CNC設計ガイド

一般的な設計のヒント

薄い壁は避けるようにしてください。 これは、特定の厚さの制限ではなく、アスペクト比の指針です。原則として、直立壁の高さは一般的な厚さの 3 倍を超えてはなりません。

多くの場合、薄い壁が必要になりますが、機械加工が困難になります。

• 切削中に振動が発生し、びびり仕上げが増加する可能性があります
• カッターから外れる可能性が高いため、寸法精度を維持するにはより多くのより薄いカットが必要になります。
• 設計の他の要素をサポートする場合、それらの要素はエラーや品質の問題を引き起こす可能性が高くなります。

壁の標準的な最小厚さは、一般的な目安として、金属の場合は 0.8 mm、プラスチックの場合は 1.5 mm です。ただし、これらは絶対的な制限ではありません。壁が複数の側面で支えられている場合は、一般的な厚さを安全に減らすことができます。

薄くてサポートが不十分な壁が設計の必需品である場合は、機械加工された部品をカットまたは 2D 機械加工されたシート コンポーネントに置き換えることを検討してください。

CNC機械では不可能な機能を回避

すべての機能が CNC 加工に適しているわけではありません。機械の機能、カッターの種類、コンポーネントのクランプ設定を理解することで、プログラム/切断できない機能が含まれることを防ぐことができます。

CNC プロセスでは再現できない機能の好例は、内部の湾曲したギャラリーです。このような機能が必須または避けられない場合は、パーツを分割してギャラリーを 3 つの半分に作成するか、コンポーネントの一部またはすべてを金属 XNUMXD プリントして、他の方法では不可能な機能を可能にすることを検討できます。

厳しすぎる公差を避ける

設計対象の機械プロセスに適合する一般公差により、最速の処理が可能になります。より厳しい公差が必要な場合は、これらを慎重に検討し、設計の限界まで許容値を広げる必要があります。

公差が厳しいと、カッターの消耗と加工時間が増加し、より多くのより細かい切断と綿密な検査が必要になります。また、過剰な公差によるスクラップ率も増加し、これらの要因によりコストが大幅に増加する可能性があります。

機能を必要なものに絞り込む

曲率を減らすと、美観が許容できないものになる可能性がありますが、コストがより大きな要因である場合は、シンプルにすることがこれを抑制する方法です。これにより、カッターの時間が短縮されます。見た目の美しさのために 5 軸加工の使用が強制される可能性もあり、プログラミングと加工時間の両方のコストが増加します。

原則として、機械加工部品上のテキスト、レタリング、彫刻は最小限に抑えることをお勧めします。これらの機能は必要に応じて含める必要がありますが、ツールの変更にかかるコストの増加や切削速度の低下につながります。

エンボス加工されたテキストは避け、「デボス加工」テキストに置き換える必要があります。これは、必要な材料の除去と操作が少なくて済むためです。 20pt 未満のフォント サイズが必要な場合は、非常に小さなツールが必要となるため、非セリフ フォントを使用し、他の彫刻プロセスを検討してください。

空洞の深さと幅の関係を考慮する

工具直径の 4 倍よりも深いキャビティは過度に深くなります。原則として、カッター直径の制限の XNUMX 倍を目指してください。

深い穴の特徴により、工具がハングアップするリスクが増加し、過剰な工具のたわみが許容されて精度が低下し、切りくずの除去が困難になり、カッターの破損のリスクが大幅に増加します。

半径のある鈍い工具軸内部エッジ

切削工具は円筒形であるため、工具軸に対して垂直でないエッジは「鋭利」にすることはできませんが、かなりの追加プロセスを使用することで鋭利にできる場合もあります。工具の摩耗や応力を軽減するには、予想されるカッター半径の少なくとも 1.2 倍の半径を持つ内部フィレットを使用することをお勧めします。

必要不可欠な場合を除き、より小さなツールを使用してより小さな内角半径/フィレットを実現することはお勧めできません。これを回避する 1 つの方法は、問題のある領域に小さなアンダーカットを適用し、仮想内角が直角になるようにすることです。

過度のタップ深さを避ける

穴直径の 3 倍を超えるタッピングは、一般に強度の点で有利ではないため、避ける必要があります。これにより、多大な損害をもたらすタップ破損のリスクが軽減されます。穴がブラインドでタップされている場合は、穴または捕らえられた切粉の底付きを避けるために、タップされていない長さの穴を残すことが有益です。蛇口を底にするのは、蛇口を壊すための簡単な方法です。

小さな内部機能を削減する

原則として、2.5mm 未満のカッターは推奨されません。このサイズまたはそれより小さい内部フィーチャは不可能になります。ただし、外部フィーチャはいくつかの点でカッターよりも細くなる可能性があります。ただし、小さなカッターでは浅いカットが必要になり、加工時間が大幅に長くなることに注意してください。

穴には標準サイズを使用するようにしてください

可能であれば、ドリル サイズはミリメートル単位で設定し、コンポーネント上の異なる穴サイズの数を制限するようにしてください。これにより、専門のドリル/カッター (カスタムメイドの場合が多い) の必要性がなくなり、プロセスを遅らせるカッターに対して垂直なツールの移動の必要性が減ります。

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特定の設計アドバイザリー

一般公差

部品を設計する際は、エッジのバリがデフォルトで除去されることに留意してください。エッジをシャープにしたい場合は、図面でそのように指定してください。

一般的な公差を以下のように仮定します。

設計の必要に応じて、個々のフィーチャーおよび測定値の公差を指定する必要があります。公差を厳しくすると、処理速度が遅くなり、追加の工具交換やスクラップ率が高くなる可能性があることに注意してください。

特に、穴基準およびシャフト基準の公差は可動部品の機能にとって重要であるため、これらを以下のように指定する必要があります。

プラスチック加工では、材料が柔軟であるため、非常に硬いプラスチックでない限り、厳密な公差を維持するのがはるかに難しいことに注意してください。Tufnol/Garolite は、厳密な公差を実現できるプラスチックです。また、プラスチックブランクの内部応力が加工によって解放される傾向があり、部品の大きな歪みや不正確さにつながります。

材料の選択

BLANK、または材料ブランクは、パーツが切り取られるストック材料です。無駄を最小限に抑えるために、複数部品の CNC 製造用に設計する場合は、サプライヤーから入手可能なブランク サイズを考慮することをお勧めします。部品の材料コストは、残りの材料の重量/体積ではなく、BLANK コストの結果です。

正確なカットと外側の面の一致に依存するのではなく、外側のブランク面がすべて機械加工で除去されるように、機械加工にマージンを残すことをお勧めします。

ブランクの選択では、正味の製造プロセスでの設定変更を最小限に抑えるために、クランプ方法も考慮する必要があります。

材料の選択は主に設計上の考慮事項ですが、機械加工の容易さなどの要素が選択に影響を与える場合があります。たとえば、入手可能なブランクの在庫に合わせて、より硬い、または快削性の低いグレードの材料を使用すると、加工時間、表面仕上げ、およびコストに大きな悪影響を及ぼします。

プラスチックやアルミニウムや真鍮などの快削金属の加工が簡単にできるため、加工時間が短縮され、コストが削減されます。工具鋼などの硬い材料や、 一生懸命働く たとえば、特定のステンレス鋼の場合は、工具の回転速度と軸の送り速度が低い機械を使用する必要があり、その結果、加工速度が遅くなり、工具の摩耗が大幅に増加します。

アルミニウムは通常、工具鋼の約 4 倍の送り速度で、ほとんどのステンレス鋼よりも 8 倍速く切削します。

CNC 製造用の金属オプション:

• さまざまな合金と硬度のアルミニウム
• 真鍮
• 青銅および海洋青銅（ニッケルアルミニウム青銅）
• 火花放電電極、コンタクタ部品などの銅
• ステンレス鋼（オーステナイト系、マルテンサイト系、快削性）
• さまざまな硬さの工具/合金鋼 (快削から火花浸食加工が必要な完全硬さまで)
• チタン

CNC製造用のプラスチックオプション

• ABS
• Tufnol (繊維強化キャストエポキシ)
• POM (アセタールまたはデルリン®))
• ナイロン
• asfasdf
• PTFE
• Polycarbonate

制限と表面

内部半径

CNC 切断の結果、すべての垂直内部垂直コーナーの半径は、そのコーナーを作成したカッターと同じかそれ以上になります。ツール/カッターは、本質的に丸いか、回転しているために丸く切断されます。製品およびコンポーネントの設計では、この制限を考慮する (または有効に活用する) 必要があります。

設計段階でこれらのフィーチャーを指定する場合は、フィーチャーを形成すると予想されるカッターよりもわずかに大きい半径を使用することをお勧めします。エンドミルは、内径コーナーを回転させながらフライス加工を続けることができる場合に最も効率的です。コーナー半径が工具半径と同じである場合、カッターは方向を変えるために動作を停止し、これによりコーナーにビビリマークが発生しやすくなり、完成品で修正するのが困難になります。

工具は非常に小さな半径 (通常最小 0.5 mm) で入手できますが、短くて壊れやすいものです。半径 0.5 mm カッターの最大切り込み深さは 1.5 mm であり、その使用可能性は非常に小さな重要なフィーチャーに大きく制限されます。より大きな工具とより大きな内部半径により、より高速な加工が可能になります。

床フィレット

フィーチャー内でウィルがフロアと接する箇所では、垂直内部半径はツール直径（プラスコーナリング許容値）に関係します。複雑なマルチパス加工を行わずにフラットフェイス カッターを使用できるようにするには、フロア フィレットを垂直コーナー フィレットよりも小さくする必要があります。このようなフラットフェイス エンドミルはコーナー半径が最小限になる傾向がありますが、丸い先端のカッターを使用することもできます。フロアの半径はカッターの先端の半径によって設定され、その半径に緩い許容差と垂直フィレットよりも小さいサイズを指定すると、より高速な切削が可能になります。

アンダーカット

アンダーカットは避けられない場合がありますが、特定の考慮事項を遵守していれば、加工時間や工具の変更に大きな影響を与えることはありません。

• カスタムツールを作成する必要がないように、アンダーカットを標準寸法 (ミリメートル単位) で作成します。
• アンダーカットの実際の深さ制限はありませんが、浅い方が簡単で、カスタム工具が必要になる可能性が低くなります。
• すべての面でアンダーカットに到達できることを確認します。オーバーハングのコーナーの半径を考慮して、アンダーカット ツールのシャフト用のクリアランスを確保する必要があります。
• アンダーカットツールのコーナー半径より小さいコーナー半径を指定しないでください。

スレッド

CNC 製部品にねじ山を形成するには、通常の切削タップ、ねじ山形成タップ、スレッドミルなどのさまざまな技術が使用されます。どちらのオプションが最適であっても、次のルールに従ってください。

• この機能に実用的な最大かつ最も粗いねじ山を使用します。ねじ径が小さいと、使用する工具が弱く、破損しやすくなります。
• ねじ切りは直径の 3 倍以内、可能であればそれ以下に制限します。
• 加工時の直径の誤解を避けるため、ねじ山と深さを慎重に指定してください。
• 底付きを避け、切削を可能にするために、止まり穴のねじなし穴の深さを指定します。

表面仕上げ

CNC 機械工はさまざまな仕上げを提供します。

• 機械加工またはエンジニアリング仕上げにより、実際の最大送り速度が可能になり、単一部品のフィーチャ間で変更できるようになります。
• ビーズ ブラストは、ガーネット ビーズを気流で吹き付けてアブレーションさせることで、鈍く均一な仕上がりになります。これは手作業で行われます (大量生産の場合は自動化できます)。許容誤差の高い領域を維持するためのマスキングと穴の塞ぎによりコストが増加します。
• サテンおよびクリア陽極酸化処理により、アルミニウム部品に均一なマットまたは半光沢の酸化表面が生成されます。色付きまたはクリアにすることができます。
• 硬質陽極酸化処理はサテンやクリアよりも厚く、耐摩耗性/耐腐食性に優れています。
• 粉体塗装は、粉体ベースの静電塗布および熱硬化塗装プロセスです。これは溶剤ベースの塗料やエポキシ塗料よりもはるかに弾力性のある丈夫な層です。