Руководство по проектированию ЧПУ

Общие советы по дизайну

Старайтесь избегать тонких стен: Это рекомендации по соотношению сторон, а не конкретное ограничение толщины. Как правило, высота стоящих стен не должна превышать их общую толщину в 3 раза.

Часто требуются тонкие стенки, но они представляют трудности при механической обработке;

• Они могут вибрировать во время резки, что приводит к увеличению вибрации.
• Они, вероятно, отклонятся от фрезы, что потребует большего количества и более тонких разрезов для поддержания точности размеров.
• Если они поддерживают другие элементы дизайна, эти элементы все чаще подвержены ошибкам и проблемам с качеством.

Стандартная минимальная толщина стен составляет 0.8 мм в качестве общего ориентира для металлов и 1.5 мм для пластика. Однако это не жесткие и быстрые ограничения — если стена поддерживается с большего количества сторон, общую толщину можно безопасно уменьшить.

Если тонкие и плохо поддерживаемые стены необходимы при проектировании, рассмотрите возможность замены обработанной детали вырезанным или обработанным в 2D листовым компонентом.

Избегайте функций, которые невозможно выполнить на станке с ЧПУ.

Не каждую деталь можно обработать на станке с ЧПУ. Понимание возможностей станка, типов фрез и настроек зажима компонентов может предотвратить включение функций, которые невозможно запрограммировать/вырезать.

Хорошим примером особенности, которую не может воспроизвести процесс ЧПУ, являются внутренние изогнутые галереи. Если такие функции обязательны или неизбежны, вы можете рассмотреть возможность разделения детали, чтобы сделать галерею на две половины, или металлической части для 3D-печати, или всего компонента, чтобы обеспечить невозможность использования других функций.

Избегайте слишком жестких допусков

Общие допуски, соответствующие конкретному машинному процессу, обеспечивают максимально быструю обработку. Если требуются более жесткие допуски, их следует тщательно рассмотреть и расширить до пределов конструкции.

Жесткие допуски увеличивают расход фрезы и время обработки, требуют большего количества более точных резов и более тщательного контроля. Из-за превышения допусков также увеличится процент брака, и эти факторы могут значительно увеличить затраты.

Сокращение функций до самого необходимого

Уменьшение кривизны может привести к неприемлемой эстетике, но если стоимость является более важным фактором, то простота — это способ ограничить это, поскольку это сократит время резки. Эстетические особенности также могут заставить использовать 5-осевую обработку, увеличивая затраты как на программирование, так и на машинное время.

Как правило, рекомендуется свести к минимуму количество текста, надписей и гравировки на обработанных деталях. Эти элементы следует включать там, где это необходимо, но они приводят к увеличению затрат на смену инструмента и снижению скорости резки.

Следует избегать тисненого текста, заменяя его «тисненым» текстом, поскольку он требует меньшего удаления материала и меньшего количества операций. Используйте шрифты без засечек и рассмотрите другие процессы гравировки, если требуется размер шрифта менее 20 пунктов, поскольку для этого требуются необычайно маленькие инструменты.

Учитывайте соотношение глубины и ширины в полостях.

Полости глубиной более шести диаметров инструмента становятся чрезмерно глубокими. Как правило, старайтесь ограничить диаметр фрезы в 4 раза.

Особенности глубоких отверстий увеличивают риск зависания инструментов, снижают точность из-за чрезмерного отклонения инструмента, усложняют очистку шлама и значительно увеличивают риск поломки фрезы.

Затупить внутренние кромки оси инструмента с радиусом

Режущие инструменты имеют цилиндрическую форму, поэтому кромки, которые не перпендикулярны оси инструмента, не могут быть «острыми», хотя некоторые из них могут быть такими, посредством значительных дополнительных процессов. Чтобы уменьшить износ/напряжение инструмента, рекомендуется использовать внутренние пилки, радиус которых как минимум в 1.2 раза превышает ожидаемый радиус фрезы.

Не рекомендуется использовать меньшие инструменты для достижения меньших внутренних угловых радиусов/скруглений, если это не является обязательным. Один из методов избежать этого — применить небольшую подрезку в проблемных областях, чтобы виртуальный внутренний угол был квадратным.

Избегайте чрезмерной глубины нарезания резьбы

Нарезание резьбы более чем в 3 раза больше диаметра отверстия, как правило, не способствует повышению прочности, и его следует избегать. Это снижает риск поломок кранов, которые могут иметь дорогостоящие последствия. Если отверстия нарезаны вслепую, полезно оставить неиспользованную часть отверстия, чтобы избежать попадания дна ни в отверстие, ни в захваченный шлам. Закрыть кран — отличный способ его сломать.

Уменьшите мелкие внутренние функции

Как правило, фрезы размером менее 2.5 мм не рекомендуются, что делает внутренние элементы такого размера или меньше невозможными. Однако внешние элементы могут быть меньше фрезы в некоторых аспектах - но помните, что мелкие фрезы требуют неглубоких резов и значительно увеличивают время обработки.

Старайтесь использовать стандартные размеры отверстий.

По возможности придерживайтесь размера сверла с шагом в целые миллиметры и стремитесь ограничить количество отверстий разных размеров в компоненте. Это позволяет избежать необходимости использования специальных сверл/фрез (которые часто изготавливаются на заказ) и снижает необходимость в движениях инструмента перпендикулярно фрезе, что замедляет процесс.

.

Конкретные рекомендации по дизайну

Общие допуски

При проектировании деталей помните, что по умолчанию кромки будут зачищены, поэтому, если вы хотите, чтобы они были острыми, укажите это на чертеже.

Примите общие допуски, как показано ниже:

Вам следует указать допуски на отдельные элементы и размеры в соответствии с требованиями проекта. Имейте в виду, что более жесткие допуски требуют более медленной обработки и, возможно, дополнительных замен инструмента и более высокого процента брака.

В частности, допуски на основание отверстия и вала имеют решающее значение для функционирования движущихся частей, поэтому их следует указать, как показано ниже.

Обратите внимание, что при обработке пластмасс жесткие допуски выдерживать гораздо сложнее, поскольку материалы гибкие, если только рассматриваемый пластик не очень жесткий - Tufnol/Garolite - это пластик, который позволяет соблюдать жесткие допуски. Также существует тенденция к тому, что внутренние напряжения в пластиковых заготовках будут сниматься при обработке, что приводит к сильной деформации/неточности деталей.

Выбор материала

ЗАГОТОВКА или заготовка материала — это заготовка материала, из которой будет вырезана деталь. При проектировании производства нескольких деталей на станке с ЧПУ рекомендуется учитывать размеры заготовок, доступные у поставщика, чтобы минимизировать отходы. Стоимость материалов для детали или деталей является результатом ПУСТОЙ стоимости, а не оставшегося веса/объема материала.

Хорошей политикой является оставлять запас при обработке, чтобы все внешние поверхности заготовок были обработаны, вместо того, чтобы полагаться на точный рез и совпадение внешних поверхностей.

Выбор заготовки также должен учитывать методы зажима, чтобы обеспечить минимальное количество изменений настроек в процессе производства сетки.

Выбор материалов – это прежде всего вопрос проектирования, но на выбор могут влиять такие факторы, как простота обработки. Например, использование более твердого или менее легкорежущего материала для соответствия имеющемуся запасу заготовок окажет существенное негативное влияние на время обработки, качество поверхности и стоимость.

Пластмассы и легко режущиеся металлы, такие как алюминий и латунь, легко обрабатываются, что сокращает машинное время и, следовательно, стоимость. Твердые материалы, такие как инструментальные стали и те, которые работать усерднее например, некоторые виды нержавеющей стали должны обрабатываться на станках с более низкой частотой вращения инструмента и скоростью подачи по осям, что приводит к более медленной обработке в сочетании со значительно повышенным износом инструмента.

Алюминий обычно режется примерно в 4 раза быстрее, чем инструментальная сталь, и в 8 раз быстрее, чем большинство нержавеющих сталей.

Варианты металла для изготовления на станках с ЧПУ:

• Алюминий различных сплавов и твердости.
• Латунь
• Бронза и морская бронза (никель-алюминиевая бронза)
• Медь для электроэрозионных электродов, деталей контакторов и т. д.
• Нержавеющие стали (аустенитные, мартенситные, автоматная резка)
• Инструментальные/легированные стали различной твердости (от свободной резки до полностью закаленных, требующих электроэрозионной обработки)
• Титан

Варианты пластика для производства на станках с ЧПУ

• ABS
• Туфнол (литая эпоксидная смола, армированная волокном)
• ПОМ (Ацеталь или Делрин®)
• нейлон
• PEEK
• PTFE
• поликарбонат,

Ограничения и поверхности

Внутренние радиусы

Резка с ЧПУ приводит к тому, что все вертикальные внутренние вертикальные углы имеют радиус, равный или больший радиуса фрезы, которая их сделала. Инструмент/фрезы либо круглые по своей природе, либо режут кругло, поскольку вращаются. Конструкции изделий и компонентов должны учитывать (или выгодно использовать) это ограничение.

При указании этих элементов на этапе проектирования лучше использовать радиус, немного больший, чем фреза, которая, как ожидается, будет формировать элемент. Концевые фрезы наиболее эффективны, когда они могут продолжать фрезерование при повороте внутреннего угла. Если радиус угла такой же, как радиус инструмента, фреза перестанет двигаться, чтобы изменить направление, и это может привести к появлению вибраций в углу, которые трудно исправить в готовой детали.

Доступны инструменты очень маленького радиуса (типичный минимум 0.5 мм), но они короткие и хрупкие. Максимальная глубина резания фрезы с радиусом 0.5 мм составляет 1.5 мм, что серьезно ограничивает их использование очень мелкими, критически важными функциями. Инструменты большего размера и больший внутренний радиус позволят ускорить обработку.

Напольные галтели

Там, где воля встречается с полом в элементе, вертикальные внутренние радиусы относятся к диаметру инструмента (плюс допуск на угловые операции). Скругление ДНА должно быть меньше, чем вертикальные угловые скругления, чтобы можно было использовать фрезу с плоским торцом без сложной многопроходной обработки. Такие концевые фрезы с плоским торцом, как правило, имеют минимальные угловые радиусы, но можно использовать фрезу с закругленным кончиком. Радиус у пола будет установлен радиусом кончика фрезы, и это позволит выполнять резку быстрее, если этому радиусу задать свободный допуск и размер, который МЕНЬШЕ, чем у вертикального скругления.

Подрезы

Подрезы иногда неизбежны, и они не сильно влияют на время обработки или смену инструмента, если соблюдать определенные соображения.

• Делайте подрезы стандартных размеров (с шагом в миллиметр), чтобы избежать необходимости изготовления специальных инструментов.
• Фактического ограничения глубины для подрезов не существует, но чем меньше глубина, тем проще и с меньшей вероятностью потребуется специальный инструмент.
• Убедитесь, что поднутрение доступно на всех поверхностях — учитывайте радиусы всех углов на выступе, они должны обеспечивать зазор для вала инструмента для поднутрения.
• Не указывайте радиусы углов меньшие, чем у инструмента подрезки.

Threads

Для формирования резьбы в деталях, изготовленных на станках с ЧПУ, используются различные методы: обычные режущие метчики, метчики для нарезания резьбы и резьбофрезы. Какой бы вариант ни был лучшим, соблюдайте следующие правила:

• Используйте самую большую и грубую нить, подходящую для этой функции. Для резьбы меньшего диаметра используются более слабые инструменты, которые более склонны к поломке.
• По возможности ограничьте размер нарезаемой резьбы до трех диаметров или меньше.
• Указывайте резьбу и глубину осторожно, чтобы избежать неправильной интерпретации диаметра при обработке.
• Укажите глубину отверстия без резьбы в глухих отверстиях, чтобы избежать долива и допустить обрезку.

Поверхностные покрытия

Станки с ЧПУ предлагают различные виды отделки:

• Механическая или инженерная обработка обеспечивает максимальную практичную скорость подачи и может варьироваться в зависимости от особенностей одной детали.
• Дробеструйная обработка приводит к матовой и однородной отделке за счет абляции гранатовыми шариками в воздушном потоке — выполняется вручную (за исключением случаев значительного производственного цикла, где это можно автоматизировать). Маскировка и заделывание отверстий для поддержания областей с высокими допусками увеличивают стоимость.
• Сатиновое и прозрачное анодирование создает однородную матовую или полуглянцевую оксидную поверхность на алюминиевых деталях — она может быть цветной или прозрачной.
• Твердое анодирование толще и более устойчиво к износу/коррозии, чем сатиновое или прозрачное.
• Порошковое покрытие представляет собой процесс нанесения порошковой краски, наносимый в электростатическом поле и отверждаемый при нагревании. Это прочный слой, который гораздо более эластичен, чем краски на основе растворителей или эпоксидные краски.