March 29, 2024
Η κατεργασία CNC είναι μια ευέλικτη διαδικασία κατασκευής που μπορεί να παράγει ένα ευρύ φάσμα εξαρτημάτων με υψηλή ακρίβεια και επαναληψιμότητα.Είναι μια βασική διαδικασία κατασκευής για την παραγωγή πολύπλοκων εξαρτημάτων υψηλής ακρίβειας για διάφορες βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένης της αεροδιαστημικής, της αυτοκινητοβιομηχανίας, της υγειονομικής περίθαλψης και των ηλεκτρονικών.
Αλλά εδώ είναι η ανατροπή: η επίτευξη της τελειότητας στην κατεργασία CNC δεν αφορά μόνο τα μηχανήματα.Είναι μια μορφή τέχνης, που απαιτεί έντονο μάτι για το σχεδιασμό και βαθιά κατανόηση της διαδικασίας.Σε αυτόν τον οδηγό, ξετυλίγουμε τα μυστικά του σχεδιασμού μηχανικής κατεργασίας CNC.Από τις γενικές βέλτιστες πρακτικές έως τις εξατομικευμένες συμβουλές για διαφορετικές λειτουργίες CNC, εξετάζουμε πώς να διαμορφώσετε τα σχέδιά σας για κορυφαία απόδοση CNC.Καλώς ήλθατε στη διασταύρωση της καινοτομίας και της ακρίβειας, όπου κάθε κατευθυντήρια γραμμή που μοιραζόμαστε είναι ένα βήμα προς την κατασκευαστική αριστεία.
Στην κατεργασία CNC, η ανάπτυξη ενός εξαρτήματος προχωρά από την αρχική ιδέα στη φυσική μορφή μέσω μιας ακριβούς και τεχνολογικά προηγμένης διαδικασίας.Αρχικά, ένας σχεδιαστής CNC δημιουργεί το σχέδιο χρησιμοποιώντας προηγμένο λογισμικό CAD.Αυτός ο σχεδιασμός στη συνέχεια μετατρέπεται σε G-code, τον κώδικα οδηγίας για μηχανές CNC.Ακολουθώντας αυτόν τον κώδικα, το μηχάνημα CNC χρησιμοποιεί εξειδικευμένα εργαλεία κοπής για να σμιλεύει μεθοδικά το τμήμα από ένα συμπαγές μπλοκ.
Οι μηχανές CNC όπως η κάθετη και οριζόντια φρέζα και οι τόρνοι μπορούν να λειτουργήσουν σε διάφορους άξονες.Για τη δημιουργία σχετικά απλών εξαρτημάτων, οι παραδοσιακές μηχανές 3 αξόνων μπορούν να χειριστούν μέρη κατά μήκος τριών γραμμικών αξόνων (Χ, Υ και Ζ).Η κατεργασία 5 αξόνων μπορεί να λειτουργήσει κατά μήκος των τριών γραμμικών αξόνων και γύρω από δύο άξονες περιστροφής για να δημιουργήσει πιο πολύπλοκα εξαρτήματα.
Η υποκειμενική διαδικασία κατασκευής επιτρέπει την παραγωγή εξαρτημάτων υψηλής ακρίβειας και πολύπλοκων σε διάφορα υλικά όπως μέταλλα, πλαστικά και σύνθετα υλικά.Επιπλέον, είναι γρήγορο, αυτοματοποιημένο, ακριβές και επεκτάσιμο, γεγονός που το καθιστά εφαρμόσιμο στη δημιουργία πρωτοτύπων, την εφάπαξ παραγωγή και την παραγωγή μεγάλης κλίμακας.
Η κατανόηση του τι είναι η κατεργασία CNC θέτει τα θεμέλια για την εκτίμηση της σημασίας της τήρησης των πρακτικών σχεδιασμού.Αυτές οι πρακτικές είναι απαραίτητες για τη μείωση του κόστους και τη διατήρηση υψηλού επιπέδου ποιότητας και ακρίβειας.
Οι μη επίπεδες επιφάνειες και οι επιφάνειες με γωνία βύθισης είναι πολύπλοκες και δύσκολες στη μηχανή, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε χαμηλότερες ταχύτητες κοπής, μεγαλύτερους χρόνους κατεργασίας και αυξημένη φθορά του εργαλείου.Επιπλέον, αυτές οι επιφάνειες μπορεί να κάνουν πιο δύσκολη την επίτευξη σταθερής ποιότητας εξαρτημάτων και αυστηρής ανοχής.Για να αποφύγετε μη επίπεδες επιφάνειες και επιφάνειες με γωνιακή τάση στο σχέδιό σας:
Τα εσωτερικά φιλέτα είναι στρογγυλεμένες γωνίες ή μεταβάσεις μέσα σε ένα τμήμα που μπορούν να μειώσουν τις συγκεντρώσεις τάσεων και να βελτιώσουν την αντοχή του εξαρτήματος.Η αύξηση του μεγέθους αυτών των φιλετών θα βελτιώσει την ποιότητα και την αποτελεσματικότητα της μηχανικής κατεργασίας με:
Οι υποδοχές είναι εσοχές ή εγκοπές στις γωνίες ενός εξαρτήματος που επιτρέπουν καλύτερη πρόσβαση στο εργαλείο και βελτιωμένη αφαίρεση υλικού κατά τη μηχανική κατεργασία.Ένας βελτιστοποιημένος σχεδιασμός υποκοπής για κατεργασία CNC θα:
Ωστόσο, η δημιουργία υπολειμμάτων μπορεί να είναι μια περίπλοκη και προκλητική εργασία, επειδή μπορεί να είναι δύσκολο να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας τυπικά εργαλεία κοπής.Επιπλέον, μπορεί να απαιτούνται εξειδικευμένα εργαλεία ή μηχανουργική κατεργασία πολλαπλών αξόνων για τη μηχανική κατεργασία υποκοπών.Η ελαχιστοποίηση του μεγέθους και της πολυπλοκότητας των undercuts μπορεί να βοηθήσει στην επίτευξη καλύτερων αποτελεσμάτων.Τα ακόλουθα θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό των υπολειμμάτων:
Συνιστάται | |
Διάσταση υποκοπής | 3 mm έως 40 mm |
Κάθαρση υποκοπής | 4x βάθος |
Οι τυπικές ανοχές διασφαλίζουν ότι τα τελικά εξαρτήματα CNC πληρούν τις επιθυμητές προδιαγραφές και λειτουργικές απαιτήσεις.Οι περιττές αυστηρές ανοχές μπορούν να αυξήσουν το κόστος και τον χρόνο κατεργασίας.
Καθορίζοντας τις τυπικές ανοχές κατεργασίας CNC, οι κατασκευαστές μπορούν να μειώσουν την ανάγκη για δευτερεύουσες λειτουργίες και να βελτιώσουν τη συνολική απόδοση της διαδικασίας κατεργασίας.
Συνιστάται | Εφικτός | |
Ανοχές | ±0,1 mm | ±0,02 mm |
Όταν δημιουργείτε κείμενο ή γράμματα, το εργαλείο πρέπει να μπορεί να διατηρεί σταθερό πλάτος, ύψος και απόσταση σε όλη τη διαδικασία κατεργασίας.Οποιαδήποτε παραλλαγή σε αυτούς τους παράγοντες μπορεί να οδηγήσει σε ένα τελικό προϊόν που δεν πληροί τις προδιαγραφές σχεδιασμού.
Πρέπει να λάβετε υπόψη τη γραμματοσειρά και το μέγεθος του κειμένου ή των γραμμάτων.Κείμενα που είναι πολύ μικρά μπορεί να είναι δύσκολο να διαβαστούν ή μπορεί να μην πληρούν τις επιθυμητές προδιαγραφές, ενώ τα κείμενα που είναι πολύ μεγάλα μπορεί να προκαλέσουν εκτροπή του εργαλείου ή να επηρεάσουν την ακρίβεια και την ακρίβεια της διαδικασίας κατεργασίας.Για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων, ορισμένες καλές πρακτικές σχεδιασμού που προτείνονται από μηχανικούς και σχεδιαστές:
Οι μηχανές CNC έχουν διαφορετικές δυνατότητες ανάλογα με το μέγεθος και τη χωρητικότητά τους.Ορισμένα μηχανήματα μπορεί να είναι πολύ μικρά για να χωρέσουν μεγάλα εξαρτήματα, ενώ άλλα μπορεί να μην μπορούν να χειριστούν εξαρτήματα που είναι πολύ μικρά.Ως αποτέλεσμα, τα εξαρτήματα που θα σχεδιαστούν θα πρέπει να εξετάσουν προσεκτικά το μέγεθος του εξαρτήματος και να επιλέξουν ανάλογα το κατάλληλο μηχάνημα.
Εκτός από το μέγεθος της μηχανής, το μέγεθος του εξαρτήματος μπορεί επίσης να επηρεάσει την ταχύτητα της διαδικασίας κατεργασίας.Τα μεγαλύτερα εξαρτήματα έχουν μεγαλύτερο χρόνο κατεργασίας και υψηλότερο κόστος παραγωγής, επειδή οι μηχανικοί πρέπει να αφαιρέσουν περισσότερο υλικό κατά τη μηχανική κατεργασία σε σύγκριση με μικρότερα εξαρτήματα.
Μέγιστη Διάσταση | Ελάχιστη διάσταση | |
Φρέζα CNC | 4000×1500×600 mm 157,5×59,1×23,6 ίντσες. | 4×4 mm 0,1×0,1 ίντσες. |
CNC Turing | 200×500 mm 7,9×19,7 ίντσες. | 2×2 mm 0,079×0,079 ίντσες. |
Τα μαλακότερα υλικά είναι ευκολότερα στη μηχανή, με αποτέλεσμα μεγαλύτερες ταχύτητες κοπής, μειωμένη φθορά του εργαλείου και χαμηλότερους χρόνους και κόστος κατεργασίας.Επιπλέον, είναι λιγότερο επιρρεπείς σε ρωγμές ή παραμόρφωση κατά τη διαδικασία κατεργασίας, γεγονός που βελτιώνει την ποιότητα των εξαρτημάτων και μειώνει τον χρόνο επεξεργασίας μετά την κατεργασία.Ωστόσο, επιλέξτε ένα μαλακό υλικό μόνο εάν η προβλεπόμενη χρήση και η τελική εφαρμογή του προϊόντος το επιτρέπουν.
Μια μεγαλύτερη ανάγκη για αλλαγές εργαλείων και ρυθμίσεις συγκράτησης εργασίας κατά τη διάρκεια ενός κύκλου μηχανικής κατεργασίας θα οδηγήσει σε μια χρονοβόρα και δαπανηρή διαδικασία.Μπορείτε να λάβετε υπόψη τις ακόλουθες συμβουλές για να ελαχιστοποιήσετε τις αλλαγές και τις ρυθμίσεις του εργαλείου:
Η βελτιστοποίηση εξαρτημάτων CNC για μείωση του κόστους και του χρόνου παράδοσης περιλαμβάνει την ευθυγράμμιση των σχεδίων με τις δυνατότητες των τυπικών εργαλείων φρεζαρίσματος CNC.Επιλέγοντας σχέδια που συμμορφώνονται με τα μεγέθη και τις δυνατότητες αυτών των τυπικών εργαλείων, η ανάγκη για προσαρμοσμένα ή εξειδικευμένα εργαλεία μπορεί να ελαχιστοποιηθεί σημαντικά.
Ένα πρακτικό παράδειγμα είναι ο σχεδιασμός εσωτερικών φιλετών.Συνιστάται να αποφεύγετε προδιαγραφές που απαιτούν ακτίνα μικρότερη από αυτή που μπορούν να φιλοξενήσουν τα τυπικά εργαλεία κοπής CNC.Η δημιουργία τέτοιων λειτουργιών απαιτεί τη μετάβαση σε μικρότερα, πιθανώς προσαρμοσμένα εργαλεία, τα οποία θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε αυξημένο χρόνο και κόστος που μπορεί να μην δικαιολογούν τα οφέλη.Επομένως, η παραμονή εντός των ορίων των τυπικών δυνατοτήτων εργαλείων αποτελεί βασικό στοιχείο για την αποτελεσματική παραγωγή ανταλλακτικών CNC.
Το φρεζάρισμα CNC έχει εγγενείς περιορισμούς, ένας από τους οποίους είναι η αδυναμία δημιουργίας αιχμηρών εσωτερικών γωνιών.Αυτός ο περιορισμός προκύπτει από το στρογγυλό σχήμα των εργαλείων φρεζαρίσματος CNC.Για την πλοήγηση σε αυτό, οι μηχανικοί χρησιμοποιούν συχνά γωνίες με ακτίνα στα σχέδιά τους.Η ακτίνα αυτών των γωνιών πρέπει να είναι τουλάχιστον το ήμισυ της διαμέτρου του φρέζα.Για παράδειγμα, με έναν κόφτη 1/4", η ελάχιστη ακτίνα για τα φιλέτα δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 1/8".
Για την αντιμετώπιση της πρόκλησης των απαιτήσεων αιχμηρών γωνιών σε εξαρτήματα, χρησιμοποιούνται ειδικές σχεδιαστικές προσεγγίσεις.Αυτά περιλαμβάνουν:
Μια καλή πρακτική σχεδιασμού είναι ότι το τελικό βάθος κοπής δεν πρέπει να υπερβαίνει ορισμένες αναλογίες με βάση το υλικό που πρόκειται να κατεργαστεί.Για παράδειγμα, με τα πλαστικά, η αναλογία δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 15 φορές τη διάμετρο του τελικού μύλου, το αλουμίνιο δεν πρέπει να είναι περισσότερο από 10 φορές και το όριο του χάλυβα είναι 5 φορές.Αυτό συμβαίνει επειδή τα μακρύτερα εργαλεία είναι πιο επιρρεπή σε παραμόρφωση και κραδασμούς, οδηγώντας σε ατέλειες της επιφάνειας.
Επιπλέον, η εσωτερική ακτίνα φιλέτου εξαρτάται επίσης από τη διάμετρο του κοπτικού εργαλείου.Εάν μια σχισμή πλάτους 0,55" για ένα χαλύβδινο τμήμα πρόκειται να υποβληθεί σε επεξεργασία με CNC χρησιμοποιώντας έναν τελικό μύλο 0,5", τότε το βάθος δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 2,75".Επιπλέον, οι μύλοι με υψηλή αναλογία μήκους προς διάμετρο μπορεί να είναι πιο δύσκολο να αποκτηθούν.Ως εκ τούτου, συνιστάται είτε να μειώσετε το βάθος της σχισμής ή του χαρακτηριστικού είτε να αυξήσετε τη διάμετρο του κοπτικού εργαλείου.
Συνιστάται | Εφικτός | |
Βάθος κοιλότητας | 4 φορές το πλάτος της κοιλότητας | 10 φορές τη διάμετρο του εργαλείου ή 25 cm |
Το μέγεθος του εργαλείου κοπής που χρησιμοποιείται στους μύλους CNC θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη φάση του σχεδιασμού.Ένας μεγαλύτερος κόφτης αφαιρεί περισσότερο υλικό με ένα πέρασμα, μειώνοντας τον χρόνο και το κόστος κατεργασίας.
Για να εκμεταλλευτείτε πλήρως τις δυνατότητες των μεγαλύτερων κοπτικών, σχεδιάστε τις εσωτερικές γωνίες και τα φιλέτα σας με τη μεγαλύτερη δυνατή ακτίνα, κατά προτίμηση μεγαλύτερη από 0,8 mm.
Μια πρόσθετη συμβουλή είναι να κάνετε τα φιλέτα ελαφρώς μεγαλύτερα από την ακτίνα του τελικού μύλου, όπως μια ακτίνα 3,3 mm αντί για 3,175 mm.Αυτό δημιουργεί μια πιο ομαλή διαδρομή κοπής και δημιουργεί ένα λεπτότερο φινίρισμα στο κατεργασμένο μέρος σας.
Συνιστάται | |
Εσωτερική γωνιακή ακτίνα | ⅓ φορές το βάθος της κοιλότητας (ή μεγαλύτερο) |
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι τα λεπτά τοιχώματα σε μέρη μπορούν να δημιουργήσουν σημαντικές προκλήσεις στη διαδικασία κατεργασίας, ειδικά όσον αφορά τη διατήρηση της ακαμψίας και της ακρίβειας των διαστάσεων.Για να αποφύγετε αυτές τις δυσκολίες, μπορείτε να σχεδιάσετε τοίχους με ελάχιστο πάχος 0,25 mm για μεταλλικά εξαρτήματα και 0,50 mm για πλαστικά μέρη, καθώς μπορούν να αντέξουν τις ακαμψίες της διαδικασίας κατασκευής.
Συνιστάται | Εφικτός | |
Πάχος τοιχώματος | 1,5 mm (πλαστικά), 0,8 mm (μέταλλα) | 1,0 mm (πλαστικά), 0,5 mm (μέταλλα) |
Οι αιχμηρές εσωτερικές και εξωτερικές γωνίες σε ένα σχέδιο ανταλλακτικών μπορεί να είναι μια πρόκληση κατά τη διάρκεια της κατεργασίας.Για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα, συνιστάται:
Η αστάθεια είναι μια κοινή ανησυχία όταν πρόκειται για μακριά, λεπτά στραμμένα μέρη.Το περιστρεφόμενο τμήμα μπορεί εύκολα να χτυπήσει πάνω στο εργαλείο, δημιουργώντας ένα ατελές φινίρισμα.Για να το καταπολεμήσετε αυτό, χρησιμοποιήστε τις παρακάτω συμβουλές σχεδίασης CNC.
Κατά τη διάρκεια μιας λειτουργίας περιστροφής CNC, προσέξτε την ποσότητα του υλικού που αφαιρείται με μηχανική επεξεργασία.Η υπερβολική κατεργασία μπορεί να οδηγήσει σε αδικαιολόγητη πίεση στο εξάρτημα, ενώ τα λεπτά τοιχώματα μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα μειωμένη ακαμψία και δυσκολία στη διατήρηση σφιχτών ανοχών.
Ως κατευθυντήρια γραμμή, το πάχος τοιχώματος των γυρισμένων εξαρτημάτων πρέπει να είναι τουλάχιστον 0,02 ίντσες για να διασφαλιστεί η σταθερότητα και η ακρίβεια κατά τη διαδικασία κατασκευής.
Συνιστάται | Εφικτός | |
Πάχος τοιχώματος | 1,5 mm (πλαστικά), 0,8 mm (μέταλλα) | 1,0 mm (πλαστικά), 0,5 mm (μέταλλα) |
Το ιδανικό βάθος μιας τρυπημένης οπής θα πρέπει να εξισορροπεί τη σταθερότητα του εργαλείου και την αντοχή του υλικού που κατεργάζεται.Η πολύ ρηχή διάτρηση μπορεί να οδηγήσει σε αδύναμη άρθρωση και να μειώσει την ισχύ συγκράτησης των βιδών, ενώ η πολύ βαθιά διάτρηση μπορεί να προκαλέσει σπάσιμο ή κάμψη του τρυπανιού, οδηγώντας σε κακή ακρίβεια και φινίρισμα επιφάνειας.
Για να προσδιορίσετε το βέλτιστο βάθος οπής, πρέπει να λάβετε υπόψη το μέγεθος του τρυπανιού, τη σκληρότητα και το πάχος του υλικού, την αντοχή που απαιτείται για την προβλεπόμενη εφαρμογή και τη συνολική σταθερότητα της διάταξης του μηχανήματος.Συνιστάται η διάνοιξη της τρύπας αρκετά βαθιά ώστε να χωράει η βίδα ή ο συνδετήρας, αφήνοντας λίγο υλικό για στήριξη.Εάν απαιτείται πάγκο, τότε η τρύπα θα πρέπει να τρυπηθεί βαθύτερα για να επιτρέψει την οπή.
Συνιστάται | Εφικτός | |
Βάθος τρύπας | 4 φορές την ονομαστική διάμετρο | 40 φορές την ονομαστική διάμετρο |
Η κατανόηση της διαφοράς μεταξύ διαμπερών οπών και τυφλών οπών είναι σημαντική, καθώς και οι δύο απαιτούν διαφορετικές τεχνικές και εργαλεία διάτρησης.
Μια διαμπερής οπή είναι μια οπή που εκτείνεται εξ ολοκλήρου μέσω του τεμαχίου εργασίας από το ένα άκρο στο άλλο.Γενικά είναι πιο εύκολο να παραχθεί, καθώς το τρυπάνι πρέπει να μπαίνει και να βγαίνει από το εξάρτημα στις αντίθετες πλευρές.Οι διαμπερείς οπές ισχύουν για τη στερέωση, την τοποθέτηση και τη δρομολόγηση ηλεκτρικών και μηχανικών εξαρτημάτων.
Οι τυφλές τρύπες, από την άλλη πλευρά, δεν περνούν μέχρι το τέρμα του τεμαχίου εργασίας και σταματούν σε συγκεκριμένο βάθος.Ισχύουν για τη δημιουργία κοιλοτήτων, εσοχών ή θυλάκων μέσα στο τεμάχιο εργασίας και είναι γενικά πιο δύσκολο να παραχθούν παρά μέσω οπών.Οι τυφλές οπές απαιτούν ειδικά τρυπάνια CNC και ταχύτητες κοπής για να διασφαλιστεί ότι η κοπτική άκρη δεν διαπερνά το κάτω μέρος του εξαρτήματος.
Μέσα από Τρύπες | Τυφλές Τρύπες |
Συμβουλή 1: Προσδιορίστε το σωστό μέγεθος τρυπανιού | Συμβουλή 1: Θα πρέπει να είναι 25% μεγαλύτερο από το απαιτούμενο βάθος |
Συμβουλή 2: Διατηρήστε την ακαμψία | Συμβουλή 2: Χρησιμοποιήστε ένα κεντρικό τρυπάνι |
Συμβουλή 3: Χρησιμοποιήστε σωστά υγρά κοπής | Συμβουλή 3: Βεβαιωθείτε ότι υπάρχει αρκετό βάθος οπής πάνω από το άκρο του τρυπανιού |
Συμβουλή 4: Παρακολουθήστε την ταχύτητα τρυπανιού | Συμβουλή 4: Μειώστε την ταχύτητα και τους ρυθμούς τροφοδοσίας |
Συμβουλή 5: Τρυπήστε σταδιακά | Συμβουλή 5: Αποφύγετε το reaming |
Μια μερική οπή εμφανίζεται όταν το τρυπάνι δεν διεισδύει πλήρως στο υλικό και μπορεί να προκληθεί από διάφορους παράγοντες όπως το σπάσιμο του τρυπανιού, η λανθασμένη επιλογή τρυπανιού ή λανθασμένες παραμέτρους όπως η ταχύτητα, η τροφοδοσία και το βάθος κοπής.Επομένως, θα πρέπει να επι