CNC-designguide

Allmänna designtips

Försök att undvika tunna väggar: Detta är en vägledning för bildförhållande, snarare än en specifik tjockleksbegränsning. Som regel bör uppstående väggar inte överstiga 3 gånger sin allmänna tjocklek.

Tunna väggar krävs ofta men de innebär svårigheter vid bearbetning;

• De kommer sannolikt att vibrera under skärning, vilket ökar vibrationsgraden.
• De kommer sannolikt att böjas bort från skäraren, vilket kräver fler och tunnare snitt för att bibehålla måttnoggrannheten.
• Där de stöder andra delar av en design är dessa delar i allt högre grad benägna att orsaka fel och kvalitetsproblem.

Standardminimitjockleken för väggar är 0.8 mm som en generell riktlinje för metaller och 1.5 mm för plast. Detta är dock inte hårda och fasta gränser – där en vägg stöds på fler sidor kan den allmänna tjockleken säkert minskas.

Där tunna och dåligt stödda väggar är konstruktionsnödvändiga, överväg att ersätta den bearbetade delen med en tillskuren eller 2D-bearbetad plåtkomponent.

Undvik funktioner som är omöjliga att CNC-frästa

Inte alla funktioner lämpar sig för CNC-frästning. Att förstå maskinens kapacitet, skärtyper och komponentfastspänningsinställningar kan förhindra att funktioner inkluderas som inte kan programmeras/skäras.

Ett bra exempel på en funktion som en CNC-process inte kan reproducera är interna böjda gallerier. Där sådana funktioner är absolut nödvändiga eller oundvikliga kan man överväga att dela upp delen för att göra galleriet i två halvor, eller 3D-utskriva en metalldel eller hela komponenten för att möjliggöra annars omöjliga funktioner.

Undvik alltför snäva toleranser

Generell toleranshantering som passar den maskinprocess som konstrueras för möjliggör snabbast möjliga bearbetning. Där snävare toleranser krävs bör dessa noggrant beaktas och öppnas upp till konstruktionens gräns.

Snäva toleranser ökar skärförbrukningen och bearbetningstiden, vilket kräver fler och finare snitt samt noggrannare inspektion. Det kommer också att bli en ökad kassationsgrad på grund av övertoleranser och dessa faktorer kan öka kostnaderna avsevärt.

Reducera funktioner till det väsentliga

Att minska krökningen kan resultera i oacceptabel estetik, men om kostnaden är en större drivkraft är enkelhet sättet att begränsa detta, eftersom det kommer att minska skärtiden. Estetiska egenskaper kan också tvinga fram användningen av 5-axlig bearbetning, vilket ökar kostnaden för både programmering och maskintid.

Som regel är det lämpligt att minimera text, bokstäver och gravyr på maskinbearbetade delar – dessa funktioner bör inkluderas där det är nödvändigt, men de innebär en ökad kostnad för verktygsbyten och minskad skärhastighet.

Präglad text bör undvikas och ersätts med "präglad" text eftersom det kräver mindre materialborttagning och färre operationer. Använd icke-serif-teckensnitt och överväg andra gravyrprocesser om en teckenstorlek på mindre än 20 pt krävs, eftersom detta kräver ovanligt små verktyg.

Betrakta förhållandet mellan djup och bredd i kaviteter

Kaviteter djupare än sex verktygsdiametrar blir alltför djupa. Sikta som regel på en gräns på 4 x fräsdiametern.

Djupa borrhål ökar risken för att verktyg hänger sig, minskar noggrannheten genom att tillåta överdriven verktygsnedböjning, ökar svårigheterna att röja borrkax och ökar risken för skärbrott avsevärt.

Trubbiga verktygsaxelns inre eggar med radie

Skärverktyg är cylindriska, så eggar som inte är vinkelräta mot verktygsaxeln kan inte vara "vassa", även om vissa kan vara det, med hjälp av betydande ytterligare processer. För att minska verktygsslitage/påfrestning är en bra riktlinje att använda invändiga filéer vars radie är minst 1.2 gånger den förväntade skärradien.

Det är inte lämpligt att använda mindre verktyg för att uppnå mindre invändiga hörnradier/filer om det inte är absolut nödvändigt. En teknik för att undvika detta är att applicera en liten underskärning i problemområden, så att det virtuella invändiga hörnet är rätvinkligt.

Undvik för stort gängdjup

Gängning av mer än 3 gånger håldiametern är generellt sett inte fördelaktigt ur hållfasthetssynpunkt och bör undvikas. Detta minskar risken för gängbrott som får kostsamma konsekvenser. Där hål gängas i blindo är det fördelaktigt att lämna en ogängad bit av hålet för att undvika att gängtapparna bottnar, antingen på hålet eller på det instängda borrkaxet. Att bottna en gängtapp är ett bra sätt att bryta av den.

Minska små interna funktioner

Som regel är det inte lämpligt att använda fräsar mindre än 2.5 mm, vilket gör det omöjligt att utföra interna egenskaper av denna storlek eller mindre. Externa egenskaper kan dock vara smalare än fräsens i vissa avseenden – men kom ihåg att små fräsar kräver grunda snitt och ökar bearbetningstiden avsevärt.

Försök att använda standardstorlekar för hål

Håll dig där det är möjligt till hela millimetersteg i borrstorlekar och försök att begränsa antalet olika hålstorlekar på en komponent. Detta undviker behovet av specialborrar/fräsar (som ofta är specialtillverkade) och minskar behovet av verktygsrörelser vinkelrätt mot fräsen, vilket saktar ner processen.

.

Specifika designråd

Allmänna toleranser

När du utformar dina delar, kom ihåg att kanterna kommer att gradas som standard – så om du vill att de ska vara vassa, ange detta på en ritning.

Antag allmänna toleranser enligt nedan:

Du bör specificera toleranser för individuella funktioner och mått enligt konstruktionens krav. Var medveten om att snävare toleranser kräver långsammare bearbetning och potentiellt ytterligare verktygsbyten och högre kassationshastigheter.

Särskilt hålbas- och axelbastoleranser är avgörande för rörliga delars funktion, så dessa bör specificeras enligt nedan.

Observera att snäva toleranser är mycket svårare att hålla vid plastbearbetning eftersom materialen är flexibla, såvida inte plasten i fråga är mycket styv - Tufnol/Garolite är en plast som tillåter snäva toleranser. Det finns också en tendens att interna spänningar i plastämnen frigörs vid bearbetning, vilket leder till grov deformation/felaktighet hos delarna.

Materialval

ÄMNET, eller materialämnet, är den lagermaterialbit från vilken en del ska skäras. Det är en bra policy att beakta de ämnesstorlekar som finns tillgängliga från en leverantör vid design för CNC-tillverkning av flera delar, för att minimera spill. Materialkostnaden för en del eller delar är ett resultat av ÄMNETS kostnaden, inte den återstående materialets vikt/volym.

Det är en bra policy att lämna marginal i bearbetningen, så att alla yttre ämnesytor bearbetas bort, snarare än att förlita sig på exakt skärning och matchning av ytterytor.

Valet av ämne måste också ta hänsyn till fastspänningsmetoder för att möjliggöra ett minimalt antal uppställningsändringar i nättillverkningsprocessen.

Materialval är främst en designaspekt, men faktorer som enkel bearbetning kan påverka valet. Att använda en hårdare eller mindre fribearbetande materialkvalitet för att uppfylla tillgängliga ämneslager kommer till exempel att ha en betydande negativ inverkan på bearbetningstid, ytfinish och kostnad.

Plaster och automatmetaller som aluminium och mässing bearbetas enkelt, vilket minskar bearbetningstiden och därmed kostnaden. Hårda material som verktygsstål och de som arbeta hårdare såsom vissa rostfria stål måste bearbetas med lägre verktygsvarvtal och axelmatningshastigheter, vilket resulterar i långsammare bearbetning – i kombination med avsevärt ökat verktygsslitage.

Aluminium skär generellt med ungefär fyra gånger matningshastigheten för verktygsstål och åtta gånger snabbare än de flesta rostfria stål.

Metallalternativ för CNC-tillverkning:

• Aluminium i olika legeringar och hårdheter
• Mässing
• Brons och marinbrons (nickelaluminiumbrons)
• Koppar för gnisterosionselektroder, kontaktordelar etc.
• Rostfria stål (austenitiska, martensitiska, automatstål)
• Verktygs-/legeringsstål i olika hårdhetsgrad (från automatskärning till helt hårda stål som kräver gnistbearbetning)
• titan

Plastalternativ för CNC-tillverkning

• ABS
• Tufnol (fiberförstärkt gjuten epoxi)
• POM (Acetal eller Delrin®))
• Nylon
• TITT
• PTFE
• polykarbonat

Begränsningar och ytor

Inre radier

CNC-skärning resulterar i att alla vertikala inre vertikala hörn har en radie som är lika med eller större än den hos den fräs som tillverkade dem. Verktyg/fräsar är antingen runda till sin natur eller så skärs de runda eftersom de roterar. Produkt- och komponentdesign måste ta hänsyn till (eller utnyttja) denna begränsning.

När man specificerar dessa funktioner i konstruktionsstadiet är det bättre att använda en radie som är något större än den fräs som förväntas forma funktionen. Pinnfräsar är mest effektiva när de kan fortsätta fräsa medan de svarvar ett invändigt hörn. Om hörnradien är densamma som verktygsradien kommer fräsen att sluta röra sig för att ändra riktning och detta kan resultera i vibrationsmärken i hörnet som är svåra att åtgärda i den färdiga detaljen.

Verktyg finns tillgängliga i mycket små radier (typiskt minimum 0.5 mm) men de är både korta och ömtåliga. Maximalt skärdjup för en fräs med 0.5 mm radie är 1.5 mm, vilket kraftigt begränsar deras användbarhet till mycket små, kritiska funktioner. Större verktyg och större inre radier som resulterar i detta möjliggör snabbare bearbetning.

Golvfiléer

Där en vändning möter ett golv i en funktion, relaterar de vertikala innerradierna till verktygsdiametern (plus hörnmån). GOLVKÅLEN bör vara mindre än de vertikala hörnkålorna för att tillåta att en planfräs används utan komplex flerpassbearbetning. Sådana planfräsar tenderar att ha minimala hörnradier - men en fräs med rundad spets kan användas. Radien vid golvet kommer att ställas in av frässpetsens radie och det möjliggör snabbare skärning om den radien ges en lös tolerans och en storlek som är MINDRE än den vertikala kålan.

skärningar

Underskärningar är ibland oundvikliga och de påverkar inte bearbetningstiden eller verktygsbytena nämnvärt om vissa överväganden följs.

• Gör underskärningar med standardmått (millimetersteg) för att undvika att behöva tillverka specialverktyg.
• Det finns ingen faktisk djupgräns för underskärningar, men grundare är enklare och mindre sannolikt att det kräver anpassade verktyg.
• Säkerställ att underskärningen kan nås på alla ytor - beakta radierna på eventuella hörn i överhänget, de måste ge utrymme för underskärningsverktygets skaft.
• Ange inte hörnradier som är mindre än underskärningsverktygets.

Ämnen

Olika tekniker används för att forma gängor i CNC-tillverkade delar: vanliga skärgängtappar, gängformningsgängtappar och gängfräsar. Oavsett vilket alternativ som är bäst, följ dessa regler:

• Använd den största och grövsta gängan som är praktiskt lämplig för funktionen. Mindre gängdiametrar använder svagare verktyg som är mer benägna att gå sönder.
• Begränsa gängskärningen till 3x diametern – eller mindre om möjligt.
• Ange gängor och djup noggrant för att undvika feltolkningar av bearbetning till diameter.
• Ange ogängat håldjup i bottenhål för att undvika att bottenhålet når och ge utrymme för skärningar.

Ytbehandlingar

CNC-operatörer erbjuder en mängd olika ytbehandlingar:

• Maskinbearbetad eller teknisk ytbehandling möjliggör maximala praktiska matningshastigheter och kan varieras över olika egenskaper hos en och samma detalj.
• Pärlblästring resulterar i en matt och jämn yta från ablation med granatpärlor i en luftström – utförs för hand (såvida det inte är i en betydande produktionsserie, där det kan automatiseras). Maskering och hålpluggning för att bibehålla områden med hög tolerans ökar kostnaden.
• Sidenmatt och klar anodisering ger en jämn matt eller halvblank oxidyta på aluminiumdelar – kan vara färgade eller klara.
• Hårdanodisering är tjockare och mer slitstark/korrosionsbeständig än satin eller klar.
• Pulverlackering är en pulverbaserad, elektrostatiskt applicerad och värmehärdande färgprocess. Detta är ett starkt lager som är mycket mer motståndskraftigt än lösningsmedelsbaserade eller epoxifärger.