Przewodnik projektowania obróbki CNC

Jack Lie Ekspert obróbki CNC

Specjalizuję się w frezowaniu CNC, toczeniu CNC, druku 3D, odlewaniu uretanu, szybkim oprzyrządowaniu, formowaniu wtryskowym, odlewaniu metali,


Definicja obróbki CNC

Ogólnie rzecz biorąc, obróbka komputerowa (CNC) jest techniką produkcji dedukcyjnej, która wytwarza gotowe części poprzez usuwanie warstw z pełnych bloków zwanych półfabrykatami. Frezowanie CNC, jeden z głównych rodzajów obróbki CNC, wykorzystujący narzędzie tnące, które obraca się z prędkością kilku tysięcy obrotów na minutę (RPM) w celu precyzyjnego usunięcia materiału, aż do uzyskania ogólnego kształtu. Oprócz frezowania obróbka CNC może również wykorzystywać tokarki i wiertarki do produkcji części lub funkcji.
Jako proces produkcyjny sterowany komputerowo, obróbka CNC wytwarza części w oparciu o model projektowania wspomaganego komputerowo (CAD), który jest przesyłany do obrabiarki CNC za pomocą oprogramowania do produkcji wspomaganej komputerowo (CAM).
Obrabiarki CNC pracują na zmiennej liczbie osi. Tradycyjna trzyosiowa obrabiarka CNC może zmieniać operacje i części robocze trzech osi liniowych X, Y i Z. Ta technika jest najbardziej efektywna w przypadku stosunkowo prostych, płytkich części. Obrabiarka pięcioosiowa może pracować zarówno w trzech osiach liniowych, jak i wokół dwóch osi obrotowych. To bardziej złożone i głębsze cięcie można wykonać, poszerzając potencjał projektowy części.
Ze względu na wysoką precyzję, dużą szybkość i wysoki stopień automatyzacji, obróbka CNC stała się jednym z najczęściej stosowanych procesów wytwarzania subtraktywnego. Jednym z najczęstszych zastosowań tej technologii jest wykonywanie metalowych prototypów, ponieważ jest to obecnie jedna z najskuteczniejszych metod wytwarzania małych serii lub pojedynczych części metalowych. Obróbka CNC jest również wysoce skalowalny, co oznacza, że można go wykorzystać do jednorazowej produkcji i prototypów, a także do produkcji mało- lub wysokoseryjnej.
Obróbka CNC zapewnia producentom wiele korzyści, w tym wysoki poziom automatyzacji, niezwykłą niezawodność, powtarzalność i wysoką dokładność geometryczną. Proces zapewnia również doskonałe wykończenie powierzchni części i zapewnia wyjątkową stabilność.
Na szczęście, jeśli te ograniczenia zostaną uwzględnione w procesie projektowania, można skrócić czas i koszty produkcji, a także zoptymalizować proces produkcyjny.

Ograniczenie projektowe obróbki CNC

Obróbka CNC jest popularnym procesem produkcyjnym, ponieważ umożliwia produkcję szerokiej gamy części, od prostych kształtów po złożone struktury. Jednak, jak każda technologia produkcji, obróbka CNC ma również pewne… ograniczenia projektowe. Rozkładamy je w następujący sposób, aby upewnić się, że Twoje produkty są optymalnie zaprojektowane, aby spełnić nasze możliwości obróbki CNC.

tolerancja

Przy składaniu projektu produkcyjnego warto uwzględnić dopuszczalny zakres lub tolerancje wymiarów każdej części. Tolerancje muszą być potwierdzone, aby spełnić wymagania funkcjonalne danej części.
Chociaż obróbka CNC może osiągnąć bardzo wąskie tolerancje, należy pamiętać, że węższe tolerancje niż nasze standardy usług często skutkują dłuższym czasem produkcji i wyższymi kosztami.
Jeśli w projekcie produktu nie określono konkretnej tolerancji, Rapid direct utrzymuje standardową tolerancję +/- 0,005 dla części metalowych i +/- 0,010 dla części z tworzyw sztucznych. Możliwe są węższe tolerancje, chociaż wdrożenie może zająć więcej czasu, ponieważ prędkość obrotowa musi zostać zmniejszona, aby uwzględnić wyższą dokładność.

kąt

Z Frezowanie CNC, ważne jest, aby wiedzieć, że wszystkie wewnętrzne pionowe krawędzie lub ściany będą miały promień, a nie kąt prosty. Dzieje się tak, ponieważ narzędzia używane do frezowania CNC są cylindryczne, co oznacza, że nie mogą wytwarzać prostych krawędzi. Ten typ narożnika nazywany jest zaokrągleniem narożnika wewnętrznego.
Podczas projektowania części uwzględnienie zaokrągleń naroży wewnętrznych może zwiększyć wydajność procesu produkcyjnego. Na przykład zaleca się określenie niestandardowego promienia, aby narzędzie mogło swobodnie ciąć i obracać bez konieczności zatrzymywania się i zmiany położenia. Ponadto frezowanie zaokrąglonych narożników o większym promieniu jest szybsze i tańsze niż mniejsze promienie.

Podcięcia

Ponieważ standardowe frezy nie mogą być używane do obróbki, należy unikać stosowania podcięć na części podczas obróbki CNC. Przede wszystkim, jeśli geometria fazki nie ma standardowego wymiaru, należy wyprodukować niestandardowe narzędzie do obróbki, co znacznie wydłuży czas i koszty obróbki. Dlatego jeśli trzeba przyciąć niestandardową część, upewnij się, że ma ona standardowe wymiary.
Po drugie, ponieważ długość narzędzia CNC jest ograniczona, podcięcia nie można wykonać zbyt głęboko. Jeśli jest zbyt głęboko lub trudno jest osiągnąć pozycję, nie będziemy mogli ich wyprodukować, ponieważ narzędzia CNC nie mają do nich dostępu.

Grubość ściany

Obróbka CNC, podobnie jak inne procesy produkcyjne, jest ważna, aby zagwarantować, że projekt części spełnia minimalną grubość ścianki. Generalnie zaleca się, aby wybrać możliwie najgrubszy i unikać bardzo cienkich lub charakterystycznych ścian. Dzieje się tak, ponieważ cienkie lub cienkie elementy narzędzi CNC łatwo powodują wibracje, które mogą powodować przerwy lub uszkodzenia.
Standardowa minimalna grubość ścianki dla metali obrabianych CNC to 0,030” (~0,76 mm) i 0,060” (~1,5 mm) dla tworzyw sztucznych.

Wątek

Jeśli część została obrobiona do określonego rozmiaru i kształtu, dodanie wątki jest to możliwe przy użyciu gwintowników, gwintowników formujących lub frezów do gwintów. Podczas projektowania części warto wybrać największy możliwy rozmiar gwintu, ponieważ mniejsze gwintowniki wiążą się z większym ryzykiem pękania podczas procesu produkcyjnego.
Jeśli to możliwe, unikaj również głębokich gwintów, ponieważ głębokie otwory spowodują wyższe koszty produkcji (jeśli wymagane są niestandardowe narzędzia). Podobnie trzymanie się niestandardowych rozmiarów gwintów w projekcie części może pomóc w zmniejszeniu kosztów i czasu produkcji.

Frezowanie CNC

W quick guide zapewniamy szereg usług obróbki CNC, w tym jeden z najczęstszych procesów CNC: Frezowanie CNC. W procesie frezowania CNC półfabrykat materiału jest instalowany na obrabiarce, gdzie narzędzie tnące (takie jak frez palcowy) jest obracane w celu cięcia surowca. Narzędzia te obracają się z bardzo dużą prędkością, tysiące obrotów na minutę (RPM), aby usunąć materiał z końcowej części.

Szybkie wskazówki dotyczące frezowania CNC

Nalegaj na zaokrąglone kąty wewnętrzne: niemożliwe jest utworzenie ostrego kąta wewnętrznego, ponieważ podczas frezowania CNC używane są okrągłe narzędzia obrotowe.
Użyj największego możliwego promienia: im większe narzędzie, tym szybciej materiał można usunąć. Upewnij się, że największy możliwy promień wewnętrzny jest zintegrowany z projektem, co ułatwi proces frezowania.

Toczenie CNC

Półfabrykat materiału jest instalowany na obrotowym uchwycie podczas Proces toczenia CNC. Gdy narzędzie stałe działa, uchwyt przesunie część. Tokarki CNC są bardzo odpowiednie do produkcji części symetrycznych wzdłuż osi środkowej. Są one zwykle szybsze i tańsze niż produkty do frezowania CNC.

Szybkie wskazówki dotyczące toczenia CNC

trzymaj się z dala od ostrych kątów wewnętrznych: podobnie jak w przypadku frezowania CNC, toczenie CNC może również przetwarzać zewnętrzne i wewnętrzne zaokrąglenia.
Symetryczna, ale nie za cienka lub za długa: Jeśli część jest zaprojektowana jako za długa lub za cienka, rotacja stanie się niestabilna podczas procesu produkcyjnego, co spowoduje problemy produkcyjne.

Wybór materiału

W ramach subtraktywnego procesu produkcyjnego obróbka CNC wytwarza części z kawałka surowiec (metal lub plastik). Ten blok nazywa się półfabrykatem materiału. Bez względu na to, jakiego materiału używasz, wybór odpowiedniego rozmiaru półfabrykatu jest kluczowym procesem produkcyjnym. Ogólnie rzecz biorąc, dobrze jest wybrać półfabrykat, którego rozmiar jest co najmniej 0,125 cala (~0,3 cm) większy niż ostateczny wymiar części, aby wyjaśnić niespójność surowców. Tymczasem unikaj używania zbyt dużych półfabrykatów, aby zminimalizować marnotrawstwo materiału.

Metale

Ogólnie rzecz biorąc, metale o dużej wytrzymałości są łatwiejsze w obróbce, ponieważ frezarki CNC mogą je łatwiej ciąć i osiągać wyższe prędkości. Na przykład mosiądz jest jednym z najłatwiejszych w obróbce metali ze względu na jego dobrą ciągliwość. Powodem, dla którego stop aluminium jest również bardzo odpowiedni do obróbki CNC, jest szybki czas produkcji.

polimer

Chociaż przetwarzanie tworzyw termoplastycznych jest możliwe, właściwości materiałowe polimerów nadal stanowią wyzwanie dla obróbki CNC. Przede wszystkim, ze względu na słabą przewodność cieplną, wiele tworzyw termoplastycznych topi się lub wygina w kontakcie z frezarkami CNC lub wiertłami. Jednak w przypadku tych części, które nie wymagają wytrzymałości i twardości metalu, tworzywa termoplastyczne mogą stanowić tańszą alternatywę.

Obróbka powierzchni obróbki CNC

Przetwarzanie końcowe to ostatni krok w procesie obróbki CNC. W szybkim przewodniku zapewniamy dużą liczbę obróbka powierzchni aby skompletować końcowe części i sprawić, by spełniały Twoje specyficzne wymagania. Należy zauważyć, że w obróbce CNC post-processing jest opcjonalny, ponieważ jakość obrabianych części jest już bardzo wysoka (patrz As-frezowane).

Anodowanie (Typ II lub Typ III)

Anodowanie zapewnia doskonałą odporność na korozję części mechanicznych, zwiększając twardość i odporność na zużycie powierzchni, a także rozpraszając ciepło. Anodowanie jest najczęstszą farbą powierzchniową i wykończeniem gruntującym, ponieważ zapewnia wysokiej jakości obróbkę powierzchni. Skrócona instrukcja oferuje dwa rodzaje anodowania: Typ II, który jest odporny na korozję; Typ III jest grubszy i zwiększa warstwę odporności na zużycie. Oba te procesy anodowania umożliwiają szeroką gamę wykończeń kolorystycznych.

Po zmieleniu

Jako polerowanie powierzchni szlifierskiej zapewnia najszybsze obracanie części i nie wymaga obróbki końcowej. Wykończenie powierzchni szlifowanych części odpowiada 125 µin Ra, a wymagania można zwiększyć do 63, 32 lub 16 µin Ra. Drobne ślady narzędzi mogą być nadal widoczne na ostatniej części.

Malowanie proszkowe

Powłoka proszkowa jest natryskiwana bezpośrednio na obrabiane części w procesie malowania proszkowego. Powleczona część jest następnie wypalana w piecu, aby utworzyć trwałą, odporną na zużycie i korozję warstwę. Istnieje szeroka gama kolorów, które są opcjonalne w procesie malowania proszkowego.

Wybuch koralików

Śrutowanie polega na wydmuchiwaniu małych szklanych kulek na powierzchnię obrabianej części w kontrolowany sposób. Efektem tej techniki jest gładka powierzchnia o matowej fakturze. W procesie frezowania różne materiały, takie jak piasek, granat, łupiny orzecha włoskiego i metalowe koraliki, są nakładane na czyszczone części lub przygotowywane do późniejszej obróbki powierzchni.

Szybkie wskazówki dotyczące maksymalizacji części do obróbki CNC

Uprość projektowanie produktów

Jeśli to możliwe, uproszczenie projektowania produktów zwykle prowadzi do skrócenia czasu produkcji i niższych kosztów. Powodem jest to, że przy tworzeniu skomplikowanych struktur i powierzchni zostanie wykorzystanych wiele małych nacięć, które wymagają dłuższego czasu wykonania niż prostsze i większe nacięcia na płaskiej powierzchni.

Zmniejszenie zmian narzędzi

W oparciu o wskazówki uproszczenie projektu i zapewnienie, że integruje on spójne rozmiary wewnętrznego promienia naroża i otworów, może drastycznie skrócić czas obróbki. Innymi słowy, jeśli to możliwe, użycie tego samego rozmiaru zmniejszy liczbę wymian narzędzi, a każda wymiana narzędzia będzie kosztować dodatkowy czas i koszty.

Wybierz materiały poprawnie

Jak wspomniano w przewodniku, wybór materiału może mieć duży wpływ na czas produkcji i koszt obróbki CNC. Jeśli to możliwe, wybieraj materiały o dobrej urabialności, takie jak mosiądz lub aluminium. W tych zastosowaniach, które nie wymagają twardości i wytrzymałości metalu, obróbka CNC tworzyw sztucznych może również pomóc w obniżeniu kosztów, ponieważ półfabrykaty z materiału są tańsze.

Uwzględnij tolerancje i grubość ścianek

Wyższe tolerancje i cieńsze ścianki często powodują wyższe koszty obróbki CNC, ponieważ osiągnięcie wyższej precyzji cięcia będzie wymagało czasu. Jeśli Twój produkt lub komponent ma dopuszczalny zakres tolerancji, wybierz niższą tolerancję, aby skrócić czas i koszty produkcji. To samo dotyczy grubości ścianki: jeśli to możliwe, wybierz większy naddatek na grubość ścianki.

Nalegaj na wykończenie na jednej powierzchni

Obróbka powierzchni to zazwyczaj ostatni etap procesu obróbki CNC, który również może wpłynąć na koszt całego projektu. Wybór jednej powierzchni dla części lub produktu może zapewnić lepszą oszczędność czasu i kosztów. Jeśli wymaganych jest wiele obróbek powierzchni, nadal pomaga to zmniejszyć liczbę wymaganych różnych obróbek powierzchni.