişimi
Malzemeyi çıkarmak için kesici takım iş parçasına doğrudan yukarıdan yaklaşır. Bu şekilde erişilemeyen özellikler CNC ile işlenemez.
Bu kuralın bir istisnası var: alt kesimler. Bu makalenin sonlarına doğru alt kesimlerle ilgili bir bölüm bulunmaktadır.
Modelinizin tüm özelliklerini (delikler, boşluklar, dikey duvarlar vb.) altı ana yönden birine hizalamanızı öneririz. Ancak, bu kuralı bir kısıtlama değil, bir öneri olarak görün; çünkü 5 eksenli CNC sistemleri gelişmiş iş parçası tutma yetenekleri sunmaktadır.
Takım erişimi aynı zamanda büyük derinlik/genişlik oranına sahip özelliklerin işlenmesi sırasında da bir sorundur. Örneğin derin bir oyuğun dibine ulaşmak için uzun erişime sahip aletlere ihtiyacınız vardır. Bu, uç efektör için daha geniş bir hareket aralığı anlamına gelir, bu da makinenin sesini artırır ve ulaşılabilir doğruluğu azaltır.
Mümkün olan en büyük çapa ve mümkün olan en kısa uzunluğa sahip takımla CNC ile işlenebilecek parçalar tasarlarsanız üretimi kolaylaştıracaksınız.
CNC tasarım kılavuzları
CNC işleme için bir parça tasarlarken sıklıkla karşılaşılan bir zorluk, sektör genelinde geçerli belirli standartların olmamasıdır. CNC makine ve takım üreticileri, teknolojinin yeteneklerini sürekli olarak geliştirerek, mümkün olanın sınırlarını genişletmektedir. Aşağıdaki tablo, CNC işlenmiş parçalarda en sık karşılaşılan özellikler için önerilen ve uygulanabilir değerleri özetlemektedir.
Boşluklar ve cepler
Önerilen oyuk derinliği: Oyuk genişliğinin 4 katı
Parmak freze takımlarının kesme uzunluğu sınırlıdır (tipik olarak çaplarının 3-4 katı). Oyukların derinlik-genişlik oranı daha küçük olduğunda takım sapması, talaş tahliyesi ve titreşimler daha belirgin hale gelir.
Oyuğun derinliğini genişliğinin dört katı ile sınırlamak iyi sonuçlar sağlar.
Daha büyük derinlikler gerekiyorsa, değişken boşluk derinliğine sahip parçalar tasarlamayı düşünün.
Derin oyuk frezeleme: Takım çapının altı katından daha derin oyuklar derin olarak kabul edilir. Özel takımlar kullanılarak 30:1'e kadar takım çapı-oyuk derinliği oranı elde edilebilir (maksimum derinlik: 1 inç çaplı bir freze ucuyla 35 cm).
Boşluklar ve cepler
Dikey köşe yarıçapı
Önerilen miktar: Kavite derinliğinin ⅓ katı (veya daha büyük)
İç köşe yarıçapları için önerilen değerin kullanılması, uygun çapta bir aletin kullanılmasını sağlar ve önerilen oyuk derinliği yönergeleriyle uyumludur.
Köşe yarıçaplarını önerilen değerin biraz üzerine (örneğin 1 mm) çıkarmak, aletin 90 derecelik bir açı yerine dairesel bir yol izleyerek kesim yapmasını sağlar. Bu, daha yüksek kaliteli bir yüzey elde edilmesini sağladığı için tercih edilir. Keskin 90 derecelik iç köşeler gerekiyorsa, köşe yarıçapını azaltmak yerine T şeklinde bir alt kesim eklemeyi düşünün.
Zemin yarıçapı
Önerilen: 0.5 mm, 1 mm veya yarıçap yok
Mümkün: herhangi bir yarıçap
Parmak freze takımlarının alt kesme kenarı düz veya hafifçe yuvarlaklaştırılmıştır. Diğer taban yarıçapları, küresel uçlu takımlar kullanılarak işlenebilir. Makinistler tarafından tercih edildiği için, önerilen değerleri kullanmak iyi bir tasarım uygulamasıdır.
ince duvarlar
Minimum duvar kalınlığı
Önerilen kalınlık: 0.8 mm (metaller), 1.5 mm (plastikler)
Uygulanabilir kalınlık: 0.5 mm (metaller), 1.0 mm (plastikler)
Duvar kalınlığının azaltılması, malzemenin sertliğini düşürür; bu da işleme sırasında titreşimleri artırır ve elde edilebilecek hassasiyeti azaltır. Plastikler (artık gerilmeler nedeniyle) bükülmeye ve (sıcaklık artışı nedeniyle) yumuşamaya eğilimlidir, bu nedenle daha büyük bir minimum duvar kalınlığı önerilir. Yukarıda belirtilen uygulanabilir değerler, her durum için ayrı ayrı incelenmelidir.
Delikler
Çap
Önerilen: standart matkap ucu
Uygulanabilir: 1 mm'den büyük herhangi bir çap
Delikler, matkap ucu veya freze ucu kullanılarak işlenir. Matkap uçlarının boyutları standartlaştırılmıştır (metrik ve inç birimlerinde). Raybalar ve delme takımları, sıkı tolerans gerektiren deliklerin son işleminde kullanılır. Çapı 20 mm'den küçük olan yüksek hassasiyetli delikler için standart çap kullanılması önerilir.
Maksimum derinlik
Önerilen: nominal çapın 4 katı
Tipik: nominal çapın 10 katı
Mümkün: nominal çapın 40 katı
Standart dışı çapa sahip delikler, freze ucu ile işlenmelidir. Bu durumda, maksimum oyuk derinliği sınırlamaları geçerlidir ve önerilen maksimum derinlik değeri kullanılmalıdır. Tipik değerden daha derin delikler, özel matkap uçları (minimum 3 mm çapında) kullanılarak işlenir. Matkapla işlenen kör delikler konik bir tabana (135 derece açı) sahipken, freze ucu ile işlenen delikler düzdür.
CNC işleme yönteminde delik açma veya kapalı delik açma arasında belirli bir tercih yoktur.
Threads
Diş boyutu
minimum: M1 (ve bazı durumlarda daha düşük seviyeler)
Önerilen: M6 veya daha büyük
Dişler kılavuzlarla, dış dişler ise paftalarla açılır. Kılavuzlar ve paftalar M2'ye kadar diş açmak için kullanılabilir. CNC diş açma takımları yaygındır ve kılavuz kırılması riskini azalttıkları için makinistler tarafından tercih edilir. CNC diş açma takımları M6'ya kadar diş açmak için kullanılabilir.
Diş uzunluğu
minimum: nominal çapın 1.5 katı
Önerilen: nominal çapın 3 katı
Dişliye uygulanan yükün büyük çoğunluğu ilk birkaç diş tarafından (nominal çapın 1.5 katına kadar) karşılanır. Bu nedenle nominal çapın 3 katından daha uzun dişlere gerek yoktur.
Kılavuzla açılan kör deliklerdeki dişler için (yani M6'dan küçük tüm dişler için), deliğin dibine nominal çapın 1.5 katına eşit dişsiz bir uzunluk ekleyin. CNC diş açma aleti kullanılabiliyorsa (yani M6'dan büyük dişler için), delik tüm uzunluğu boyunca diş açılabilir.
Küçük özellikler
Minimum delik çapı
Önerilen: 2.5 mm (0.1 inç).
Mümkün: 0.05 mm (0.005 inç).
Çoğu makine atölyesi, 2.5 mm (0.1 inç) çapa kadar olan aletleri kullanarak oyukları ve delikleri hassas bir şekilde işleyebilir. Bu sınırın altındaki her şey mikro işleme olarak kabul edilir. Bu ölçekte kesme işleminin fiziği değiştiği için, bu tür özellikleri işlemek için özel aletler (mikro matkaplar) ve uzman bilgisi gereklidir. Bu nedenle, kesinlikle gerekli olmadıkça bunlardan kaçınılması önerilir.
Toleranslar
Tipik: +-0.1 mm
Mümkün: +-0.02 mm
Toleranslarımız ya 2768 orta ya da ince seviyededir. Toleranslar belirtilmediği takdirde, üretim ortaklarımız seçilen 2768 kalitesini kullanacaktır.
Toleranslar, kabul edilebilir bir boyut için sınırları tanımlar. Elde edilebilecek toleranslar, temel boyuta ve parçanın geometrisine göre değişir. Yukarıdaki değerler makul kılavuzlardır.
Metin ve harfler
Önerilen: yazı tipi boyutu 20 (veya daha büyük), 5 mm oyma
Daha az malzeme kaldırıldığı için kabartmalı metin yerine oyulmuş metin tercih edilir. Minimum -20 sans -serif yazı tipi (örn. Arial veya Verdana) kullanılması tavsiye edilir. Birçok CNC makinesinde bu yazı tipleri için önceden programlanmış rutinler bulunur.
CNC makine kurulumları ve parça oryantasyonu
Birden fazla kurulum gerektiren bir parçanın şematik gösterimi.
CNC işlemede en önemli tasarım sınırlamalarından biri takım erişimidir. Modelin tüm yüzeylerine ulaşmak için iş parçasının birden fazla kez döndürülmesi gerekir.
İş parçası her döndürüldüğünde, makinenin yeniden kalibre edilmesi ve yeni bir koordinat sisteminin tanımlanması gerekir.
Tasarım aşamasında, makine kurulumlarını iki nedenden dolayı dikkate almak önemlidir:
Toplam makine kurulum sayısı maliyeti etkiler. Parçanın döndürülmesi ve yeniden hizalanması manuel çalışma gerektirir ve toplam işleme süresini artırır. Parçanın üç veya dört defaya kadar döndürülmesi gerekiyorsa bu genellikle kabul edilebilir, ancak bu sınırın üzerindeki her şey aşırı olur.
Maksimum göreceli konum doğruluğunu elde etmek için, iki özelliğin aynı kurulumda işlenmesi gerekir. Bunun nedeni, yeni kalibrasyon adımının küçük (ancak ihmal edilemeyecek) bir hata getirmesidir.
5 eksenli CNC işleme nedir?
Beş eksenli bir CNC makinesi, kesici takımları veya parçaları aynı anda beş eksen boyunca hareket ettirir. Çok eksenli CNC makineleri, iki ek dönme ekseni sundukları için karmaşık geometrilere sahip parçalar üretebilirler. Bu makineler, birden fazla makine kurulumuna olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
5 eksenli CNC işleme yönteminin avantajları ve sınırlamaları nelerdir?
Beş eksenli CNC işleme, takımın kesme yüzeyine sürekli teğet kalmasını sağlar. Takım yolları daha karmaşık ve verimli olabilir, bu da daha iyi yüzey kalitesine ve daha kısa işleme sürelerine sahip parçalar elde edilmesini sağlar.
Bununla birlikte, 5 eksenli CNC'nin de sınırlamaları vardır. Temel takım geometrisi ve takım erişim sınırlamaları hala geçerlidir (örneğin, iç geometriye sahip parçalar işlenemez). Dahası, bu tür sistemlerin kullanım maliyeti daha yüksektir.
CNC işleme alt kesimleri
Alttan kesmeler, bazı yüzeylere doğrudan yukarıdan erişilemediğinden standart kesici takımlar kullanılarak işlenemeyen özelliklerdir.
İki ana alttan kesme türü vardır: T-yuvaları ve kırlangıç kuyrukları. Alt kesimler tek taraflı veya çift taraflı olabilir ve özel aletler kullanılarak işlenir.
T kanallı kesme aletleri, dikey bir şafta tutturulmuş yatay bir kesme bıçağından yapılmıştır. Alt kesimin genişliği 3 mm ile 40 mm arasında değişebilir. Uygun bir aletin halihazırda mevcut olması daha muhtemel olduğundan, genişlik için standart boyutların (yani tam milimetrelik artışlar veya standart inç kesirleri) kullanılmasını öneririz.
Kırlangıç kuyruğu kesme takımları için açı, tanımlayıcı özellik boyutudur. Hem 45 hem de 60 derecelik kırlangıç kuyruğu aletleri standart olarak kabul edilir. 5-, 10- ve 120 dereceye kadar (10 derecelik artışlarla) açılı aletler de mevcuttur ancak daha az kullanılır.
T şeklinde bir oluk (solda), kırlangıç kuyruğu şeklinde bir oyuk (ortada) ve iç duvarda tek taraflı bir oyuk (sağda).
CNC işleme için alt kesim tasarımı
İç duvarlarında girinti bulunan parçalar tasarlarken, takım için yeterli boşluk bırakmayı unutmayın. İyi bir kural, işlenmiş duvar ile diğer herhangi bir iç duvar arasına girintinin derinliğinin en az dört katı kadar boşluk bırakmaktır.
Standart takımlar için, kesme çapı ile şaft çapı arasındaki tipik oran 2:1'dir ve bu da kesme derinliğini sınırlar. Standart dışı bir alt kesim gerektiğinde, makine atölyelerinin kendi özel alt kesim takımlarını üretmesi yaygın bir uygulamadır. Bu, teslim süresini ve maliyeti artırabilir, bu nedenle mümkünse bundan kaçının.
Teknik çizimin hazırlanması
Teknik çizimler bazen mühendisler tarafından belirli üretim gereksinimlerini makinistlere iletmek için kullanılır.
Teklifinize teknik çizimi ekleyin.
Platformumuzdaki siparişler için genellikle teknik çizim talep etmiyoruz, ancak bazı durumlarda teklif talebine değerli bir bağlam katabilirler. Belirli tasarım özellikleri STEP veya IGES dosyasına dahil edilemez. Örneğin, modelinizde dişli delikler veya miller ve/veya seçilen 2768 kalitesinden daha dar toleranslara sahip boyutlar varsa, 2 boyutlu bir teknik çizim eklemeniz gerekecektir.
Teknik çizim ekliyorsanız, lütfen yüklenen dosyaların özellikleriyle eşleştiğinden emin olun. Teknik çizimler yüklenen dosyalarla veya teklif özellikleriyle eşleşmiyorsa:
Teklifte belirtilen özellikler, teknoloji, malzeme ve yüzey işlemleri için referans noktası olarak kabul edilir.
Teknik çizimler, diş spesifikasyonları, tolerans spesifikasyonları, yüzey işleme detayları, parça işaretleme talepleri ve ısıl işlem spesifikasyonları için referans noktası olarak kabul edilir.
CAD dosyası, parça tasarımı, geometrisi, boyutları ve özellik konumları için referans noktası olarak kabul edilir.
CNC işleme için en iyi uygulamalar nelerdir?
Mümkün olan en büyük çapa sahip takım kullanılarak işlenebilecek parçalar tasarlayın.
İç dikey köşelerin tümüne büyük yuvarlatmalar (en az oyuk derinliğinin ⅓ katı) ekleyin.
Oyukların derinliğini genişliğinin 4 katı ile sınırlayın.
Tasarımınızın ana özelliklerini altı temel yönden biriyle hizalayın. Bu mümkün değilse, 5 eksenli CNC işleme bir seçenektir.
Tasarımınızda dişler, toleranslar, yüzey işleme özellikleri veya makine operatörü için diğer notlar yer alıyorsa, çiziminizle birlikte teknik bir çizim de gönderin.
CNC tezgahında işlenmesi gereken parçalarınız mı var? Lütfen Gazfull ekibimizle iletişime geçin.