Volg me op: 
Ontwerp voor CNC-bewerking:
In dit artikel leert u alle kennis die nodig is om het ontwerp voor CNC-bewerkingsonderdelen te optimaliseren: van ontwerpregels voor bewerkbaarheid tot kostenbesparende technieken, van richtlijnen voor materiaalkeuze tot suggesties voor oppervlaktebehandeling. Allereerst zijn er enkele beperkingen bij CNC-bewerking. Laten we eerst die factoren begrijpen die CNC-bewerking beperken. De beperking van CNC-bewerking is het natuurlijke resultaat van het snijproces, wat zich voornamelijk uit in de volgende aspecten:
1. Gereedschapsgeometrie
De meeste CNC-bewerkingsgereedschappen hebben de kenmerken van een cilindrische vorm met platte of bolvormige uiteinden, wat de geometrie van onderdelen die kunnen worden geproduceerd beperkt. Hoe klein bijvoorbeeld een snijgereedschap ook wordt gebruikt, de interne verticale hoek van een CNC-onderdeel zal altijd een straal hebben die niet kan worden gewijzigd, omdat de kenmerken van het gereedschap beperkt zijn en de tolerantie slechts zo klein kan worden verminderd als mogelijk.
2. Verborgen geometrie
Tijdens het CNC-frezen, waar de snijgereedschappen niet kunnen komen, is er geen manier om CNC te bewerken. In sommige zeer complexe prototype-onderdelen is er bijvoorbeeld een geometrie verborgen in de interne holte. Er is geen manier voor het snijgereedschap om de positie te bereiken, en er is geen manier om te verwerken, waarvoor de hulp van andere hulpgereedschappen nodig is. Dit is niet alleen CNC-snijden kan bereiken, maar kan sommige kosten verhogen.
3 werkstukstijfheid:
Door de snijkracht en de hoge temperatuur die tijdens de bewerking ontstaat, kan het werkstuk vervormen of trillen. Dit beperkt bijvoorbeeld de minimale wanddikte die een CNC-onderdeel kan hebben en de maximale aspectverhouding van een hoog kenmerk.
In het algemeen, CNC-frezen maximale onderdeelgrootte: 400 x 250 x 150 mm
CNC draaien: Φ 500 mm x 1000 mm
De supergrote CNC-bewerkingsmachine kan onderdelen produceren met een maximale afmeting van 2000 x 800 x 1000 mm (78 “x 32” x 40”).
Het 5-assige CNC-bewerkingssysteem is meestal klein in volume.
4 stijfheid van snijgereedschap:
Evenzo zal het snijgereedschap afbuigen of trillen tijdens het machinale bewerking, en de temperatuur is ook erg hoog. Dit leidt tot tolerantie en zelfs beschadiging van het gereedschap. Wanneer de lengte-diameterverhouding van het snijgereedschap toeneemt, zal het effect groter zijn, wat de reden is waarom diepe holtes niet gemakkelijk CNC-bewerking kunnen zijn.
5 werkruimte
De geometrie van het onderdeel bepaalt hoe het op de CNC-bewerkingsmachine wordt bevestigd en hoeveel instellingen nodig zijn. Dit heeft invloed op de kosten, maar ook op de nauwkeurigheid van het onderdeel. Handmatige herpositionering introduceert bijvoorbeeld een kleine maar niet te verwaarlozen positiefout. Over het algemeen hoeft het werkstuk, nadat de 5-assige CNC-bewerking eenmaal is ingesteld, niet handmatig te worden verplaatst. Dit is het belangrijkste voordeel van 5-assige CNC-bewerking ten opzichte van 3-assige CNC-bewerking.
Ontwerpregels voor CNC-bewerking:
Om volledig gebruik te kunnen maken van de CNC-bewerkingsfunctie, moeten ontwerpers enkele regels voor "productieontwerp" volgen. Dit kan echter een uitdaging zijn omdat er geen specifieke industrienormen zijn. In dit document passen we de beste ontwerppraktijken van CNC-bewerking toe en stellen we de uitgebreide gids samen. We vragen experts uit de industrie en dienstverleners op het gebied van CNC-verwerking om feedback te geven om een groot aantal actuele informatie samen te stellen.
1 spouwdiepte: aanbevolen 4 * freesdiameter
De snijdiepte van een frees is beperkt (meestal 3-4 keer de diameter). Wanneer de verhouding tussen de diepte en breedte van het frezen groot is, zal het gereedschap vervormen, is het verwijderen van spanen moeilijk en zullen trillingen duidelijk worden. Wanneer de diepte van de spouw wordt beperkt tot 4 keer de breedte, worden goede resultaten verkregen. Wanneer grotere diepte nodig is, moet speciaal gereedschap worden overwogen. Over het algemeen wordt een holte met een diepte groter dan 6 keer de diameter van de frees beschouwd als diep holtefrezen. Het frezen van diepe holtes vereist het gebruik van speciale frezen, die kunnen worden gebruikt om holtes te bewerken met een verhouding tussen diepte en freesdiameter van 30:1.
2. Verticale hoekradius van binnenrand: aanbevolen diepte van spouw x (of groter)
De verticale hoekradius van de binnenrand is ⅓ x de diepte van de spouw (of groter), wat ervoor zorgt dat een gereedschap met een geschikte diameter wordt gebruikt en in overeenstemming is met de aanbevolen richtlijnen voor de diepte van de spouw. Door de hoekradius iets boven de aanbevolen waarde te vergroten (bijvoorbeeld met 1 mm), kan het gereedschap langs een cirkelvormig pad snijden in plaats van een hoek van 90 o. Dit is een prioriteit omdat dit resulteert in een hogere kwaliteit oppervlakteafwerking. Als u een scherpe binnenhoek van 90 graden nodig heeft, overweeg dan om een T-snede toe te voegen in plaats van de hoekradius te verkleinen.
Vloerradius:
Aanbevolen: 0.5 mm, 1 mm of geen straal
De onderste snijkant van de frees is even of licht rond. Elke andere vloerradius kan worden bewerkt met behulp van het kogelkopgereedschap. Het is een goede ontwerppraktijk om de aanbevolen waarde te gebruiken, de eerste keuze van machinisten.
3 minimale wanddikte:
Aanbeveling: 0.8 mm (metaal), 1.5 mm (kunststof)
Haalbaar: 0.5 mm (metaal), 1.0 mm (kunststof)
Het verminderen van de wanddikte zal de stijfheid van het materiaal verminderen, waardoor de trillingen tijdens het bewerkingsproces toenemen en de haalbare nauwkeurigheid wordt verminderd.
Kunststof is gevoelig voor kromtrekken (door restspanning) en verweking (door temperatuurstijging), dus een grotere minimale wanddikte is aan te raden.
4 gatendiameter:
Aanbevolen: standaard bitgrootte
Haalbaar: elke diameter groter dan 1 mmDe boor of frees kan gaten bewerken. De maat van de bit is gestandaardiseerd (metrisch en imperiaal). Ruimers en kottergereedschappen worden gebruikt om gaten met strikte toleranties af te werken. De standaarddiameter wordt aanbevolen voor gaten met een hoge precisie van minder dan 20 mm.
Maximale diepte:
Aanbevolen: 4 x nominale diameter
Typisch: 10 x nominale diameter
Haalbaar: 40 x nominale diameter
Gaten met een niet-standaard diameter moeten worden bewerkt met vingerfrezen. In dit geval wordt de maximale dieptelimiet van de caviteit toegepast en moet de aanbevolen maximale dieptewaarde worden gebruikt. Gebruik een speciale boor (minimale diameter 3 mm) om gaten te bewerken die dieper zijn dan normaal. Het blinde gat wordt bewerkt met een bit met een conische vloer (hoek 135), en het gereedschap voor het bewerken van het gat en de stiftfrees zal vlak zijn. Bij CNC-bewerking is er geen speciale voorkeur tussen doorlopende of blinde gaten.
5 draad maat:
Minimaal: M2
Aanbevolen: M6 of groter
De binnendraad wordt gesneden met een tap en de buitendraad wordt gesneden met een matrijs. Met tappen en snijmallen kan schroefdraad worden gesneden tot m2.
CNC-draadsnijgereedschappen zijn gebruikelijk en populair bij machinisten omdat ze het risico op het breken van een kraan beperken. CNC-draadgereedschap kan worden gebruikt om draad tot M6 te snijden.
Draad lengte:
Minimum: 1.5 x nominale diameter
Aanbevolen: 3 x nominale diameter
De meeste belasting op de schroefdraad wordt gedragen door enkele eerste tanden (max. 1.5 x nominale diameter). Daarom zijn schroefdraad groter dan 3 x nominale diameter niet nodig.
Voor schroefdraad in blinde gaten die met een tap zijn gesneden (dwz alle schroefdraad kleiner dan M6), voeg een lengte zonder schroefdraad toe die gelijk is aan 1.5 x de nominale diameter aan de onderkant van het gat.
Wanneer een CNC-schroefdraadgereedschap (dwz schroefdraad groter dan M6) kan worden gebruikt, kan de schroefdraadverwerking over de gehele lengte van het gat worden uitgevoerd.
6 minimaal diafragma:
Aanbeveling: 2.5 mm (0.1 inch)
Haalbaar: 0.05 mm (0.005 inch)
De meeste bewerkingswerkplaatsen kunnen holtes en gaten nauwkeurig bewerken met gereedschappen met een diameter van minder dan 2.5 mm (0.1 inch). Elke waarde onder deze limiet wordt beschouwd als microbewerking. Het bewerken van dergelijke functies vereist speciaal gereedschap (microboren) en expertise (de fysieke aard van het snijproces varieert binnen dit bereik), dus het wordt aanbevolen om ze niet te gebruiken tenzij dit absoluut noodzakelijk is.
7 tolerantie
Standaard: ± 0.125 mm (0.005 inch)
Typische waarde: ± 0.025 mm (0.001 inch)
Haalbaar: ± 0.0125 mm (0.0005 inch)
Toleranties bepalen de grenzen van acceptabele afmetingen. De toleranties die kunnen worden bereikt, zijn afhankelijk van de basisafmetingen en de geometrie van het onderdeel. Bovenstaande waarden zijn redelijke criteria.
Als er geen tolerantie is gespecificeerd, wordt de standaard tolerantie van ± 0.125 mm (0.005 inch) gebruikt in de meeste bewerkingswerkplaatsen.
Machine-instelling en onderdeeloriëntatie
Zoals eerder vermeld, is snijgereedschap een van de belangrijkste ontwerpbeperkingen van CNC-bewerking. Om alle oppervlakken van het prototype te bereiken, moet het werkstuk meerdere keren worden gedraaid.
Het onderdeel in de bovenstaande afbeelding moet bijvoorbeeld in totaal drie keer worden gedraaid: twee keer om gaten in twee hoofdrichtingen te bewerken en een derde keer om de achterkant van het onderdeel in te voeren.
Telkens wanneer het werkstuk wordt geroteerd, moet de machine opnieuw worden gekalibreerd en moet een nieuw coördinatensysteem worden gedefinieerd.
Het is om twee redenen belangrijk om bij het ontwerp rekening te houden met machine-instellingen:
Het totale aantal machine-instellingen is van invloed op de kosten. Het roteren en opnieuw uitlijnen van onderdelen vereist handmatige bediening en verhoogt de totale verwerkingstijd. Dit is over het algemeen acceptabel als het onderdeel 3-4 keer moet worden gedraaid, maar alles buiten deze limiet is overbodig. Om de maximale relatieve positienauwkeurigheid te verkrijgen, moeten twee functies in dezelfde instelling worden bewerkt. Dit komt omdat de nieuwe maatvoeringsstap een kleine fout introduceert (die niet kan worden genegeerd).
5-assige CNC-bewerking:
Bij gebruik van 5-assige CNC-bewerking kan het de noodzaak van een verscheidenheid aan machine-instellingen elimineren. Meerassige CNC-bewerking kan onderdelen met een complexe geometrie produceren, omdat ze twee extra roterende assen bieden.
5-assige CNC-bewerking houdt de snijplotter altijd in contact met het snijoppervlak. Een complexer en effectiever gereedschapspad kan worden gevolgd, zodat onderdelen een betere oppervlakteafwerking en minder verwerkingstijd hebben. Natuurlijk heeft vijfassige CNC zijn beperkingen. Basisgereedschapsgeometrie en gereedschapstoegangsbeperkingen zijn nog steeds van toepassing (onderdelen met interne geometrie kunnen bijvoorbeeld niet worden bewerkt). Bovendien zijn de kosten van het gebruik van een dergelijk systeem hoog.
Ontwerp ondersnijding
Ondersnijdingen zijn kenmerken die niet kunnen worden bewerkt met standaard snijgereedschappen omdat sommige oppervlakken niet rechtstreeks van bovenaf kunnen worden bereikt. Er zijn twee hoofdtypen ondersnijdingen: T-groef en zwaluwstaartgroef. Undercut kan enkelzijdig of dubbelzijdig zijn en machinaal bewerkt met speciaal gereedschap. Het T-groef snijgereedschap bestaat voornamelijk uit een horizontaal snijblad dat op een verticale as is geïnstalleerd. De breedte van de ondersnijding kan variëren van 3 mm tot 40 mm. Standaardafmetingen worden aanbevolen voor breedte (dwz in stappen van millimeters of inches).
Voor zwaluwstaart snijgereedschappen is de hoek de afmeting die het kenmerk definieert. De zwaluwstaartgereedschappen van 45 graden en 60 graden worden beschouwd als standaardgereedschappen. Gereedschappen met hoeken van 5 o, 10 o en tot 120 o (in stappen van 10 o) kunnen ook worden gebruikt, maar worden zelden gebruikt. Zorg er bij het ontwerpen van onderdelen met een ondersnijding op de binnenwand voor dat er voldoende ruimte is voor het gereedschap. Een goede vuistregel is om de ruimte tussen de bewerkte wand en een andere wand te vergroten met ten minste vier keer de ondersnijdingsdiepte. Voor standaardgereedschappen is de typische verhouding tussen de snijdiameter en de asdiameter 2:1, wat de snij diepte. Wanneer een niet-standaard ondersnijding nodig is, maakt de machinefabriek meestal zijn eigen aangepaste ondersnijdingsgereedschappen. Dit kan de levertijden en kosten verhogen en moet zoveel mogelijk worden vermeden.
Ontwerp technische tekeningen
Zelfs als technische tekeningen (stap of IGES documenten zijn voldoende) zijn niet altijd vereist om een bestelling te plaatsen, het wordt aanbevolen om ook tekeningen in te dienen, aangezien dit de communicatie tussen de ontwerper en de CNC-machinebediener zal verbeteren. Houd er rekening mee dat sommige ontwerpcriteria niet kunnen worden opgenomen in stap- of IGES-bestanden. Als uw model een of meer van de volgende onderdelen bevat, moet u technische 2D-tekeningen overleggen:
Schroefgat of as.
Afmeting met tolerantie.
Specifieke vereisten voor oppervlakteafwerking.
Voorzorgsmaatregelen voor operators van CNC-bewerkingsmachines.
Regel van ervaring
Ontwerp onderdelen die bewerkt kunnen worden met gereedschap met de grootste diameter.
Voeg een grote filet (minimaal 1x spouwdiepte) toe aan alle interne verticale hoeken.
Beperk de diepte van de spouw tot vier keer de breedte.
Houd de belangrijkste kenmerken van het ontwerp consistent met een van de zes hoofdrichtingen. Als het niet mogelijk is, kan 5-assige CNC-bewerking worden geselecteerd.
Als uw ontwerp schroefdraad, tolerantie, specificatie van de oppervlakteafwerking of andere opmerkingen aan de machinebediener bevat, dient u de technische tekening in de tekening in.