Wytyczne dotyczące projektowania maszyn CNC: Maksymalizacja wyników

Obróbka CNC to wszechstronny proces produkcyjny, który umożliwia wytwarzanie szerokiej gamy części z dużą precyzją i powtarzalnością.Jest to niezbędny proces produkcyjny do wytwarzania precyzyjnych, złożonych części dla różnych gałęzi przemysłu, w tym lotniczego, motoryzacyjnego, opieki zdrowotnej i elektronicznej.

Ale tu jest zwrot akcji: osiągnięcie perfekcji w obróbce CNC to nie tylko kwestia maszyn.Jest to forma sztuki wymagająca bystrego oka przy projektowaniu i głębokiego zrozumienia procesu.W tym przewodniku odkrywamy tajniki projektowania obróbki CNC.Od ogólnych najlepszych praktyk po dostosowane do indywidualnych potrzeb wskazówki dotyczące różnych operacji CNC – zagłębiamy się w to, jak kształtować projekty w celu uzyskania maksymalnej wydajności CNC.Witamy na styku innowacji i precyzji, gdzie każda udostępniana przez nas wytyczna jest krokiem w kierunku doskonałości produkcyjnej.

Co to jest obróbka CNC?

W obróbce CNC rozwój części przebiega od wstępnej koncepcji do postaci fizycznej poprzez precyzyjny i zaawansowany technologicznie proces.Początkowo projektant CNC tworzy projekt przy użyciu zaawansowanego oprogramowania CAD.Projekt ten jest następnie konwertowany na kod G, kod dyrektywy dla maszyn CNC.Zgodnie z tym kodem maszyna CNC wykorzystuje specjalistyczne narzędzia skrawające do metodycznego rzeźbienia części z litego bloku.

Maszyny CNC, takie jak frezarki pionowe i poziome oraz tokarki, mogą pracować w różnych osiach.Aby utworzyć stosunkowo proste części, tradycyjne maszyny 3-osiowe mogą manipulować częściami wzdłuż trzech osi liniowych (X, Y i Z).Obróbka 5-osiowa może odbywać się wzdłuż trzech osi liniowych i wokół dwóch osi obrotowych, tworząc bardziej złożone komponenty.

Subiektywny proces produkcyjny umożliwia produkcję precyzyjnych i złożonych części z różnych materiałów, takich jak metale, tworzywa sztuczne i kompozyty.Ponadto jest szybki, zautomatyzowany, precyzyjny i skalowalny, co sprawia, że ​​ma zastosowanie zarówno w prototypowaniu, produkcji jednorazowej, jak i produkcji wielkoseryjnej.

Wytyczne dotyczące projektowania CNC: Wskazówki dotyczące redukcji kosztów

Zrozumienie, czym jest obróbka CNC, stanowi podstawę do docenienia znaczenia przestrzegania praktyk projektowych.Praktyki te są niezbędne do obniżenia kosztów i utrzymania wysokiego standardu jakości i precyzji.

Wspólne wytyczne projektowe dotyczące obróbki CNC

Unikaj powierzchni niepłaskich i powierzchni o kącie pochylenia

Powierzchnie nieplanarne i powierzchnie o kącie pochylenia są złożone i trudne w obróbce, co może skutkować niższymi prędkościami skrawania, dłuższymi czasami obróbki i zwiększonym zużyciem narzędzi.Dodatkowo powierzchnie te mogą utrudniać osiągnięcie stałej jakości części i wąskiej tolerancji.Aby uniknąć w projekcie powierzchni niepłaskich i powierzchni o kącie pochylenia:

• Jeśli to możliwe, używaj prostej i płaskiej geometrii.
• Użyj zaokrągleń i promieni, aby złagodzić ostre narożniki i zmniejszyć liczbę skomplikowanych powierzchni.
• Uwzględnij kąty pochylenia w swoim projekcie, aby umożliwić łatwe usuwanie materiału i zmniejszyć zużycie narzędzia podczas obróbki.

Zwiększ rozmiar wewnętrznych zaokrągleń

Zaokrąglenia wewnętrzne to zaokrąglone narożniki lub przejścia w części, które mogą zmniejszyć koncentrację naprężeń i poprawić wytrzymałość części.Zwiększenie rozmiaru tych zaokrągleń poprawi jakość i wydajność operacji obróbki poprzez:

• Zmniejszenie sił skrawania i zużycia narzędzi podczas obróbki.
• Poprawa usuwania wiórów i przepływu materiału podczas skrawania.
• Zmniejszenie prawdopodobieństwa złamania narzędzia i przedwczesnego zużycia narzędzia.
• Poprawa wykończenia powierzchni i jakości części.

Dodaj podcięcia do ostrych narożników

Podcięcia to wgłębienia lub nacięcia w rogach części, które umożliwiają lepszy dostęp narzędzia i lepsze usuwanie materiału podczas obróbki.Zoptymalizowany projekt podcięcia do obróbki CNC będzie:

• Zmniejsz siły skrawania i zużycie narzędzia.
• Popraw usuwanie wiórów i przepływ materiału podczas skrawania.
• Zmniejsza prawdopodobieństwo złamania narzędzia i jego przedwczesnego zużycia.
• Popraw wykończenie powierzchni części i jakość części.

Jednakże tworzenie podcięć może być złożonym i wymagającym zadaniem, ponieważ może być trudno je osiągnąć przy użyciu standardowych narzędzi skrawających.Ponadto do obróbki podcięć mogą być wymagane specjalistyczne narzędzia lub obróbka wieloosiowa.Minimalizacja rozmiaru i złożoności podcięć może pomóc w osiągnięciu lepszych wyników.Projektując podcięcia należy wziąć pod uwagę:

Użyj standardowych tolerancji

Standardowe tolerancje zapewniają, że gotowe części CNC spełniają pożądane specyfikacje i wymagania funkcjonalne.Niepotrzebne wąskie tolerancje mogą zwiększyć koszty i czas obróbki.

Określając standardowe tolerancje obróbki CNC, producenci mogą zmniejszyć potrzebę wykonywania operacji wtórnych i poprawić ogólną wydajność procesu obróbki.

Tekst i napis

Podczas tworzenia tekstu lub liter narzędzie musi być w stanie utrzymać stałą szerokość, wysokość i odstępy w całym procesie obróbki.Wszelkie różnice w tych czynnikach mogą skutkować powstaniem produktu końcowego, który nie będzie spełniał specyfikacji projektowych.

Należy wziąć pod uwagę czcionkę i rozmiar tekstu lub napisu.Zbyt małe teksty mogą być trudne do odczytania lub nie spełniać wymaganych specyfikacji, natomiast zbyt duże mogą powodować ugięcie narzędzia lub wpływać na dokładność i precyzję procesu obróbki.Aby sprostać tym wyzwaniom, zaleca się kilka dobrych praktyk projektowych zalecanych przez inżynierów i projektantów:

• Używaj standardowych czcionek, dobrze dostosowanych do procesu obróbki
• Unikaj zbyt skomplikowanych i drobnych liter
• Określ większy rozmiar czcionki
• Wybierz czcionkę o bardziej spójnej szerokości, wysokości i odstępach
• Dokładnie rozważ orientację tekstu względem przedmiotu obrabianego
• Odpowiednio wyreguluj narzędzie, aby zachować stałą wysokość, odstępy i prędkość cięcia.

Rozmiar części

Maszyny CNC mają różne możliwości w zależności od ich wielkości i wydajności.Niektóre maszyny mogą być zbyt małe, aby pomieścić duże części, podczas gdy inne mogą nie być w stanie obsłużyć zbyt małych części.W rezultacie przy projektowaniu części należy dokładnie rozważyć ich rozmiar i odpowiednio wybrać odpowiednią maszynę.

Oprócz wielkości maszyny na szybkość procesu obróbki może mieć również wpływ rozmiar części.Większe części wymagają dłuższego czasu obróbki i wyższych kosztów produkcji, ponieważ inżynierowie muszą usunąć więcej materiału podczas obróbki w porównaniu z mniejszymi częściami.

Wybierz bardziej miękki materiał

Miękkie materiały są łatwiejsze w obróbce, co skutkuje większymi prędkościami skrawania, mniejszym zużyciem narzędzi oraz krótszym czasem i kosztami obróbki.Dodatkowo są mniej podatne na pękanie czy odkształcenia w procesie obróbki, co poprawia jakość detali i skraca czas obróbki poobróbkowej.Niemniej jednak wybieraj miękki materiał tylko wtedy, gdy pozwala na to przeznaczenie i końcowe zastosowanie produktu.

Minimalizuj zmiany narzędzi i konfiguracje uchwytów roboczych

Większa potrzeba wymiany narzędzi i ustawień mocowania roboczego podczas cyklu obróbki będzie prowadzić do czasochłonnego i kosztownego procesu.Możesz wziąć pod uwagę następujące wskazówki, aby zminimalizować zmiany narzędzi i konfiguracje:

• Części o podobnych cechach i geometrii można obrabiać CNC przy użyciu jednego narzędzia tnącego.
• Zredukuj wymagane konfiguracje, projektując części o spójnej orientacji lub stosując modułowe mocowania, które mogą pomieścić wiele części.
• Używaj wielofunkcyjnych narzędzi skrawających, które mogą wykonywać wiele operacji przy jednej wymianie narzędzia.

Do części frezowanych CNC

Zachowaj dostępnośćNarzędzia skrawające CNCw Umyśle

Optymalizacja części CNC pod kątem redukcji kosztów i czasu realizacji obejmuje dostosowanie projektów do możliwości standardowych narzędzi frezarskich CNC.Wybierając projekty odpowiadające rozmiarom i możliwościom tych standardowych narzędzi, można znacznie zminimalizować potrzebę stosowania narzędzi niestandardowych lub specjalistycznych.

Praktycznym przykładem jest projektowanie zaokrągleń wewnętrznych.Wskazane jest unikanie specyfikacji wymagających promienia mniejszego niż ten, który mogą pomieścić standardowe narzędzia skrawające CNC.Tworzenie takich funkcji wymaga przejścia na mniejsze, być może niestandardowe narzędzia, co może prowadzić do wydłużenia czasu i kosztów, które mogą nie uzasadniać korzyści.Dlatego też trzymanie się granic możliwości standardowych narzędzi jest kluczowym czynnikiem wpływającym na wydajną produkcję części CNC.

Unikaj ostrych narożników wewnętrznych

Frezowanie CNC ma nieodłączne ograniczenia, a jednym z nich jest brak możliwości tworzenia ostrych narożników wewnętrznych.Ograniczenie to wynika z okrągłego kształtu narzędzi frezarskich CNC.Aby sobie z tym poradzić, inżynierowie często używają w swoich projektach zaokrąglonych narożników.Promień tych narożników musi wynosić co najmniej połowę średnicy frezu.Na przykład w przypadku noża 1/4” minimalny promień zaokrągleń nie powinien być mniejszy niż 1/8”.

Aby sprostać wyzwaniu, jakim są wymagania dotyczące ostrych narożników części, stosuje się specjalne podejścia projektowe.Obejmują one:

• Wiercenie otworów w celu „wyłamania” narożników.
• Umożliwienie ostrym krawędziom dopasowania się do wnęki.
• Używanie zaokrągleń, gdy nachylone lub pochylone powierzchnie stykają się z pionowymi ścianami lub ostrymi krawędziami.
• Użycie frezów z końcówką kwadratową lub kulistą zawsze spowoduje powstanie materiału pomiędzy ścianą a powierzchnią, chyba że powierzchnia jest płaska i normalna w stosunku do narzędzia.

Unikaj głębokich, wąskich szczelin i kieszeni

Dobrą praktyką projektową jest to, że ostateczna głębokość skrawania nie powinna przekraczać pewnych współczynników zależnych od obrabianego materiału.Na przykład w przypadku tworzyw sztucznych stosunek nie powinien być większy niż 15-krotność średnicy frezu walcowo-czołowego, aluminium nie powinno być większe niż 10-krotność, a granica stali wynosi 5-krotność.Dzieje się tak dlatego, że dłuższe narzędzia są bardziej podatne na odkształcenia i wibracje, co prowadzi do niedoskonałości powierzchni.

Ponadto wewnętrzny promień zaokrąglenia zależy również od średnicy narzędzia tnącego.Jeśli szczelina o szerokości 0,55 cala w części stalowej ma być obrabiana CNC przy użyciu frezu palcowego 0,5 cala, wówczas głębokość nie powinna przekraczać 2,75 cala.Ponadto frezy palcowe o wysokim stosunku długości do średnicy mogą być trudniejsze do uzyskania.Dlatego zaleca się zmniejszenie głębokości rowka lub elementu lub zwiększenie średnicy narzędzia skrawającego.

Zaprojektuj największe dopuszczalne promienie wewnętrzne

Rozmiar narzędzia skrawającego stosowanego w frezarkach CNC należy wziąć pod uwagę na etapie projektowania.Większy frez usuwa więcej materiału w jednym przejściu, redukując czas i koszty obróbki.

Aby w pełni wykorzystać możliwości większych frezów, projektuj swoje wewnętrzne narożniki i zaokrąglenia o jak największym promieniu, najlepiej większym niż 0,8mm.

Dodatkową wskazówką jest wykonanie zaokrągleń nieco większych niż promień frezu palcowego, na przykład promień 3,3 mm zamiast 3,175 mm.Zapewnia to gładszą ścieżkę cięcia i lepsze wykończenie obrabianej części.

Wybierz odpowiednią grubość

Należy pamiętać, że cienkie ścianki części mogą stwarzać znaczne wyzwania w procesie obróbki, szczególnie w zakresie utrzymania sztywności i dokładności wymiarów.Aby uniknąć tych trudności, można zaprojektować ściany o minimalnej grubości 0,25 mm dla elementów metalowych i 0,50 mm dla części z tworzyw sztucznych, ponieważ są one w stanie wytrzymać rygorystyczne warunki procesu produkcyjnego.

Do części tokarskich CNC

Unikaj ostrych narożników wewnętrznych

Ostre narożniki wewnętrzne i zewnętrzne w projekcie części mogą stanowić wyzwanie podczas obróbki.Aby rozwiązać ten problem, zaleca się:

• Mają zaokrąglone wewnętrzne narożniki, zapewniające stopniowe przejście, aby narzędzie mogło płynnie się poruszać.
• Należy zastosować niewielki kąt w stromych ścianach bocznych, aby wyeliminować ostre narożniki wewnętrzne.
• Uprość proces obróbki, zmniejszając liczbę operacji wymaganych przy użyciu jednego narzędzia.

Unikaj długich i cienkich części toczonych

Niestabilność jest częstym problemem w przypadku długich, cienko toczonych części.Obracająca się część może z łatwością uderzać o narzędzie, tworząc niedoskonałe wykończenie.Aby temu zaradzić, skorzystaj z poniższych wskazówek dotyczących projektowania CNC.

• Na końcu umieść wiertło centrujące i użyj wiertła, aby część obracała się prosto.
• Utrzymuj stosunek długości do średnicy na poziomie 8:1 lub niższym, aby zminimalizować ryzyko niestabilności podczas obróbki.

Unikaj cienkich ścian

Podczas operacji toczenia CNC należy pamiętać o ilości obrabianego materiału.Nadmierna obróbka może skutkować nadmiernym naprężeniem części, podczas gdy cienkie ścianki mogą skutkować zmniejszeniem sztywności i trudnościami w utrzymaniu wąskich tolerancji.

Jako wytyczną przyjmuje się, że grubość ścianek części toczonych powinna wynosić co najmniej 0,02 cala, aby zapewnić stabilność i dokładność podczas procesu produkcyjnego.

Do wiercenia części

Optymalna głębokość otworu

Idealna głębokość wywierconego otworu powinna równoważyć stabilność narzędzia i wytrzymałość obrabianego materiału.Zbyt płytkie wiercenie może skutkować słabym połączeniem i zmniejszeniem siły trzymania śrub, natomiast zbyt głębokie wiercenie może spowodować pęknięcie lub wygięcie wiertła, co prowadzi do niskiej dokładności i wykończenia powierzchni.

Aby określić optymalną głębokość otworu, należy wziąć pod uwagę rozmiar wiertła, twardość i grubość materiału, wytrzymałość wymaganą do zamierzonego zastosowania oraz ogólną stabilność konfiguracji maszyny.Zaleca się wywiercenie otworu na tyle głęboko, aby pomieścić śrubę lub element mocujący, pozostawiając trochę materiału na podparcie.Jeśli wymagane jest pogłębienie, otwór należy wywiercić głębiej, aby umożliwić wykonanie pogłębienia.

Rozróżnij otwory przelotowe i ślepe

Zrozumienie różnicy między otworami przelotowymi a otworami nieprzelotowymi jest ważne, ponieważ oba wymagają różnych technik i narzędzi wiercenia.

Otwór przelotowy to otwór, który przechodzi całkowicie przez przedmiot obrabiany od jednego końca do drugiego.Generalnie jest łatwiejszy w produkcji, ponieważ wiertło musi wchodzić i wychodzić z części po przeciwnych stronach.Otwory przelotowe mają zastosowanie przy mocowaniu, montażu i prowadzeniu elementów elektrycznych i mechanicznych.

Z drugiej strony otwory ślepe nie przechodzą przez cały przedmiot obrabiany i zatrzymują się na określonej głębokości.Mają zastosowanie przy tworzeniu wgłębień, wgłębień lub kieszeni w przedmiocie obrabianym i są generalnie trudniejsze w wykonaniu niż otwory przelotowe.Otwory ślepe wymagają specjalnych wierteł CNC i prędkości skrawania, aby mieć pewność, że krawędź tnąca nie przebije się przez spód części.

Unikaj częściowych dziur

Częściowy otwór ma miejsce, gdy wiertło nie wnika całkowicie w materiał i może być spowodowany różnymi czynnikami, takimi jak złamanie wiertła, nieprawidłowy dobór wiertła lub nieprawidłowe parametry, takie jak prędkość, posuw i głębokość skrawania.Dlatego należy dobrać odpowiednie wiertło, zachować odpowiednie parametry oraz zastosować chłodziwo, które odprowadzi ciepło.

Unikaj wiercenia wnęk

Podczas wiercenia należy pamiętać, że przecinające się otwory z istniejącymi wnękami w częściach mogą zagrozić ich integralności strukturalnej.Można tego uniknąć, umieszczając punkty wiertła z dala od istniejących ubytków.Jeśli jednak wywiercony otwór musi przecinać wgłębienie, praktyką roboczą jest upewnienie się, że jego oś środkowa nie przecina się z nim, aby zachować stabilność części.

Projekt Standardowy rozmiar wiertła

Zoptymalizuj swój projekt pod kątem standardowych rozmiarów wierteł, aby zaoszczędzić czas i pieniądze oraz ułatwić warsztatom mechanicznym produkcję części bez konieczności stosowania kosztownych, niestandardowych narzędzi.

Rozważ użycie standardowego rozmiaru wiertła, np. 0,12” zamiast bardziej precyzyjnego, ale mniej powszechnego rozmiaru, np. 0,123”.Spróbuj także ograniczyć liczbę różnych rozmiarów wierteł używanych w projekcie CNC, ponieważ wiele rozmiarów zwiększa czas i wysiłek wymagany do wymiany narzędzi w procesie obróbki.

Określ otwory gwintowane

Gwintowany otwór umożliwia mocowanie śrub, wkrętów i innych gwintowanych elementów złącznych.Upewnij się, że określono prawidłową głębokość gwintu, aby gwintowany łącznik miał wystarczające połączenie, aby utrzymać część razem.Im głębszy gwint, tym mocniejszy chwyt łącznika.

Rodzaj materiału może mieć wpływ na rodzaj gwintu.Z jednej strony miękkie materiały mogą wymagać płytszej nici.Z drugiej strony twardsze materiały mogą wymagać głębszego gwintu.

Podczas określania otworów gwintowanych na rysunku należy stosować jasne i dokładne objaśnienia gwintów, aby zapewnić prawidłowy standard, skok i głębokość gwintu.Zapewnij wystarczający odstęp do montażu i demontażu gwintowanego łącznika bez zaginania lub zdejmowania gwintu.

Unikaj głębokich kranów

Kolejną kluczową wskazówką pozwalającą uzyskać dokładne i precyzyjne wyniki jest unikanie głębokich kranów.Im dłuższy kran, tym większe ryzyko, że będzie on wibrował i poruszał się podczas pracy, co doprowadzi do niedoskonałości produktu końcowego.Kran, który przekracza 3-krotność swojej średnicy, jest głęboki i może stanowić duże wyzwanie.

Jednak w wielu przypadkach nawet gwintownik o średnicy 1,5 średnicy zapewni wystarczające zagłębienie gwintu, eliminując w ten sposób potrzebę głębokiego gwintowania.Stosowanie głębokich gwintowników zwiększa ryzyko złamania narzędzia, wadliwych gwintów i zmniejszonej precyzji, co czyni go niepożądanym aspektem projektowania obróbki CNC.