CNC-ontwerpgids

Algemene ontwerptips

Probeer dunne muren te vermijden: Dit is eerder een richtlijn voor de aspectverhouding dan een specifieke diktebeperking. In de regel mag de hoogte van een opstaande muur niet groter zijn dan drie keer de algemene dikte.

Vaak zijn dunne wanden vereist, maar deze brengen moeilijkheden bij de bewerking met zich mee;

• De kans is groot dat ze gaan trillen tijdens het zagen, waardoor het klapperen toeneemt
• Ze zullen waarschijnlijk van de frees afbuigen, waardoor meer en dunnere sneden nodig zijn om de maatnauwkeurigheid te behouden
• Waar ze andere elementen van een ontwerp ondersteunen, zijn die elementen in toenemende mate vatbaar voor fouten en kwaliteitsproblemen

De standaard minimumdikte voor muren is 0.8 mm als algemene richtlijn voor metalen en 1.5 mm voor kunststoffen. Dit zijn echter geen harde en vaste limieten - waar een muur aan meerdere zijden wordt ondersteund, kan de algemene dikte veilig worden verminderd.

Als dunne en slecht ondersteunde wanden ontwerpnoodzakelijk zijn, kunt u overwegen het bewerkte onderdeel te vervangen door een gesneden of 2D-bewerkte plaatcomponent.

Vermijd functies die onmogelijk zijn om met een CNC-machine te bewerken

Niet elke functie leent zich voor CNC-bewerking. Als u de mogelijkheden van de machine, het type frees en de opspaninstellingen van componenten begrijpt, kunt u voorkomen dat er functies worden opgenomen die niet kunnen worden geprogrammeerd/gesneden.

Een goed voorbeeld van een eigenschap die een CNC-proces niet kan reproduceren zijn interne gebogen galerijen. Wanneer dergelijke kenmerken noodzakelijk of onvermijdelijk zijn, kunt u overwegen het onderdeel te splitsen om de galerij in twee helften te maken, of een deel of het hele onderdeel van een metalen 3D-print te maken om anders onmogelijke kenmerken mogelijk te maken.

Vermijd te nauwe toleranties

Algemene toleranties die passen bij het machineproces waarvoor ze zijn ontworpen, maken de snelste verwerking mogelijk. Waar nauwere toleranties vereist zijn, moeten deze zorgvuldig worden overwogen en tot de grenzen van het ontwerp worden opengesteld.

Nauwe toleranties verhogen het freesverbruik en de bewerkingstijd, waardoor meer en fijnere sneden en nauwkeurigere inspecties nodig zijn. Er zal ook sprake zijn van een hoger uitvalpercentage als gevolg van overtolerantie, en deze factoren kunnen de kosten aanzienlijk verhogen.

Reduceer functies tot de essentie

Het verminderen van de kromming kan resulteren in een onaanvaardbare esthetiek, maar als de kosten een grotere drijfveer zijn, dan is eenvoud de manier om dit in bedwang te houden, omdat dit de freestijd zal verkorten. Esthetische kenmerken kunnen ook het gebruik van 5-assige bewerking dwingen, waardoor de kosten van zowel programmeren als machinetijd toenemen.

Over het algemeen is het raadzaam om tekst, belettering en gravering op bewerkte onderdelen tot een minimum te beperken. Deze functies moeten waar nodig worden aangebracht, maar ze brengen hogere kosten met zich mee vanwege gereedschapswisselingen en een lagere snijsnelheid.

Reliëfteksten moeten worden vermeden en moeten 'debossed'-tekst vervangen, omdat hiervoor minder materiaalverwijdering en minder handelingen nodig zijn. Gebruik niet-serif-lettertypen en overweeg andere graveerprocessen als een lettergrootte van minder dan 20pt vereist is, omdat hiervoor ongewoon klein gereedschap nodig is.

Houd rekening met de verhouding tussen diepte en breedte in holtes

Holten dieper dan zes gereedschapsdiameters worden te diep. Streef in de regel naar een limiet van 4 x de freesdiameter.

Kenmerken van diepe gaten vergroten het risico dat gereedschappen blijven hangen, verminderen de nauwkeurigheid door overmatige doorbuiging van het gereedschap toe te staan, vergroten de moeilijkheden bij het verwijderen van stekken en vergroten het risico op freesbreuk aanzienlijk.

Stompe interne randen van de gereedschapsas met een radius

Snijgereedschappen zijn cilindrisch, dus randen die niet loodrecht op de gereedschapsas staan, kunnen niet 'scherp' zijn, hoewel sommige dat wel kunnen zijn, door middel van aanzienlijke aanvullende processen. Om slijtage/spanning van het gereedschap te verminderen, is het een goede richtlijn om interne filets te gebruiken waarvan de straal minstens 1.2 maal de verwachte freesradius is.

Het is niet raadzaam om kleinere gereedschappen te gebruiken om kleinere interne hoekradii/filets te bereiken, tenzij het absoluut noodzakelijk is. Een techniek om dit te voorkomen is om een ​​kleine undercut toe te passen in probleemgebieden, zodat de virtuele interne hoek vierkant is.

Vermijd een te grote tapdiepte

Tappen van meer dan 3 x de gatdiameter heeft in het algemeen geen voordelen in termen van sterkte en moet worden vermeden. Hierdoor wordt de kans op kraanbreuk met dure gevolgen verkleind. Wanneer gaten blind worden getapt, is het nuttig om een ​​onbenut stuk gat achter te laten om te voorkomen dat het gat of het ingesloten stekje uitzakt. Het dieptepunt van een kraan is een geweldige manier om hem af te breken.

Verminder kleine interne functies

Als regel worden frezen kleiner dan 2.5 mm niet aangeraden, waardoor interne kenmerken van deze grootte of kleiner onmogelijk zijn. Externe kenmerken kunnen echter in sommige opzichten kleiner zijn dan de frezen - maar vergeet niet dat kleine frezen ondiepe sneden vereisen en de bewerkingstijd aanzienlijk verlengen.

Probeer standaardmaten voor gaten te gebruiken

Houd u waar mogelijk aan bij boormaten van hele millimeters en probeer het aantal verschillende gatgroottes in een onderdeel te beperken. Dit vermijdt de noodzaak van gespecialiseerde boren/frezen (die vaak op maat worden gemaakt) en vermindert de noodzaak van gereedschapsbewegingen loodrecht op de frees, wat het proces vertraagt.

.

Specifieke ontwerpadviezen

Algemene toleranties

Houd er bij het ontwerpen van uw onderdelen rekening mee dat de randen standaard braamvrij zijn. Als u ze scherp wilt hebben, kunt u dit aangeven in een tekening.

Ga uit van algemene toleranties zoals hieronder:

U moet toleranties opgeven voor individuele kenmerken en afmetingen, afhankelijk van het ontwerp. Houd er rekening mee dat nauwere toleranties een langzamere verwerking en mogelijk extra gereedschapswisselingen en hogere uitvalpercentages vereisen.

Met name de toleranties voor de gatbasis en de asbasis zijn van cruciaal belang voor het functioneren van bewegende delen, dus deze moeten zoals hieronder worden gespecificeerd.

Houd er rekening mee dat nauwe toleranties veel moeilijker te handhaven zijn bij het bewerken van kunststoffen, omdat de materialen flexibel zijn, tenzij het betreffende plastic erg stijf is - Tufnol/Garolite is een plastic dat nauwe toleranties wel toestaat. Er is ook een neiging dat interne spanningen in plastic blanks worden vrijgegeven door het bewerken, wat leidt tot grove vervorming/onnauwkeurigheid van onderdelen.

Materiaalkeuzes

De BLANK, of materiaalspatie, is het stuk basismateriaal waaruit een onderdeel zal worden gesneden. Het is een goed beleid om bij het ontwerpen voor CNC-productie uit meerdere onderdelen rekening te houden met de blanco-formaten die bij een leverancier verkrijgbaar zijn, om verspilling tot een minimum te beperken. De materiaalkosten voor een onderdeel of onderdelen zijn het resultaat van de BLANK-kosten, niet van het resterende materiaalgewicht/volume.

Het is een goed beleid om bij de bewerking een marge te laten, zodat de buitenste onbewerkte vlakken allemaal worden weggewerkt, in plaats van te vertrouwen op een nauwkeurige snede en de afstemming van de buitenvlakken.

Bij de keuze van de blanco moet ook rekening worden gehouden met de klemmethoden, om het minimale aantal instellingswijzigingen tijdens het netproductieproces mogelijk te maken.

Het kiezen van materialen is in de eerste plaats een ontwerpoverweging, maar factoren zoals het gemak van machinale bewerking kunnen de keuze beïnvloeden. Het gebruik van een harder of minder vrij snijdend materiaal om te voldoen aan de beschikbare voorraad blanco's zal bijvoorbeeld een aanzienlijk negatief effect hebben op de bewerkingstijd, oppervlakteafwerking en kosten.

Kunststoffen en vrijsnijdende metalen zoals aluminium en messing kunnen gemakkelijk worden bewerkt en dit verlaagt de machinetijd en dus de kosten. Harde materialen zoals gereedschapsstaal en materialen die dat wel doen hard werken zoals bepaalde soorten roestvast staal moeten worden bewerkt met een lager toerental van het gereedschap en lagere assnelheden, wat resulteert in een langzamere bewerking - gecombineerd met aanzienlijk verhoogde gereedschapsslijtage.

Aluminium snijdt over het algemeen met ongeveer 4 maal de voedingssnelheid van gereedschapsstaal en 8 maal sneller dan de meeste roestvaste staalsoorten.

Metaalopties voor CNC-productie:

• Aluminium in diverse legeringen en hardheden
• Messing
• Brons en marinebrons (nikkel-aluminiumbrons)
• Koper voor vonkerosie-elektroden, contactoronderdelen enz
• Roestvast staal (austenitisch, martensitisch, vrijsnijdend)
• Gereedschaps-/gelegeerd staal in verschillende hardheden (van vrijsnijdend tot volledig hard waarvoor vonkerosiebewerking vereist is)
• Titanium

Kunststof opties voor CNC-productie

• ABS
• Tufnol (vezelversterkte gietepoxy)
• POM (Acetaal of Delrin®)
• Nylon
• PEEK
• PTFE
• Polycarbonaat

Beperkingen en oppervlakken

Binnenstralen

CNC-snijden resulteert in alle verticale interne verticale hoeken met een straal die gelijk is aan of groter is dan die van de frees die ze heeft gemaakt. Gereedschappen/frezen zijn ofwel rond van aard, of snijden rond omdat ze draaien. Product- en componentontwerpen moeten rekening houden met (of op een nuttige manier gebruikmaken van) deze beperking.

Wanneer u deze kenmerken in de ontwerpfase specificeert, is het beter om een ​​straal te gebruiken die iets groter is dan de frees die naar verwachting het kenmerk zal vormen. Vingerfrezen zijn het meest efficiënt als ze kunnen blijven frezen terwijl ze een interne hoek draaien. Als de hoekradius hetzelfde is als de gereedschapsradius, zal de frees stoppen met bewegen om van richting te veranderen en dit kan resulteren in klappermarkeringen in de hoek die moeilijk te corrigeren zijn in het voltooide onderdeel.

Gereedschappen zijn verkrijgbaar in zeer kleine radiussen (standaard minimaal 0.5 mm), maar ze zijn zowel kort als kwetsbaar. De maximale snijdiepte voor een frees met een radius van 0.5 mm is 1.5 mm, waardoor de bruikbaarheid ervan ernstig wordt beperkt tot zeer kleine, kritische kenmerken. Grotere gereedschappen en grotere interne radii die resulteren in een snellere bewerking.

Vloerfilets

Waar een wil een vloer in een kenmerk ontmoet, hebben de verticale interne radii betrekking op de gereedschapsdiameter (plus de hoektoeslag). De FLOOR-fillet moet kleiner zijn dan de verticale hoekfillets, zodat een vlakke frees kan worden gebruikt zonder complexe multipass-bewerking. Dergelijke vlakke freeseinden hebben doorgaans minimale hoekradii, maar een afgeronde puntfrees kan worden gebruikt. De radius bij de vloer wordt ingesteld door de radius van de freespunt en het maakt sneller snijden mogelijk als die radius een losse tolerantie en een maat krijgt die KLEINER is dan de verticale fillet.

Ondersnijdingen

Ondersnijdingen zijn soms onvermijdelijk en hebben geen grote invloed op de bewerkingstijd of gereedschapswisselingen als bepaalde overwegingen in acht worden genomen.

• Maak ondersnijdingen standaardafmetingen (stappen in millimeters) om te voorkomen dat er speciaal gereedschap gemaakt moet worden.
• Er is geen werkelijke dieptelimiet voor ondersnijdingen, maar ondieper is gemakkelijker en vereist minder waarschijnlijk aangepast gereedschap.
• Zorg ervoor dat de ondersnijding vanaf alle zijden bereikbaar is. Houd rekening met de radiussen van de hoeken in de overhang. Deze moeten voldoende ruimte bieden voor de schacht van het ondersnijgereedschap.
• Geef geen hoekradiussen op die kleiner zijn dan die van het ondersnijdingsgereedschap.

Discussies

Er worden verschillende technieken gebruikt om schroefdraad te vormen in CNC-gemaakte onderdelen: normale snijtappen, draadvormtappen en draadfrezen. Welke optie ook het beste is, volg deze regels:

• Gebruik de grootste en grofste draad die praktisch is voor de functie. Bij kleinere draaddiameters worden zwakkere gereedschappen gebruikt die gevoeliger zijn voor breuk.
• Beperk de draadafsnijding tot 3x de diameter, of indien mogelijk minder.
• Specificeer de schroefdraden en diepten zorgvuldig om verkeerde interpretaties van de diameter te voorkomen.
• Specificeer de gatdiepte zonder schroefdraad in blinde gaten om uitzakken te voorkomen en insnijdingen mogelijk te maken.

Oppervlakteafwerkingen

CNC-machinisten bieden een verscheidenheid aan afwerkingen:

• Bewerkte of technische afwerking maakt maximale praktische voedingssnelheden mogelijk en kan variabel zijn afhankelijk van de kenmerken van een enkel onderdeel.
• Bead blasting resulteert in een doffe en uniforme afwerking door ablatie door granaatparels in een luchtstroom - uitgevoerd met de hand (tenzij bij een aanzienlijke productierun, waar het geautomatiseerd kan worden). Maskeren en gaten dichten om gebieden met hoge tolerantie te behouden, brengt kosten met zich mee.
• Satijn- en transparante anodisatie zorgt voor een uniform mat of zijdeglanzend oxideoppervlak op aluminium onderdelen. Kan gekleurd of transparant zijn.
• Hard anodiseren is dikker en slijtvaster/corrosiebestendiger dan satijn of helder.
• Poedercoaten is een poedergebaseerd, elektrostatisch aangebracht en door hitte uitgehard verfproces. Dit is een taaie laag die veel veerkrachtiger is dan oplosmiddelhoudende of epoxyverven.