Посібник з проектування ЧПУ

Загальні поради щодо дизайну

Намагайтеся уникати тонких стінок: Це вказівки щодо співвідношення сторін, а не конкретне обмеження товщини. Як правило, висота вертикальних стін не повинна перевищувати 3-кратну їх загальну товщину.

Часто потрібні тонкі стінки, але вони представляють труднощі при механічній обробці;

• Вони, ймовірно, будуть вібрувати під час різання, посилюючи тріск
• Вони, ймовірно, відхиляться від різця, вимагаючи більшої кількості тонших надрізів для підтримки точності розмірів
• Там, де вони підтримують інші елементи дизайну, ці елементи все частіше схильні до помилок і проблем з якістю

Стандартна мінімальна товщина стінок становить 0.8 мм як загальний орієнтир для металу та 1.5 мм для пластику. Однак це не жорсткі обмеження - якщо стіна підтримується з кількох сторін, загальну товщину можна безпечно зменшити.

Якщо тонкі та погано підтримувані стіни є необхідними для проектування, подумайте про заміну обробленої частини на вирізану або двовимірну оброблену листову деталь.

Уникайте функцій, які неможливі для верстатів з ЧПК

Не кожна функція піддається обробці з ЧПК. Розуміння можливостей машини, типів різців і налаштувань затискання компонентів може запобігти включенню функцій, які неможливо запрограмувати/вирізати.

Хорошим прикладом функції, яку процес ЧПК не може відтворити, є внутрішні вигнуті канали. Якщо такі функції є обов’язковими або неминучими, ви можете розділити частину, щоб зробити галерею на дві половини, або металеву 3D-друковану частину або весь компонент, щоб дозволити функції, неможливі інакше.

Уникайте занадто жорстких допусків

Загальні допуски відповідно до машинного процесу, для якого розроблено, забезпечують найшвидшу обробку. Якщо потрібні жорсткіші допуски, їх слід ретельно розглянути та розкрити до межі проекту.

Жорсткі допуски збільшують споживання різця та час обробки, вимагають більшої кількості тонких надрізів і більш ретельного огляду. Також збільшиться рівень браку через надмірні допуски, і ці фактори можуть значно збільшити витрати.

Зменшіть особливості до найнеобхіднішого

Зменшення кривизни може призвести до неприйнятної естетики, але якщо вартість є більшою рушійною силою, то простота є способом стримати це, оскільки це зменшить час різання. Естетичні особливості також можуть змусити використовувати 5-осьову обробку, збільшуючи витрати як на програмування, так і на машинний час.

Як правило, доцільно звести до мінімуму текст, написи та гравіювання на оброблених деталях - ці функції слід включити, де це необхідно, але вони призводять до збільшення витрат на заміну інструменту та зниження швидкості різання.

Слід уникати рельєфних текстів, замінюючи «тисненими» текстами, оскільки вони потребують менше видалення матеріалу та операцій. Використовуйте шрифти без засічок і розгляньте інші процеси гравіювання, якщо потрібен розмір шрифту менше 20 пунктів, оскільки для цього потрібні надзвичайно маленькі інструменти.

Розглянемо співвідношення глибини до ширини порожнин

Порожнини глибше шести діаметрів інструменту стають надмірно глибокими. Як правило, прагніть до обмеження діаметра фрези в 4 рази.

Функції глибокого отвору збільшують ризик зависання інструментів, знижують точність, допускаючи надмірне відхилення інструменту, збільшують труднощі з очищенням вирізів і значно збільшують ризик поломки різця.

Затуплені внутрішні кромки осі інструменту з радіусом

Ріжучі інструменти є циліндричними, тому кромки, які не перпендикулярні осі інструменту, не можуть бути «гострими», хоча деякі з них можуть бути за допомогою значних додаткових процесів. Щоб зменшити знос/напругу інструменту, рекомендуємо використовувати внутрішні галочки, радіус яких принаймні в 1.2 рази перевищує очікуваний радіус різця.

Не рекомендується використовувати менші інструменти для досягнення менших внутрішніх радіусів кутів/скруглень, якщо це не є обов’язковим. Один із прийомів, щоб уникнути цього, полягає в застосуванні невеликого підрізу в проблемних зонах, до віртуального внутрішнього кута квадрата.

Уникайте надмірної глибини постукування

Нарізання різьби більш ніж у 3 рази більше діаметра отвору, як правило, не є корисним з точки зору міцності, і його слід уникати. Це зменшує ризик поломок кранів, які мають дорогі наслідки. Якщо отвори оброблені наосліп, корисно залишити необроблену довжину отвору, щоб уникнути виснаження дна, або на отворі, або на захоплених живцях. Закрити кран – це чудовий спосіб його зламати.

Зменште дрібні внутрішні особливості

Як правило, різці менші за 2.5 мм не рекомендуються, оскільки внутрішні елементи такого розміру або менші неможливі. Зовнішні характеристики, однак, у деяких аспектах можуть бути сильнішими за різець, але пам’ятайте, що маленькі різці вимагають неглибоких надрізів і значно збільшують час обробки.

Намагайтеся використовувати стандартні розміри отворів

Там, де це можливо, дотримуйтеся кроків цілих міліметрів у розмірах свердел і прагніть обмежити кількість різних розмірів отворів на компоненті. Це дозволяє уникнути потреби у спеціальних свердлах/різцях (які часто виготовляються на замовлення) і зменшує потребу в рухах інструменту перпендикулярно до різця, що сповільнює процес.

.

Конкретні поради щодо дизайну

Загальні допуски

Розробляючи деталі, пам’ятайте, що краї за замовчуванням очищаються, тому, якщо ви хочете, щоб вони були гострими, вкажіть це на кресленні.

Припустимо загальні допуски, як показано нижче:

Ви повинні вказати допуски на окремі характеристики та розміри відповідно до конструкції. Майте на увазі, що жорсткі допуски вимагають повільнішої обробки та потенційно додаткової зміни інструменту та більшої кількості браку.

Зокрема, допуск на основу отвору та вала має вирішальне значення для функціонування рухомих частин, тому їх слід вказати нижче.

Зауважте, що при механічній обробці пластмаси важче дотримуватися щільних допусків, оскільки матеріали є гнучкими, за винятком випадків, коли пластик, про який йде мова, не є дуже жорстким - Tufnol/Garolite — це пластик, який допускає високі допуски. Існує також тенденція до того, що внутрішні напруги в пластикових заготовках знімаються механічною обробкою, що призводить до значного спотворення/неточності деталей.

Вибір матеріалу

БЛАНК, або заготівля матеріалу, — це шматок основного матеріалу, з якого буде вирізана деталь. Щоб мінімізувати відходи, під час проектування багатокомпонентного ЧПК рекомендовано враховувати розміри заготовок, доступні від постачальника. Вартість матеріалів для частини або частин є результатом БЛАНК-вартості, а не залишкової ваги/об’єму матеріалу.

Це хороша політика залишати запас під час обробки, щоб усі зовнішні порожні поверхні були оброблені, а не покладатися на точний розріз і відповідність зовнішньої поверхні.

Вибір заготовки також повинен враховувати методи затискання, щоб забезпечити мінімальну кількість змін налаштування в процесі виробництва сітки.

Вибір матеріалів — це перш за все питання дизайну, але такі фактори, як легкість обробки, можуть впливати на вибір. Наприклад, використання твердішого або менш вільного різання матеріалу, щоб відповідати наявному запасу заготовок, матиме значний негативний вплив на час обробки, обробку поверхні та вартість.

Пластмаси та вільні метали, такі як алюміній і латунь, легко різаються, і це зменшує час роботи машини, а отже, і вартість. Тверді матеріали, такі як інструментальні сталі та інші працювати наполегливо такі як певна нержавіюча сталь, повинні бути верстатами з нижчими обертами інструменту та швидкістю подачі осі, що призводить до повільної обробки в поєднанні зі значно підвищеним зносом інструменту.

Зазвичай алюміній ріжеться зі швидкістю подачі приблизно в 4 рази більшою, ніж інструментальна сталь, і у 8 разів швидше, ніж більшість нержавіючих сталей.

Металеві варіанти для виготовлення ЧПУ:

• Алюміній в різних сплавах і твердості
• латунь
• Бронза та морська бронза (нікель-алюмінієва бронза)
• Мідь для електродів іскрової ерозії, деталей контакторів тощо
• Нержавіючі сталі (аустенітні, мартенситні, вільного різання)
• Інструментальні/леговані сталі різного ступеня твердості (від вільного різання до повністю твердих, що потребують механічної обробки іскровою ерозією)
• титан

Пластикові варіанти для виробництва ЧПК

• ABS
• Туфнол (армована волокном лита епоксидна смола)
• POM (Ацеталь або Delrin®)
• нейлон
• PEEK
• PTFE
• полікарбонат

Обмеження та поверхні

Внутрішні радіуси

Різання з ЧПУ призводить до того, що всі вертикальні внутрішні вертикальні кути мають радіус, що дорівнює або перевищує радіус різця, який їх зробив. Інструмент/різці або круглі за своєю природою, або круглі, тому що вони обертаються. Конструкції продукту та компонентів мають передбачати (або вигідно використовувати) це обмеження.

Указуючи ці елементи на етапі проектування, краще використовувати радіус трохи більший, ніж різець, який, як очікується, сформує елемент. Кінцеві фрези є найефективнішими, коли вони можуть продовжувати фрезерування, повертаючи внутрішній кут. Якщо радіус кута такий самий, як і радіус інструмента, різець припинить рух, щоб змінити напрямок, і це може призвести до появи трісків у куті, які важко виправити у готовій деталі.

Інструменти доступні з дуже малим радіусом (звичайний мінімум 0.5 мм), але вони короткі та крихкі. Максимальна глибина різання для фрези з радіусом 0.5 мм становить 1.5 мм, що суттєво обмежує їх використання до дуже дрібних критичних елементів. Більші інструменти та більші внутрішні радіуси, що призводять до швидшої обробки.

Галтелі для підлоги

Там, де воля стикається з підлогою в деталі, вертикальні внутрішні радіуси пов’язані з діаметром інструменту (плюс допуск на поворот. Зубок ПІДЛОГИ повинен бути меншим за вертикальні кутові зрізи, щоб можна було використовувати фрезу з плоскою поверхнею без складної багатоходової обробки. Такі кінцеві фрези з плоскою поверхнею, як правило, мають мінімальні кутові радіуси, але можна використовувати фрезу із заокругленим кінчиком. Радіус на підлозі буде встановлено радіусом наконечника фрези та це дозволяє швидше різати, якщо цьому радіусу надається вільний допуск і розмір, який МЕНШИЙ, ніж вертикальне скруглення.

Підрізи

Подрізів іноді неможливо уникнути, і вони не сильно впливають на час обробки або зміни інструментів, якщо дотримуватись певних міркувань.

• Зробіть підрізи стандартних розмірів (з кроком у міліметри), щоб уникнути необхідності виготовлення спеціальних інструментів.
• Немає фактичного обмеження глибини для підрізів, але дрібніше легше і менше ймовірно, що вимагатимуть спеціального інструменту.
• Переконайтеся, що підріз можна досягти на всіх гранях - враховуйте радіуси будь-яких кутів у виступі, вони повинні забезпечувати зазор для вала інструмента для підрізання.
• Не вказуйте радіуси кутів, менші, ніж у інструмента для підрізання.

Threads

Різні методи використовуються для формування різьби в деталях, виготовлених з ЧПК: звичайні різальні мітчики, різьбові мітчики та різьбові фрези. Який би варіант не був кращим, дотримуйтесь наступних правил:

• Використовуйте найбільшу та найгрубішу нитку, яка є практичною для цієї функції. При меншому діаметрі різьби використовуються слабші інструменти, які більш схильні до поломки.
• Обмежте нарізку нитки 3x діаметром - або менше, якщо можливо.
• Уважно вказуйте різьбу та глибину, щоб уникнути неправильного тлумачення діаметра.
• Вкажіть глибину отвору без різьби в глухих отворах, щоб уникнути виснаження дна та дозволити різання.

Поверхня обробки

Верстатники з ЧПК пропонують різні варіанти обробки:

• Механічна або інженерна обробка забезпечує максимальну практичну швидкість подачі та може бути змінною залежно від особливостей однієї деталі.
• Дробструминна обробка забезпечує тьмяну та рівномірну обробку від абляції гранатовими кульками в потоці повітря, що виконується вручну (за винятком значних виробничих циклів, де це можна автоматизувати). Маскування та закладення отворів для підтримки зон високої толерантності збільшує вартість.
• Матове та прозоре анодування створює рівномірну матову або напівглянсову оксидну поверхню на алюмінієвих деталях, які можуть бути кольоровими або прозорими.
• Жорстке анодування товщі та більш стійкі до зносу/корозії, ніж сатин або прозоре покриття.
• Порошкове покриття – це процес нанесення фарби на основі порошку, який наноситься електростатично та затверджується при нагріванні. Це міцний шар, який є набагато більш стійким, ніж фарби на основі розчинників або епоксидні фарби.