Projekt do obróbki CNC

Projekt do obróbki CNC

W tym artykule zdobędziesz całą wiedzę potrzebną do optymalizacji projektowania części do obróbki CNC: od zasad projektowania obrabialności po techniki redukcji kosztów, od wskazówek dotyczących doboru materiałów po sugestie dotyczące obróbki powierzchni. Przede wszystkim istnieją pewne ograniczenia w obróbce CNC. Najpierw zrozummy te czynniki, które ograniczają obróbkę CNC. Ograniczenia obróbki CNC są naturalną konsekwencją procesu skrawania, co przejawia się głównie w następujących aspektach:

1. Geometria narzędzia

Większość narzędzi do obróbki CNC ma cechy cylindrycznego kształtu z płaskimi lub kulistymi końcami, co ogranicza geometrię części, które można wyprodukować. Na przykład, bez względu na to, jak małe jest używane narzędzie skrawające, wewnętrzny kąt pionowy części CNC zawsze będzie miał promień, którego nie można zmienić, ponieważ cechy narzędzia są ograniczone, a tolerancja może być zmniejszona tylko do możliwy.

Geometria narzędzia
2. Ukryta geometria

W procesie frezowania CNC, do którego narzędzia skrawające nie docierają, nie ma możliwości obróbki CNC. Na przykład w niektórych bardzo złożonych częściach prototypowych pewna geometria jest ukryta w wewnętrznej wnęce. Nie ma sposobu, aby narzędzie tnące osiągnęło pozycję i nie ma sposobu na obróbkę, która wymaga pomocy innych narzędzi pomocniczych. To nie tylko może osiągnąć cięcie CNC, ale może zwiększyć pewne koszty.

Ukryta geometria
3 sztywność przedmiotu obrabianego

Ze względu na siłę skrawania i wysoką temperaturę wytwarzaną podczas obróbki, przedmiot obrabiany może odkształcać się lub wibrować. Na przykład ogranicza to minimalną grubość ścianki, jaką może mieć część CNC, oraz maksymalny współczynnik kształtu wysokiej cechy.

  • Ogólnie rzecz biorąc, frezowanie CNC maksymalny rozmiar części: 400 x 250 x 150 mm

  • Toczenie CNC: Φ 500 mm x 1000 mm

  • Super duża obrabiarka CNC może wytwarzać części o maksymalnych wymiarach 2000 x 800 x 1000 mm (78 „x 32” x 40 „).

  • 5-osiowy system obróbki CNC ma zwykle niewielką objętość.

sztywność przedmiotu obrabianego
4 sztywność narzędzia skrawającego

Podobnie narzędzie skrawające będzie się odchylać lub wibrować podczas obróbki, a temperatura jest również bardzo wysoka. Doprowadzi to do tolerancji, a nawet uszkodzenia narzędzia. Gdy stosunek długości do średnicy narzędzia skrawającego wzrośnie, efekt będzie bardziej znaczący, co jest powodem, dla którego głęboka wnęka nie może być łatwo obrabiana CNC.

sztywność narzędzia skrawającego
5 obszar roboczy

Geometria części określa sposób jej zamocowania na obrabiarce CNC oraz liczbę wymaganych ustawień. Wpływa to na koszt, ale wpływa również na dokładność części. Na przykład ręczna zmiana położenia wprowadza mały, ale nieistotny błąd pozycji. Ogólnie rzecz biorąc, po jednokrotnym ustawieniu 5-osiowej obróbki CNC, przedmiot obrabiany nie musi być ponownie ustawiany ręcznie. Jest to główna zaleta 5-osiowej obróbki CNC w porównaniu z 3-osiową obróbką CNC.

obszar roboczy

Zasady projektowania obróbki CNC

Aby w pełni wykorzystać funkcję obróbki CNC, projektanci muszą przestrzegać pewnych zasad „projektowania produkcyjnego”. Może to być jednak trudne, ponieważ nie ma określonych standardów branżowych. W tym artykule przyjęliśmy najlepsze praktyki projektowania obróbki CNC i skompilowaliśmy obszerny przewodnik. Prosimy ekspertów branżowych i dostawców usług obróbki CNC o przekazanie opinii w celu zebrania dużej liczby aktualnych informacji.

1 głębokość wnęki: zalecana 4 * średnica frezu

Głębokość skrawania frezu jest ograniczona (zwykle 3-4 razy jego średnica). Gdy stosunek głębokości i szerokości frezowania jest duży, narzędzie ulegnie deformacji, usuwanie wiórów będzie utrudnione, a wibracje staną się oczywiste. Dobre wyniki uzyskuje się, gdy głębokość ubytku jest ograniczona do 4-krotności jego szerokości. Gdy wymagana jest większa głębokość, należy wziąć pod uwagę specjalne narzędzia. Ogólnie rzecz biorąc, wnęka o głębokości większej niż 6-krotność średnicy frezu jest uważana za frezowanie wnęki głębokiej. Frezowanie głębokich wnęk wymaga użycia specjalnych frezów, którymi można obrabiać wnęki o stosunku głębokości do średnicy frezowania wynoszącym 30:1.

głębokość wnęki
2. Pionowy promień naroża krawędzi wewnętrznej: zalecana głębokość ubytku x (lub większa)

Pionowy promień narożnika wewnętrznej krawędzi wynosi ⅓ x głębokość wnęki (lub więcej), co zapewnia użycie narzędzia o odpowiedniej średnicy i jest zgodne z zalecanymi wytycznymi dotyczącymi głębokości wnęki. Zwiększenie promienia narożnika nieco powyżej zalecanej wartości (na przykład o 1 mm) pozwala narzędziu ciąć wzdłuż toru kołowego zamiast narożnika o kącie 90°. Jest to priorytet, ponieważ skutkuje wyższą jakością wykończenia powierzchni. Jeśli potrzebujesz ostrego kąta wewnętrznego 90 stopni, rozważ dodanie cięcia w kształcie litery T zamiast zmniejszania promienia narożnika.

Promień podłogi:

Zalecane: 0.5 mm, 1 mm lub brak promienia

Dolna krawędź skrawająca frezu jest równa lub lekko zaokrąglona. Każdy inny promień podłogi można obrabiać za pomocą narzędzia z końcówką kulistą. Dobrą praktyką projektową jest stosowanie zalecanej wartości, która jest pierwszym wyborem mechaników.

Pionowy promień narożnika wewnętrznej krawędzi
3 minimalna grubość ścianki:
  • Zalecenie: 0.8 mm (metal), 1.5 mm (plastik)

  • Wykonalne: 0.5 mm (metal), 1.0 mm (plastik)

  • Zmniejszenie grubości ścianki zmniejszy sztywność materiału, a tym samym zwiększy drgania w procesie obróbki i zmniejszy osiągalną dokładność.

  • Tworzywo sztuczne jest podatne na wypaczanie (z powodu naprężeń szczątkowych) i mięknięcie (z powodu wzrostu temperatury), dlatego zaleca się większą minimalną grubość ścianki.

minimalna grubość ścianki
4 otwory średnica:

Zalecane: standardowy rozmiar bitu

Wykonalne: dowolna średnica większa niż 1 mmWiertło lub frez mogą obrabiać otwory. Rozmiar bitu jest znormalizowany (metryczny i imperialny). Rozwiertaki i narzędzia do wytaczania służą do wykańczania otworów o ścisłych tolerancjach. Standardowa średnica jest zalecana do precyzyjnych otworów mniejszych niż 20 mm.

  • Maksymalna głębokość:

  • Zalecane: 4 x średnica nominalna

  • Typowe: 10 x średnica nominalna

  • Wykonalne: 40 x średnica nominalna

Otwory o niestandardowych średnicach muszą być obrabiane za pomocą frezów palcowych. W takim przypadku zastosowany zostanie maksymalny limit głębokości ubytku i należy zastosować zalecaną maksymalną wartość głębokości. Użyj specjalnego wiertła (minimalna średnica 3 mm), aby wykonać otwory głębsze niż typowe. Otwór nieprzelotowy jest obrabiany wiertłem ze stożkowym dnem (kąt 135), a narzędzie do obróbki otworu i frez trzpieniowy będzie płaskie. W obróbce CNC nie ma specjalnych preferencji między otworami przelotowymi a nieprzelotowymi.

średnica dziury
5 rozmiar nici:

Minimalna: M2

Zalecane: M6 lub większy

Gwint wewnętrzny nacina się gwintownikiem, a gwint zewnętrzny nacina się wykrojnikiem. Za pomocą gwintowników i narzynek można nacinać gwinty do m2.

Narzędzia do gwintowania CNC są powszechne i popularne wśród mechaników, ponieważ ograniczają ryzyko pęknięcia gwintownika. Narzędzie do gwintowania CNC może być używane do cięcia gwintu do M6.

Długość gwintu:

  • Minimum: 1.5 x średnica nominalna

  • Zalecane: 3 x średnica nominalna

Większość obciążenia działającego na gwint jest przenoszona przez kilka pierwszych zębów (maks. 1.5 x średnica nominalna). Dlatego gwinty większe niż 3 x średnica nominalna nie są wymagane.

W przypadku gwintów w otworach nieprzelotowych wyciętych gwintownikiem (tj. wszystkich gwintów mniejszych niż M6), należy dodać długość bez gwintu równą 1.5 x średnica nominalna do dna otworu.

W przypadku użycia narzędzia do gwintowania CNC (tj. gwintu większego niż M6) obróbkę gwintu można przeprowadzić na całej długości otworu.

rozmiar wątku_
6 minimalny otwór:

Zalecenie: 2.5 mm (0.1 cala)

Wykonalne: 0.05 mm (0.005 cala)

Większość warsztatów obróbki skrawaniem będzie w stanie precyzyjnie obrabiać zagłębienia i otwory przy użyciu narzędzi o średnicy mniejszej niż 2.5 mm (0.1 cala). Każda wartość poniżej tego limitu jest uważana za mikroobróbkę. Obróbka takich elementów wymaga specjalnych narzędzi (mikrowiertła) i wiedzy (fizyczny charakter procesu skrawania zmienia się w tym zakresie), dlatego zaleca się unikanie ich używania, chyba że jest to absolutnie konieczne.

minimalny otwór
7 tolerancja
  • Standardowo: ± 0.125 mm (0.005 cala)

  • Typowa wartość: ± 0.025 mm (0.001 cala)

  • Wykonalne: ± 0.0125 mm (0.0005 cala)

Tolerancje określają granice dopuszczalnych wymiarów. Tolerancje, które można osiągnąć, zależą od wymiarów podstawowych i geometrii części. Powyższe wartości są rozsądnymi kryteriami.

Jeśli nie określono tolerancji, w większości warsztatów obróbki skrawaniem stosowana będzie standardowa tolerancja ± 0.125 mm (0.005 cala).

tolerancja

Konfiguracja maszyny i orientacja części

Jak wspomniano wcześniej, narzędzie skrawające jest jednym z głównych ograniczeń konstrukcyjnych obróbki CNC. Aby dotrzeć do wszystkich powierzchni prototypu, obrabiany przedmiot należy kilkakrotnie obrócić.

Na przykład część na powyższym rysunku należy obrócić w sumie trzy razy: dwa razy, aby wykonać otwory w dwóch głównych kierunkach, i trzeci raz, aby wejść w tył części.

Za każdym razem, gdy obrabiany przedmiot jest obracany, maszyna musi zostać ponownie skalibrowana i musi zostać zdefiniowany nowy układ współrzędnych.

Ważne jest uwzględnienie ustawień maszyny podczas projektowania z dwóch powodów:

Całkowita liczba ustawień maszyny wpływa na koszty. Obracanie i ponowne wyrównywanie części wymaga obsługi ręcznej i wydłuża całkowity czas obróbki. Jest to ogólnie dopuszczalne, jeśli część musi być obrócona do 3-4 razy, ale wszystko poza tym limitem jest zbędne. Aby uzyskać maksymalną dokładność położenia względnego, dwie cechy muszą być obrabiane w tym samym ustawieniu. Dzieje się tak, ponieważ nowy krok wymiarowania wprowadza mały błąd (którego nie można zignorować).

5-osiowa obróbka CNC

Podczas korzystania z 5-osiowej obróbki CNC może wyeliminować potrzebę różnych ustawień maszyny. Wieloosiowa obróbka CNC może wytwarzać części o złożonej geometrii, ponieważ zapewnia dwa dodatkowe obracające się wały.

5-osiowa obróbka CNC sprawia, że ​​frez jest cały czas styczny do powierzchni cięcia. Można zastosować bardziej złożoną i efektywną ścieżkę narzędzia, dzięki czemu części mają lepsze wykończenie powierzchni i krótszy czas obróbki. Oczywiście pięcioosiowe CNC ma swoje ograniczenia. Nadal obowiązują ograniczenia dotyczące podstawowej geometrii narzędzia i dostępu do narzędzia (na przykład części z geometrią wewnętrzną nie mogą być obrabiane). Ponadto koszt korzystania z takiego systemu jest wysoki.

Podcięcie projektowe

Podcięcie projektowe

Podcięcia to cechy, których nie można obrabiać standardowymi narzędziami skrawającymi, ponieważ do niektórych powierzchni nie można uzyskać bezpośredniego dostępu od góry. Istnieją dwa główne typy podcięć: rowki w kształcie litery T i rowki na jaskółczy ogon. Podcięcie może być jednostronne lub dwustronne i obrabiane specjalnymi narzędziami. Narzędzie do cięcia rowków teowych składa się głównie z poziomego ostrza tnącego zamocowanego na osi pionowej. Szerokość podcięcia może wynosić od 3 mm do 40 mm. Standardowe wymiary są zalecane dla szerokości (tj. w milimetrach lub calach).

 

W przypadku narzędzi skrawających typu „jaskółczy ogon” kąt jest wymiarem definiującym cechę. Narzędzia typu jaskółczy ogon 45 stopni i 60 stopni są uważane za narzędzia standardowe. Można również stosować narzędzia o kątach 5o, 10o i do 120o (w krokach co 10o), ale są one rzadko używane. Projektując części z podcięciem na narzędzie. Dobrą zasadą jest zwiększenie odstępu między obrabianą ścianą a jakąkolwiek inną ścianą co najmniej czterokrotnie w stosunku do głębokości podcięcia. W przypadku standardowych narzędzi typowy stosunek średnicy skrawania do średnicy trzonka wynosi 2:1, co ogranicza głębokość cięcia. Gdy potrzebne jest niestandardowe podcięcie, fabryka maszyn zwykle wykonuje własne, dostosowane narzędzia podcinające. Może to wydłużyć czas dostawy i koszty i należy tego unikać w jak największym stopniu.

Projekty rysunków technicznych

Nawet jeśli rysunki techniczne (krok lub IGES dokumenty są wystarczające) nie zawsze są wymagane do złożenia zamówienia, zaleca się również przesłanie rysunków, ponieważ usprawni to komunikację między projektantem a operatorem maszyny CNC. Należy pamiętać, że niektórych kryteriów projektowych nie można zawrzeć w plikach step lub IGES. Jeśli Twój model zawiera co najmniej jeden z poniższych elementów, musisz dostarczyć rysunki techniczne 2D:

  • Otwór na śrubę lub wałek.

  • Wymiar z tolerancją.

  • Specyficzne wymagania dotyczące wykończenia powierzchni.

  • Środki ostrożności dla operatorów obrabiarek CNC.

Projekty rysunków technicznych

Reguła doświadczenia

Projektuj części, które można obrabiać za pomocą narzędzia o największej średnicy.

Dodaj duże zaokrąglenie (co najmniej 1x głębokość zagłębienia) do wszystkich wewnętrznych narożników pionowych.

Ogranicz głębokość wnęki do czterokrotności szerokości.

Zachowaj spójność głównych cech projektu z jednym z sześciu głównych kierunków. Jeśli nie jest to możliwe, można wybrać obróbkę 5-osiową CNC.

Jeżeli projekt zawiera gwint, tolerancję, specyfikację wykończenia powierzchni lub inne uwagi do operatora maszyny, prosimy o przesłanie rysunku technicznego na rysunku.