Um vollen Gebrauch von der Fähigkeit von CNC zu machen maschinell bearbeitend, müssen Designer spezifischen Herstellungsregeln folgen. Aber diese kann eine Herausforderung sein, weil es keinen spezifischen Industriestandard gibt. In diesem Artikel haben wir einen umfassenden Führer mit bester Entwurfspraxis für CNC-maschinelle Bearbeitung kompiliert.
Wir konzentrieren uns auf die Beschreibung der Möglichkeit moderner CNC-Systeme und ignorieren die Nebenkosten. Für Anleitung auf dem Entwerfen von kosteneffektiven Teilen für CNC, beziehen Sie bitte sich auf diesen Artikel.
Cnc-maschinelle Bearbeitung
Cnc-maschinelle Bearbeitung ist eine subtractive Bearbeitungstechnologie. In CNC werden verschiedene drehende (Tausenden U/min) Hochgeschwindigkeitswerkzeuge benutzt, um Materialien von den festen Blöcken zu entfernen, um Teile entsprechend CAD-Modellen zu produzieren. Metall und Plastik können durch CNC verarbeitet werden.
Bearbeitungsteile CNC haben hohe Maßgenauigkeit und strenge Toleranz. CNC ist für Massenproduktion und einmalige Arbeit passend. Tatsächlich ist CNC-maschinelle Bearbeitung z.Z. die kosteneffektivste Weise, die Metallprototypen zu produzieren, sogar verglichen mit Drucken 3D.
Hauptentwurfsbeschränkungen von CNC
CNC liefert große Entwurfsflexibilität, aber es gibt etwas Entwurfsbeschränkungen. Diese Beschränkungen hängen mit den grundlegenden Mechanikern des Schneidvorgangs zusammen, hauptsächlich bezogen, um Geometrie und Werkzeugzugang zu bearbeiten.
1. Werkzeuggeometrie
Die allgemeinsten CNC-Werkzeuge (Schaftfräser und Bohrgeräte) sind mit begrenzter Schneidlänge zylinderförmig.
Wenn das Material vom Werkstück entfernt wird, wird die Geometrie des Werkzeugs auf das maschinell bearbeitete Fach übertragen. Dies heißt, dass zum Beispiel egal wie klein ein Werkzeug benutzt wird, der innere Winkel eines CNC-Teils immer einen Radius hat.
2. Werkzeugzugang
Um das Material zu entfernen, nähert sich das Werkzeug dem Werkstück direkt von oben. Funktionen, die nicht auf diese Art erreicht werden können, können nicht CNC sein verarbeiteten.
Es gibt eine Ausnahme zu dieser Regel: unterschneiden Sie. Wir lernen, wie man Unterschneidungen im Entwurf im nächsten Abschnitt benutzt.
Eine gute Entwurfspraxis ist, alle Eigenschaften des Modells (Löcher, Hohlräume, vertikale Wände, etc.) mit einer der sechs Hauptrichtungen auszurichten. Diese Regel gilt als eine Empfehlung, keine Beschränkung, weil das 5 Achse CNC-System das moderne Werkstück liefert, das Fähigkeit hält.
Werkzeugzugang ist auch eine Frage, wenn er Eigenschaften mit großen Längenverhältnissen maschinell bearbeitet. Zum Beispiel um die Unterseite des tiefen Hohlraumes zu erreichen, wird ein Spezialwerkzeug mit einem Längsachsen angefordert. Dieses verringert die Steifheit des Endes - Effektor, erhöht Erschütterung und verringert erreichbare Genauigkeit.
Cnc-Experten empfehlen sich, Teile zu entwerfen, die mit Werkzeugen mit dem maximalen möglichen Durchmesser und der kürzesten möglichen Länge maschinell bearbeitet werden können.
Cnc-Entwurfsregeln
Eine der Herausforderungen traf häufig als an, Teile für CNC-maschinelle Bearbeitung entwerfend, ist, dass es keinen spezifischen Industriestandard gibt: Werkzeugmaschinen- und Werkzeughersteller ständig ihre technischen Fähigkeiten verbessern und die Reihe der Möglichkeiten erweitern.
In der folgenden Tabelle fassen wir empfohlen zusammen und durchführbare Werte der allgemeinsten Eigenschaften trafen in Bearbeitungsteilen CNC an.
1. Hohlraum und Nut
Empfohlene Hohlraumtiefe: Hohlraumbreite mit 4mal
Die Schneidlänge des Schaftfräsers ist begrenzt (normalerweise 3-4mal sein Durchmesser). Wenn das Tiefenbreitenverhältnis klein ist, werden die Werkzeugablenkung, die Chipentladung und die Erschütterung vorstehender. Die Tiefe des Hohlraumes auf viermal begrenzend, stellt seine Breite gute Ergebnisse sicher.
Wenn eine größere Tiefe angefordert wird, erwägen Sie, ein Teil mit einer variablen Hohlraumtiefe zu entwerfen (sehen Sie die Zahl oben als ein Beispiel).
Tiefes Hohlraummahlen: ein Hohlraum mit größeren als 6 Zeiten einer Tiefe der Werkzeugdurchmesser wird als einen tiefen Hohlraum angesehen. Das Verhältnis des Werkzeugdurchmessers zur Hohlraumtiefe kann sein 30:1, indem es Spezialwerkzeuge verwendet (unter Verwendung der Schaftfräser mit einem Durchmesser von 1 Zoll, ist die maximale Tiefe 30 cm).
2. Innerer Rand
Vertikaler Eckradius: empfohlene ⅓ x Hohlraumtiefe (oder größer)
Unter Verwendung des empfohlenen Wertes des internen Eckradius garantiert, dass das passende Durchmesserwerkzeug mit den Richtlinien für die empfohlene Hohlraumtiefe benutzt sein und ausgerichtet sein kann. Die Erhöhung des Eckradius etwas über dem empfohlenen Wert (z.B. durch 1 Millimeter) lässt das Werkzeug entlang einen Kreisweg anstelle eines 90 ° Winkels schneiden. Dieses wird bevorzugt, weil es ein hochwertigeres Oberflächenende erreichen kann. Wenn ein innerer Winkel von 90 ° Schärfe angefordert wird, erwägen Sie, eine T-förmige Unterschneidung hinzuzufügen, anstatt, den Winkelradius zu verringern.
Der empfohlene Bodenplatteradius ist 0.5mm, 1mm oder kein Radius; Irgendein Radius ist durchführbar
Die Unterkante des Schaftfräsers ist ein flacher Rand oder ein etwas runder Rand. Andere Bodenradien können mit Ballhauptwerkzeugen verarbeitet werden. Es ist gutes Entwurfsüblich, den empfohlenen Wert zu verwenden, weil es die erste Wahl des Maschinisten ist.
3. Dünne Wand
Empfohlene minimale Wandstärke: 0.8mm (Metall) und 1.5mm (Plastik); 0.5mm (Metall) und 1.0mm (Plastik) sind durchführbar
Die Verringerung der Wandstärke verringert die Steifheit des Materials, dadurch sie erhöht sie die Erschütterung im Bearbeitungsprozeß und verringert die erreichbare Genauigkeit. Plastik neigt sich zu verwerfen (wegen der Eigenspannung) und zu erweichen (wegen des Temperaturanstiegs), also wird es empfohlen, um eine größere minimale Wandstärke zu verwenden.
4. Loch
Durchmesser empfahl Standardbohrgerätgröße; Jeder möglicher Durchmesser, der als 1mm größer ist, ist annehmbar
Benutzen Sie ein Bohrgerät oder einen Schaftfräser, um Löcher maschinell zu bearbeiten. Standardisierung der Bohrer Größe (metrische und englische Einheiten). Bohrwerkzeuge und bohrende Schneider werden benutzt, um die Löcher zu beenden, die strenge Toleranzen erfordern. Für Größen werden weniger▽ als 20 Millimeter, Standarddurchmesser empfohlen.
Maximale Tiefe empfahl 4 x-Nenndurchmesser; Gewöhnlich 10 x-Nenndurchmesser; 40 x-Nenndurchmesser soweit dies machbar ist
Nicht Standarddurchmesserlöcher müssen mit Schaftfräsern verarbeitet werden. In diesem Fall trifft die maximale Hohlraumtiefengrenze zu und der empfohlene Wert der maximalen Tiefe sollte verwendet werden. Benutzen Sie ein spezielles Bohrgerät (minimalen Durchmesser 3 Millimeter) um Löcher mit einer Tiefe maschinell zu bearbeiten, die den typischen Wert übersteigt. Das Sackloch, das durch das Bohrgerät maschinell bearbeitet wird, hat eine konische Bodenplatte (135 ° Winkel), während das Loch bis Ende Mühle ist flach maschinell bearbeitete. In CNC ist die maschinelle Bearbeitung, dort keine spezielle Präferenz zwischen durchgehenden Löchern und Sacklöchern.
5. Faden
Die minimale Fadengröße ist m2; M6 oder größeres wird empfohlen
Das Innengewinde wird mit einem Hahn geschnitten, und das Außengewinde wird mit einem Würfel geschnitten. Hähne und Würfel können benutzt werden, um Faden zu m2 zu schneiden.
Cnc-Gewindeschneidwerkzeuge sind allgemein und durch Maschinisten bevorzugt, weil sie das Risiko des Hahnbruchs begrenzen. Cnc-Fadenwerkzeuge können benutzt werden, um Faden zu M6 zu schneiden.
Die minimale Gewindelänge ist 1,5 x-Nenndurchmesser; 3 x-Nenndurchmesser empfahl sich
Die meisten der Last, die am Faden angewendet wird, wird durch einige erste Zähne getragen (bis 1,5mal der Nenndurchmesser). Deshalb nicht mehr als 3mal wird der Nenndurchmesser des Fadens angefordert.
Für Faden in den Sacklöchern, die mit einem Hahn geschnitten werden (d.h. alle Faden kleiner als M6), fügen Sie ein gewindeloses Längengleichgestelltes 1,5 x-Nenndurchmesser an der Unterseite des Lochs hinzu.
Wenn ein CNC-Fadenwerkzeug benutzt werden kann (d.h. ist der Faden größer als M6), kann das Loch durch seine Gesamtlänge laufen.
6. Kleine Eigenschaften
Der minimale Lochdurchmesser wird empfohlen, um 2,5 Millimeter (0,1 Zoll) zu sein; 0,05 Millimeter (0,005 herein) ist durchführbar
Die meisten Maschinenwerkstätten sind in der Lage, Hohlräume und Löcher unter Verwendung der Werkzeuge genau maschinell zu bearbeiten weniger als 2,5 Millimeter (0,1 Zoll) im Durchmesser.
Alles unterhalb dieser Grenze wird Micromachining betrachtet. Spezialwerkzeug- (Mikrobohrgeräte) und Fachkenntnis werden angefordert, um solche Eigenschaften zu verarbeiten (die körperlichen Änderungen im Schneidvorgang sind innerhalb dieses Bereiches), also wird es empfohlen, um unter Verwendung sie zu vermeiden, es sei denn, dass absolut notwendig.
7. Toleranz
Standard: ± 0,125 Millimeter (0,005 herein)
Typisch: ± 0,025 Millimeter (0,001 herein)
Durchführbar: ± 0,0125 Millimeter (0,0005 herein)
Toleranzen definieren die Grenzen von annehmbaren Maßen. Die erreichbaren Toleranzen hängen von den grundlegenden Maßen und von der Geometrie des Faches ab. Die oben genannten Werte sind angemessene Richtlinien. Wenn keine Toleranz spezifiziert wird, benutzen die meisten Maschinenwerkstätten ein Standard-± 0,125 Millimeter (0,005 herein) Toleranz.
8. Wörter und Beschriftung
Die empfohlene Gussgröße ist 20 (oder) größeres, beschriftende 5mm
Gravierte Charaktere sind vorzugsweise prägeartige Charaktere, weil weniger Material entfernt wird. Es wird empfohlen, um GROTESK-Güsse (wie Arial oder Verdana) mit einer Größe von mindestens 20 Punkten zu benutzen. Viele CNC-Maschinen haben vor Programme für diese Güsse programmiert.
Maschineneinstellungen und Teilorientierung
Das schematische Diagramm von Teilen, die eingestellt werden müssen mehrmals, ist, wie folgt:
AS erwähnte früher, Werkzeugzugang ist eine der Hauptentwurfsbeschränkungen von CNC-maschineller Bearbeitung. Um alle Oberflächen des Modells zu erreichen, muss das Werkstück gedreht werden mehrmals.
Zum Beispiel muss das Teil des oben genannten Bildes gedreht werden dreimal insgesamt: zwei Löcher werden in zwei Hauptrichtungen maschinell bearbeitet, und das Drittel trägt die Rückseite des Faches ein.
Wann immer das Werkstück sich dreht, muss die Maschine nachgeeicht werden und ein neues Koordinatensystem muss definiert werden.
Es ist wichtig, die Maschineneinstellungen im Entwurf aus zwei Gründen zu betrachten:
Die Gesamtanzahl von Maschineneinstellungen beeinflußt Kosten. Das Drehen und das Ausrichten von Teilen erfordert Handbetrieb und erhöht die Gesamtbearbeitungszeit. Wenn das Teil gedreht werden muss 3-4mal, ist dieses im Allgemeinen annehmbar, aber, diese Grenze irgendwie zu übersteigen ist überflüssig.
Um maximale relative Positionsgenauigkeit zu erhalten, müssen zwei Eigenschaften in der gleichen Einrichtung maschinell bearbeitet werden. Dieses ist, weil der neue Anrufschritt einen kleinen (aber nicht geringfügigen) Fehler vorstellt.
Fünf Achse CNC-maschinelle Bearbeitung
Wenn man 5 maschinell bearbeitenden Achse CNC verwendet, kann der Bedarf an den mehrfachen Maschineneinstellungen beseitigt werden. Multi Achse CNC-maschinelle Bearbeitung kann Teile mit komplexer Geometrie herstellen, weil sie 2 zusätzliche Rotationsäxte liefern.
Fünf Achse CNC-maschinelle Bearbeitung lässt das Werkzeug Tangente zur Schnittoberfläche immer sein. Komplexere und leistungsfähigere Werkzeugwege können, mit dem Ergebnis des besseren Oberflächenendes und der niedrigeren Stückzeit gefolgt werden.
Selbstverständlich hat 5 Achse CNC auch seine Beschränkungen. Die grundlegende Werkzeuggeometrie und die Werkzeugzugriffsbeschränkungen treffen noch zu (zum Beispiel, können die Teile mit interner Geometrie nicht maschinell bearbeitet werden). Darüber hinaus sind die Kosten der Anwendung solcher Systeme höher.
Entwurfsunterschneidung
Unterschneidungen sind Eigenschaften, die nicht mit Standardschneidwerkzeugen maschinell bearbeitet werden können, weil einige ihrer Oberflächen nicht von oben direkt erreicht werden können.
Es gibt zwei Hauptarten Unterschneidungen: T-Nuten und Schwalbenschwänze. Unterschneiden Sie kann einseitig oder doppelseitig und verarbeitet mit Spezialwerkzeugen sein.
Das T-Nutschneidwerkzeug wird im Allgemeinen von einem horizontalen Schnitteinsatz hergestellt, der an eine vertikale Achse angeschlossen wird. Die Breite der Unterschneidung schwankt möglicherweise zwischen 3 Millimeter und 40 Millimeter. Es wird empfohlen, um Standardmaße für Breiten (d.h., volle Millimetererhöhungen oder Standardzollbrüche) zu verwenden da Werkzeuge wahrscheinlicher sind, verfügbar zu sein.
Für Schwalbenschwanzwerkzeuge definiert der Winkel die Kenngröße. 45 ° und 60 ° Schwalbenschwanzwerkzeuge gelten als Standard.
Wenn Sie Teile mit Unterschneidungen auf der inneren Wand entwerfen, erinnern Sie sich, genügend Freigabe für das Werkzeug hinzuzufügen. Eine gute Faustregel ist, mindestens viermal zu addieren die unterschnittene Tiefe zwischen der maschinell bearbeiteten Wand und jeder anderen inneren Wand.
Für Standardwerkzeuge ist das typische Verhältnis zwischen dem Schnittdurchmesser und dem Wellendurchmesser 2:1, der die Schnitttiefe begrenzt. Wenn nichtstandardisierte Unterschneidung angefordert wird, stellt die Maschinenwerkstatt normalerweise kundengebundene unterschnittene Werkzeuge an sich her. Dieses erhöht Vorbereitungs- und Anlaufzeiten und Kosten und sollte so viel wie möglich vermieden werden.
T-förmige Nut (links), Schwalbenschwanznut unterschnitt (mittlere) und die einseitige Unterschneidung (recht) auf der inneren Wand
Zeichnende technische Zeichnungen
Merken Sie, dass einige Entwurfskriterien nicht im Schritt oder IN IGES-Dateien eingeschlossen sein können. Wenn Ihr Modell eine oder mehrere vom folgenden enthält, müssen 2D technische Zeichnungen zur Verfügung gestellt werden:
Gewindebohrung oder Welle
Toleranzmaß
Spezifische Oberflächenendanforderungen
Anweisungen für werkzeugmaschinenbetreiber
Faustregel
1. Entwurf die Teile, die mit dem Werkzeug des größten Durchmessers verarbeitet werden können.
2. fügen Sie große Leisten (mindestens ⅓ x Hohlraumtiefe) allen internen vertikalen Winkeln hinzu.
3. Grenze die Tiefe des Hohlraumes zu 4mal seine Breite.
4. richten Sie die Hauptfunktionen des Entwurfs entlang einer der sechs Hauptrichtungen aus. Wenn dieses nicht möglich ist, kann 5 Achse CNC-maschinelle Bearbeitung vorgewählt werden.
5. Wenn Ihr Entwurf Faden, Toleranz, Oberflächenendspezifikation oder andere Kommentare des Operators umfasst, reichen Sie bitte technische Zeichnungen mit den Zeichnungen ein.
