Ikuti saya di: 
Desain untuk mesin CNC
Dalam artikel ini, Anda akan mempelajari semua pengetahuan yang diperlukan untuk mengoptimalkan desain komponen pemesinan CNC: dari aturan desain kemampuan mesin hingga teknik pengurangan biaya, dari pedoman pemilihan material hingga saran perawatan permukaan. Pertama-tama, ada beberapa batasan dalam pemesinan CNC. Pertama mari kita pahami faktor-faktor yang membatasi pemesinan CNC. Keterbatasan pemesinan CNC adalah hasil alami dari proses pemotongan, yang terutama diwujudkan dalam aspek-aspek berikut:
1. Geometri alat
Sebagian besar alat pemesinan CNC memiliki karakteristik bentuk silinder dengan ujung datar atau bulat, yang membatasi geometri bagian yang dapat diproduksi. Misalnya, tidak peduli seberapa kecil alat pemotong yang digunakan, sudut vertikal bagian dalam CNC akan selalu memiliki radius, yang tidak dapat diubah, karena fitur alat terbatas dan toleransi hanya dapat dikurangi sekecil mungkin.
2. Geometri tersembunyi
Dalam proses penggilingan CNC, di mana alat pemotong tidak dapat dijangkau, tidak ada cara untuk pemesinan CNC. Misalnya, di beberapa bagian prototipe yang sangat kompleks, terdapat beberapa geometri yang tersembunyi di rongga bagian dalam. Tidak ada cara bagi alat pemotong untuk mencapai posisi, dan tidak ada cara untuk memproses, yang memerlukan bantuan alat bantu lainnya. Ini tidak hanya dapat dicapai dengan pemotongan CNC, tetapi juga dapat meningkatkan beberapa biaya.
3 kekakuan benda kerja
Karena gaya pemotongan dan suhu tinggi yang dihasilkan selama pemrosesan, benda kerja dapat berubah bentuk atau bergetar. Misalnya, ini membatasi ketebalan dinding minimum yang dapat dimiliki komponen CNC dan rasio aspek maksimum fitur tinggi.
Secara umum, ukuran maksimum bagian penggilingan CNC: 400 x 250 x 150 mm
Pembubutan CNC: Φ 500 mm x 1000 mm
Mesin perkakas CNC super besar dapat menghasilkan part dengan ukuran maksimal 2000 x 800 x 1000 mm (78” x 32” x 40”).
Sistem pemesinan CNC 5 sumbu biasanya berukuran kecil.
4 kekakuan alat pemotong
Demikian pula, alat pemotong akan membelokkan atau bergetar dalam proses pemesinan, dan suhunya juga sangat tinggi. Ini akan menyebabkan toleransi dan bahkan kerusakan alat. Ketika rasio panjang diameter pahat meningkat, efeknya akan lebih signifikan, itulah alasan mengapa rongga yang dalam tidak dapat dengan mudah dikerjakan dengan mesin CNC.
5 ruang kerja
Geometri bagian menentukan cara pemasangannya pada alat mesin CNC dan jumlah pengaturan yang diperlukan. Ini memengaruhi biaya, tetapi juga memengaruhi keakuratan bagian tersebut. Misalnya, reposisi manual menimbulkan kesalahan posisi yang kecil namun tidak dapat diabaikan. Umumnya, setelah pemesinan CNC 5 sumbu disetel sekali, benda kerja tidak perlu direposisi secara manual. Ini adalah keunggulan utama pemesinan CNC 5 sumbu dibandingkan pemesinan CNC 3 sumbu.
Aturan desain pemesinan CNC
Untuk memanfaatkan sepenuhnya fungsi pemesinan CNC, desainer harus mengikuti beberapa aturan "desain manufaktur". Namun, ini bisa menjadi tantangan karena tidak ada standar industri khusus. Dalam makalah ini, kami mengadopsi praktik desain terbaik pemesinan CNC dan menyusun panduan komprehensif. Kami meminta pakar industri dan penyedia layanan pemrosesan CNC untuk memberikan umpan balik untuk mengumpulkan sejumlah besar informasi terkini.
1 kedalaman rongga: direkomendasikan 4 * diameter pemotong frais
Kedalaman pemotongan pemotong penggilingan terbatas (biasanya 3-4 kali diameternya). Ketika rasio antara kedalaman dan lebar penggilingan besar, pahat akan berubah bentuk, pelepasan chip sulit dan getaran akan menjadi jelas. Ketika kedalaman rongga dibatasi hingga 4 kali lebarnya, hasil yang baik akan diperoleh. Ketika kedalaman yang lebih besar diperlukan, alat khusus perlu dipertimbangkan. Umumnya, rongga dengan kedalaman lebih dari 6 kali diameter pemotong penggilingan dianggap sebagai penggilingan rongga dalam. Penggilingan rongga dalam membutuhkan penggunaan pemotong khusus, yang dapat digunakan untuk memproses rongga dengan rasio kedalaman terhadap diameter penggilingan 30:1.
2. Jari-jari sudut vertikal tepi dalam: kedalaman rongga yang disarankan x (atau lebih besar)
Jari-jari sudut vertikal tepi bagian dalam adalah ⅓ x kedalaman rongga (atau lebih besar), yang memastikan bahwa alat dengan diameter yang sesuai digunakan dan konsisten dengan panduan kedalaman rongga yang direkomendasikan. Meningkatkan radius sudut sedikit di atas nilai yang disarankan (misalnya, sebesar 1 mm) memungkinkan pahat memotong sepanjang jalur melingkar alih-alih sudut 90o. Ini adalah prioritas karena ini menghasilkan kualitas akhir permukaan yang lebih tinggi. Jika Anda membutuhkan sudut dalam 90 derajat yang tajam, pertimbangkan untuk menambahkan t-cut alih-alih mengurangi radius sudut.
Radius lantai:
Direkomendasikan: 0.5mm, 1mm atau tanpa radius
Tepi potong bawah pemotong frais rata atau agak bulat. Jari-jari lantai lainnya dapat dikerjakan menggunakan alat ujung bola. Merupakan praktik desain yang baik untuk menggunakan nilai yang direkomendasikan, yang merupakan pilihan pertama masinis.
3 ketebalan dinding minimum:
Rekomendasi: 0.8mm (logam), 1.5mm (plastik)
Layak: 0.5mm (logam), 1.0mm (plastik)
Mengurangi ketebalan dinding akan mengurangi kekakuan material, sehingga meningkatkan getaran dalam proses pemesinan dan mengurangi akurasi yang dapat dicapai.
Plastik cenderung melengkung (karena tegangan sisa) dan melunak (karena kenaikan suhu), sehingga disarankan ketebalan dinding minimum yang lebih besar.
4 diameter lubang:
Direkomendasikan: ukuran bit standar
Layak: diameter apa pun yang lebih besar dari 1 mmBor atau pemotong frais dapat memproses lubang. Ukuran bit distandarisasi (metrik dan Imperial). Reamer dan alat bor digunakan untuk menyelesaikan lubang dengan toleransi yang ketat. Diameter standar direkomendasikan untuk lubang presisi tinggi kurang dari 20 mm.
Kedalaman maksimum:
Direkomendasikan: 4 x diameter nominal
Khas: 10 x diameter nominal
Layak: 40 x diameter nominal
Lubang berdiameter tidak standar harus dikerjakan dengan mesin end mill. Dalam hal ini, batas kedalaman rongga maksimum akan diterapkan dan nilai kedalaman maksimum yang direkomendasikan harus digunakan. Gunakan bor khusus (diameter minimum 3 mm) untuk membuat lubang yang lebih dalam dari biasanya. Lubang buta diproses dengan sedikit dengan lantai berbentuk kerucut (sudut 135), dan alat untuk memproses lubang dan ujung pemotong frais akan rata. Dalam pemesinan CNC, tidak ada preferensi khusus antara lubang tembus atau lubang buta.
5 ukuran benang:
Minimal: M2
Direkomendasikan: M6 atau lebih besar
Utas bagian dalam dipotong dengan keran, dan utas bagian luar dipotong dengan dadu. Keran dan cetakan dapat digunakan untuk memotong benang menjadi m2.
Alat threading CNC umum dan populer di kalangan masinis karena membatasi risiko keran pecah. Alat ulir CNC dapat digunakan untuk memotong utas ke M6.
Panjang benang:
Minimum: 1.5 x diameter nominal
Direkomendasikan: 3 x diameter nominal
Sebagian besar beban yang diterapkan pada ulir dibawa oleh beberapa gigi pertama (maks. 1.5 x diameter nominal). Oleh karena itu, benang yang lebih besar dari 3 x diameter nominal tidak diperlukan.
Untuk ulir pada lubang buta yang dipotong dengan tap (yaitu semua ulir yang lebih kecil dari M6), tambahkan panjang tanpa ulir sama dengan 1.5 x diameter nominal ke dasar lubang.
Saat alat ulir CNC (yaitu ulir yang lebih besar dari M6) dapat digunakan, pemrosesan ulir dapat dilakukan di seluruh panjang lubang.
6 bukaan minimum:
Rekomendasi: 2.5mm (0.1in)
Layak: 0.05 mm (0.005 in.)
Sebagian besar bengkel pemesinan akan dapat mengerjakan rongga dan lubang secara akurat menggunakan alat dengan diameter kurang dari 2.5 mm (0.1 inci). Setiap nilai di bawah batas ini dianggap pemesinan mikro. Pemesinan fitur seperti itu memerlukan alat khusus (bor mikro) dan keahlian (sifat fisik dari proses pemotongan bervariasi dalam kisaran ini), jadi disarankan untuk menghindari penggunaannya kecuali benar-benar diperlukan.
7 toleransi
Standar: ± 0.125 mm (0.005 inci)
Nilai tipikal: ± 0.025 mm (0.001 in.)
Layak: ± 0.0125 mm (0.0005 in.)
Toleransi menentukan batas-batas dimensi yang dapat diterima. Toleransi yang dapat dicapai bergantung pada dimensi dasar dan geometri bagian tersebut. Nilai-nilai di atas adalah kriteria yang masuk akal.
Jika tidak ada toleransi yang ditentukan, toleransi standar ± 0.125 mm (0.005 in) akan digunakan di sebagian besar bengkel pemesinan.
Pengaturan mesin dan orientasi bagian
Seperti disebutkan sebelumnya, alat pemotong adalah salah satu batasan desain utama pemesinan CNC. Untuk menjangkau semua permukaan prototipe, benda kerja harus diputar beberapa kali.
Misalnya, bagian pada gambar di atas harus diputar total tiga kali: dua kali untuk melubangi dua arah utama, dan ketiga kalinya untuk memasukkan bagian belakang.
Setiap kali benda kerja diputar, mesin harus dikalibrasi ulang dan sistem koordinat baru harus ditentukan.
Penting untuk mempertimbangkan pengaturan mesin dalam desain karena dua alasan:
Jumlah total pengaturan mesin memengaruhi biaya. Memutar dan menyetel kembali komponen memerlukan operasi manual dan meningkatkan waktu pemrosesan total. Ini umumnya dapat diterima jika bagian tersebut perlu diputar hingga 3-4 kali, tetapi apa pun yang melebihi batas ini adalah mubazir. Untuk mendapatkan akurasi posisi relatif maksimum, dua fitur harus dikerjakan dalam pengaturan yang sama. Ini karena langkah penentuan dimensi yang baru menimbulkan kesalahan kecil (yang tidak dapat diabaikan).
Mesin CNC 5 sumbu
Saat menggunakan pemesinan CNC 5-sumbu, ini dapat menghilangkan kebutuhan akan berbagai pengaturan mesin. Pemesinan CNC multi-sumbu dapat memproduksi komponen dengan geometri yang rumit, karena mereka menyediakan dua poros putar tambahan.
Pemesinan CNC 5-sumbu membuat pemotong bersinggungan dengan permukaan pemotongan sepanjang waktu. Jalur pahat yang lebih kompleks dan efektif dapat diikuti, sehingga bagian-bagian memiliki penyelesaian permukaan yang lebih baik dan waktu pemrosesan yang lebih sedikit. Tentu saja, CNC lima sumbu memiliki keterbatasan. Pembatasan geometri pahat dasar dan akses pahat masih berlaku (misalnya, bagian dengan geometri internal tidak dapat dikerjakan dengan mesin). Selain itu, biaya penggunaan sistem seperti itu tinggi.
Desain undercut
Undercut adalah fitur yang tidak dapat dikerjakan dengan alat pemotong standar karena beberapa permukaan tidak dapat diakses langsung dari atas. Ada dua jenis undercut utama: alur-T dan alur pas. Undercut dapat satu sisi atau dua sisi dan dikerjakan dengan alat khusus. Alat pemotong alur-T terutama terbuat dari pisau pemotong horizontal yang dipasang pada sumbu vertikal. Lebar undercut dapat bervariasi dari 3 mm hingga 40 mm. Dimensi standar direkomendasikan untuk lebar (yaitu, dalam penambahan milimeter atau inci).
Untuk alat pemotong pas, sudut adalah dimensi yang menentukan fitur. Alat pas 45 derajat dan 60 derajat dianggap sebagai alat standar. Perkakas dengan sudut 5 o, 10 o, dan hingga 120 o (dengan kelipatan 10 o) juga dapat digunakan, tetapi jarang digunakan. Saat mendesain bagian dengan undercut pada dinding bagian dalam, pastikan untuk menambahkan jarak yang cukup untuk alat. Aturan praktis yang baik adalah menambah ruang antara dinding yang dikerjakan dengan mesin dan dinding lainnya dengan setidaknya empat kali kedalaman potongan bawah. Untuk perkakas standar, rasio tipikal antara diameter pemotongan dan diameter poros adalah 2:1, yang membatasi kedalaman pemotongan. Ketika diperlukan undercut non-standar, pabrik mesin biasanya membuat alat undercut yang disesuaikan sendiri. Hal ini dapat meningkatkan waktu dan biaya pengiriman dan harus dihindari sebisa mungkin.
Menggambar gambar teknik
Bahkan jika gambar teknis (langkah atau IGES dokumen cukup) tidak selalu diperlukan untuk melakukan pemesanan, disarankan agar Anda juga mengirimkan gambar karena ini akan meningkatkan komunikasi antara perancang dan operator mesin CNC. Perhatikan bahwa beberapa kriteria desain tidak dapat disertakan dalam file langkah atau IGES. Jika model Anda menyertakan satu atau beberapa hal berikut, Anda harus memberikan gambar teknis 2D:
Lubang sekrup atau poros.
Dimensi dengan toleransi.
Persyaratan penyelesaian permukaan khusus.
Tindakan pencegahan untuk operator peralatan mesin CNC.
Aturan pengalaman
Rancang bagian yang dapat dikerjakan dengan alat berdiameter terbesar.
Tambahkan fillet besar (setidaknya 1x kedalaman rongga) ke semua sudut vertikal internal.
Batasi kedalaman rongga hingga empat kali lebarnya.
Pertahankan fitur utama desain konsisten dengan salah satu dari enam arah utama. Jika tidak memungkinkan, pemesinan CNC 5 sumbu dapat dipilih.
Jika desain Anda menyertakan benang, toleransi, spesifikasi penyelesaian permukaan, atau komentar lain kepada operator mesin, harap kirimkan gambar teknis dalam gambar tersebut.