Jak projektować części do obróbki CNC

Niezależnie od tego, czy obrabiasz części samodzielnie, czy zlecasz je na zewnątrz, chcesz projektować części, które można łatwo (tanio i szybko) obrabiać, zachowując jednocześnie zamierzoną funkcję. Typowe błędy popełniane na etapie projektowania mogą skutkować niepotrzebnie kosztowną późniejszą obróbką lub odesłaniem projektu do poprawek. Poprawki na tym etapie mogą następnie wymagać zmian w innych komponentach, co skutkuje kaskadą rzeczy, których nie chcesz robić ani za nie płacić.

Uwzględnienie tych typowych zasad z góry może zapewnić, że najczęstsze względy projektowe dotyczące obróbki CNC można wdrożyć na etapie projektowania, oszczędzając czas i prawdopodobnie dużo pieniędzy i bólu głowy. Popraw błędy w oprogramowaniuCAD przed wysłaniem ich w dół łańcucha procesu.

W obróbce CNC dostępność narzędzia jest podstawowym ograniczeniem projektowym. Aby uzyskać dostęp do każdej powierzchni modelu, obrabiany przedmiot musi zostać poddany kilku obrotom. Za każdym razem, gdy obrabiany przedmiot jest obracany, maszyna wymaga ponownej kalibracji i ustalenia nowego układu współrzędnych.

Podczas projektowania, kluczowe jest uwzględnienie ustawień maszyny z dwóch głównych powodów:

Łączna liczba ustawień ma bezpośredni wpływ na koszt. Proces obracania i zmiany położenia elementu wymaga ręcznej interwencji, co wydłuża całkowity czas obróbki. Podczas gdy ogólnie akceptowalne jest obrócenie części trzy lub cztery razy, przekroczenie tej liczby może zostać uznane za nadmierne.

Aby uzyskać optymalną względną precyzję pozycjonowania, konieczne jest obrabianie dwóch elementów w tym samym ustawieniu. Wynika to z niewielkiego, ale potencjalnie znaczącego skumulowanego błędu wprowadzanego podczas każdej fazy ponownej kalibracji.

Jeśli chodzi o obróbkę CNC, głębokość wgłębień i kieszeni odgrywa kluczową rolę w jakości produktu końcowego. Ogólna zasada mówi, że głębokość wgłębienia powinna być czterokrotnie większa od szerokości używanego frezu. Dlaczego tak jest?

Odpowiedź leży w naturze narzędzi frezarskich. Narzędzia te, niezbędne w obróbce CNC, mają długość skrawania, która jest zazwyczaj 3-4 razy większa od ich średnicy. Gdy stosunek głębokości do szerokości wgłębienia jest mniejszy, wyzwania takie jak odchylenie narzędzia, odprowadzanie wiórów i wibracje stają się bardziej wyraźne, potencjalnie pogarszając jakość obrabianej części.

Utrzymując głębokość wgłębienia na poziomie około czterokrotności jego szerokości, wyzwania te są zminimalizowane, zapewniając wysokiej jakości wynik. Jeśli jednak projekt wymaga głębszych wgłębień, warto zbadać części o zmiennej głębokości wgłębienia, aby zachować integralność strukturalną.

Dla tych, którzy zagłębiają się we frezowanie głębokich wgłębień, gdzie głębokość jest ponad sześciokrotnie większa od średnicy narzędzia, niezbędne jest specjalistyczne oprzyrządowanie. Dzięki odpowiednim narzędziom można osiągnąć imponujące głębokości - wyobraź sobie osiągnięcie głębokości 35 cm za pomocą frezu trzpieniowego o średnicy 1 cala!

Krawędzie wewnętrzne, w szczególności pionowy promień naroża, mają kluczowe znaczenie w obróbce CNC. Zalecana wartość to co najmniej jedna trzecia głębokości wgłębienia. Przestrzeganie tych wytycznych zapewnia użycie narzędzia o odpowiedniej średnicy, które idealnie pasuje do wytycznych dotyczących głębokości wgłębienia.

Ale to nie wszystko. Poprzez nieznaczne zwiększenie promienia naroża (nawet o 1 mm), narzędzie może podążać zaokrągloną ścieżką zamiast ostrego kąta 90 stopni. Ta subtelna zmiana może znacząco poprawić wykończenie powierzchni, nadając produktowi wypolerowany wygląd. Jeśli projekt wymaga ostrych, 90-stopniowych narożników wewnętrznych, zintegrowanie podcięcia T-bone jest dobrym posunięciem.

Promień dna jest kolejnym krytycznym aspektem projektowania CNC. Podczas gdy narzędzia frezarskie mają zazwyczaj płaską lub lekko zaokrągloną dolną krawędź, inne promienie można uzyskać za pomocą narzędzi kulistych. Aby uzyskać najlepsze wyniki, zaleca się stosowanie promienia dna o wartości 0,5 mm, 1 mm lub nawet bez promienia. To nie jest tylko przypadkowa sugestia; to preferencja zakorzeniona w doświadczeniu doświadczonych mechaników.

Cienkie ścianki mogą być trudne. Im cieńsza ścianka, tym mniej sztywny staje się materiał. Ten brak sztywności może prowadzić do zwiększonych wibracji podczas obróbki, potencjalnie zagrażając dokładności. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku tworzyw sztucznych, które są podatne na wypaczenia z powodu naprężeń szczątkowych i mięknięcia w wyniku wahań temperatury. Jako wskazówkę zaleca się minimalną grubość ścianki 0,8 mm dla metali i 1,5 mm dla tworzyw sztucznych. Wartości te należy jednak zawsze oceniać na podstawie konkretnego projektu i używanego materiału.

Otwory, czy to w celach estetycznych, czy funkcjonalnych, są powszechnym elementem części obrabianych CNC. Są one zazwyczaj wykonywane przy użyciu wierteł lub frezów walcowo-czołowych. Rozmiary wierteł są znormalizowane, co ułatwia osiągnięcie spójnych wyników. W przypadku otworów wymagających wąskich tolerancji w grę wchodzą rozwiertaki i wytaczadła. W przypadku precyzyjnych otworów o średnicy poniżej 20 mm najlepszym podejściem jest trzymanie się standardowych rozmiarów.

Jeśli chodzi o głębokość, wytyczne są jasne. W przypadku niestandardowych średnic otworów, narzędziem z wyboru są frezy trzpieniowe. W tym przypadku w grę wchodzą wytyczne dotyczące maksymalnej głębokości wgłębienia. Głębsze otwory wymagają specjalistycznych wierteł i należy zwrócić uwagę na różnicę w podstawie otworu w zależności od użytego narzędzia.

Gwinty, zarówno wewnętrzne, jak i zewnętrzne, są integralną częścią wielu części obrabianych CNC. Podczas gdy gwintowniki obsługują gwinty wewnętrzne, a narzynki zewnętrzne, narzędzia CNC do gwintowania stają się coraz bardziej popularne. Są one preferowane przez wielu mechaników, ponieważ minimalizują ryzyko zerwania gwintownika.

Jeśli chodzi o długość, kilka pierwszych zębów gwintu przenosi największe obciążenie. W związku z tym gwinty dłuższe niż trzykrotność średnicy nominalnej mogą być przesadą i często są niepotrzebne.

W przypadku gwintów w otworach nieprzelotowych wykonanych za pomocą gwintowników (szczególnie tych o rozmiarze poniżej M6), należy upewnić się, że u podstawy otworu znajduje się niegwintowana sekcja, odpowiadająca 1,5-krotności standardowej średnicy. Jednak w przypadku korzystania z narzędzi do gwintowania CNC dla gwintów przekraczających M6, cała głębokość otworu może być gwintowana.

W świecie CNC rozmiar ma znaczenie. Większość warsztatów jest przystosowana do obsługi narzędzi o średnicy do 2,5 mm. Cokolwiek mniejszego wkracza w sferę mikroobróbki, która wymaga unikalnych narzędzi i dogłębnego zrozumienia procesu cięcia w tej skali.

Tolerancje to dopuszczalne limity, w ramach których dany wymiar może się różnić. Mają one kluczowe znaczenie dla zapewnienia, że produkt końcowy spełnia pożądane specyfikacje. W zależności od geometrii części i wymiaru podstawowego, osiągalne tolerancje mogą się różnić. Jako ogólna wytyczna, tolerancja ±0,1 mm jest typowa, ale przy użyciu precyzyjnych narzędzi i wiedzy specjalistycznej, tolerancja ±0,02 mm jest wykonalna. Jeśli sam obrabiasz części za pomocą oprogramowaniaCAM , przekonasz się na własnej skórze, jak bardzo wąskie tolerancje mogą wydłużyć czas cyklu.

Włączenie tekstu lub napisu do projektu CNC dodaje odrobinę personalizacji. Preferowaną metodą jest grawerowany tekst, który usuwa mniej materiału niż tekst wytłaczany. Aby uzyskać najlepsze rezultaty, zaleca się stosowanie czcionek bezszeryfowych, takich jak Arial lub Verdana, o minimalnym rozmiarze 20, biorąc pod uwagę, że wiele maszyn CNC jest zoptymalizowanych pod kątem tych czcionek.