Để tận dụng hết khả năng của gia công CNC, người thiết kế phải tuân theo các quy tắc chế tạo cụ thể.Nhưng điều này có thể là một thách thức vì không có tiêu chuẩn ngành cụ thể.Trong bài viết này, chúng tôi đã biên soạn một hướng dẫn toàn diện với các thực hành thiết kế tốt nhất cho gia công CNC.
Chúng tôi tập trung vào việc mô tả tính khả thi của các hệ thống CNC hiện đại, bỏ qua các chi phí liên quan.Để được hướng dẫn thiết kế các bộ phận tiết kiệm chi phí cho CNC, vui lòng tham khảo bài viết này.
Cơ khí CNC
Gia công CNC là một công nghệ gia công trừ.Trong CNC, các công cụ quay tốc độ cao (hàng nghìn vòng / phút) khác nhau được sử dụng để loại bỏ vật liệu khỏi các khối rắn để sản xuất các bộ phận theo mô hình CAD.Kim loại và nhựa có thể được gia công bằng máy CNC.
Các bộ phận gia công CNC có độ chính xác kích thước cao và dung sai nghiêm ngặt.CNC thích hợp cho sản xuất hàng loạt và làm một lần.Trên thực tế, gia công CNC hiện là cách tiết kiệm chi phí nhất để sản xuất các nguyên mẫu kim loại, thậm chí so với in 3D.
Hạn chế thiết kế chính của CNC
CNC cung cấp sự linh hoạt trong thiết kế, nhưng có một số hạn chế trong thiết kế.Những hạn chế này liên quan đến cơ học cơ bản của quá trình cắt, chủ yếu liên quan đến hình học của dụng cụ và khả năng tiếp cận dụng cụ.
1. Hình dạng công cụ
Các công cụ CNC phổ biến nhất (máy phay và máy khoan cuối) có dạng hình trụ với chiều dài cắt hạn chế.
Khi vật liệu được lấy ra khỏi phôi, dạng hình học của dao được chuyển sang bộ phận đã gia công.Điều này có nghĩa là, ví dụ, bất kể một dụng cụ nhỏ được sử dụng như thế nào, góc trong của chi tiết CNC luôn có bán kính.
2. Quyền truy cập công cụ
Để loại bỏ vật liệu, công cụ tiếp cận phôi trực tiếp từ phía trên.Các chức năng không thể truy cập theo cách này không thể được xử lý CNC.
Có một ngoại lệ cho quy tắc này: cắt xén.Chúng ta sẽ tìm hiểu cách sử dụng các phím tắt trong thiết kế trong phần tiếp theo.
Một phương pháp thiết kế tốt là căn chỉnh tất cả các đặc điểm của mô hình (lỗ, hốc, tường thẳng đứng, v.v.) theo một trong sáu hướng chính.Quy tắc này được coi là một khuyến nghị, không phải là một giới hạn, bởi vì hệ thống CNC 5 trục cung cấp khả năng giữ phôi tiên tiến.
Truy cập dụng cụ cũng là một vấn đề khi các tính năng gia công với tỷ lệ khung hình lớn.Ví dụ, để chạm tới đáy của hốc sâu, cần phải có một dụng cụ đặc biệt có trục dài.Điều này làm giảm độ cứng của hiệu ứng cuối, tăng độ rung và giảm độ chính xác có thể đạt được.
Các chuyên gia CNC khuyên bạn nên thiết kế các bộ phận có thể được gia công bằng các công cụ có đường kính lớn nhất có thể và chiều dài ngắn nhất có thể.
Quy tắc thiết kế CNC
Một trong những thách thức thường gặp phải khi thiết kế các bộ phận để gia công CNC là không có tiêu chuẩn ngành cụ thể: Các nhà sản xuất máy công cụ và máy CNC không ngừng nâng cao năng lực kỹ thuật và mở rộng phạm vi khả năng.
Trong bảng sau đây, chúng tôi tóm tắt các giá trị được đề xuất và khả thi của các tính năng phổ biến nhất gặp phải trong các bộ phận gia công CNC.
1. Khoang và rãnh
Chiều sâu khoang khuyến nghị: 4 lần chiều rộng khoang
Chiều dài cắt của máy nghiền cuối bị hạn chế (thường gấp 3-4 lần đường kính của nó).Khi tỷ lệ chiều rộng chiều sâu nhỏ, độ lệch của dao, sự phóng phoi và độ rung trở nên nổi bật hơn.Giới hạn độ sâu của khoang bằng bốn lần chiều rộng của nó đảm bảo kết quả tốt.
Nếu cần độ sâu lớn hơn, hãy xem xét thiết kế một bộ phận có chiều sâu khoang thay đổi (xem hình trên để làm ví dụ).
Phay rãnh sâu: một khoang có chiều sâu lớn hơn 6 lần đường kính dao được coi là một khoang sâu.Tỷ lệ giữa đường kính dao và chiều sâu khoang có thể là 30: 1 bằng cách sử dụng các công cụ đặc biệt (sử dụng máy phay cuối có đường kính 1 inch, chiều sâu tối đa là 30 cm).
2. Cạnh bên trong
Bán kính góc dọc: độ sâu khoang ⅓ x được khuyến nghị (hoặc lớn hơn)
Việc sử dụng giá trị khuyến nghị của bán kính góc trong đảm bảo rằng dụng cụ có đường kính thích hợp có thể được sử dụng và căn chỉnh với các hướng dẫn về độ sâu khoang được khuyến nghị.Tăng bán kính góc lên một chút so với giá trị được đề xuất (ví dụ: 1 mm) cho phép công cụ cắt dọc theo đường tròn thay vì góc 90 °.Điều này được ưa thích hơn vì nó có thể có được bề mặt chất lượng cao hơn.Nếu yêu cầu góc trong 90 ° sắc nét, hãy xem xét thêm đường cắt hình chữ T thay vì giảm bán kính góc.
Bán kính tấm đáy được khuyến nghị là bán kính 0,5mm, 1mm hoặc không;Bán kính nào cũng khả thi
Cạnh dưới của máy nghiền cuối là một cạnh phẳng hoặc một cạnh hơi tròn.Các bán kính sàn khác có thể được xử lý bằng các công cụ đầu bi.Thực hành thiết kế tốt là sử dụng giá trị được khuyến nghị vì đó là lựa chọn đầu tiên của thợ gia công.
3. Tường mỏng
Độ dày tường tối thiểu được đề xuất: 0,8mm (kim loại) và 1,5mm (nhựa);0,5mm (kim loại) và 1,0mm (nhựa) là khả thi
Giảm độ dày thành ống sẽ làm giảm độ cứng của vật liệu, do đó làm tăng độ rung trong quá trình gia công và giảm độ chính xác có thể đạt được.Chất dẻo có xu hướng cong vênh (do ứng suất dư) và mềm đi (do nhiệt độ tăng), vì vậy nên sử dụng độ dày thành tối thiểu lớn hơn.
4. Lỗ
Đường kính khuyến nghị kích thước khoan tiêu chuẩn;Bất kỳ đường kính nào lớn hơn 1mm đều được chấp nhận
Sử dụng máy khoan hoặc máy nghiền cuối để khoét các lỗ trên máy.Tiêu chuẩn hóa kích thước mũi khoan (đơn vị hệ mét và tiếng Anh).Doa và máy cắt doa được sử dụng để hoàn thiện các lỗ yêu cầu dung sai nghiêm ngặt.Đối với các kích thước nhỏ hơn ▽ 20 mm, nên sử dụng đường kính tiêu chuẩn.
Chiều sâu tối đa khuyến nghị 4 x đường kính danh nghĩa;Điển hình là đường kính danh nghĩa 10 x;40 x đường kính danh nghĩa nếu khả thi
Các lỗ có đường kính không tiêu chuẩn phải được xử lý với máy nghiền cuối.Trong trường hợp này, áp dụng giới hạn độ sâu tối đa của khoang và nên sử dụng giá trị độ sâu tối đa được khuyến nghị.Sử dụng mũi khoan đặc biệt (đường kính tối thiểu 3 mm) để gia công các lỗ có độ sâu vượt quá giá trị thông thường.Lỗ mù được gia công bằng máy khoan có tấm đáy hình nón (góc 135 °), trong khi lỗ được gia công bằng máy cán cuối là phẳng.Trong gia công CNC, không có sự ưu tiên đặc biệt nào giữa lỗ xuyên và lỗ mù.
5. Chủ đề
Kích thước ren tối thiểu là m2;M6 hoặc lớn hơn được khuyến khích
Chỉ trong được cắt bằng vòi, và chỉ ngoài được cắt bằng khuôn.Vòi và khuôn có thể được sử dụng để cắt ren theo m2.
Dụng cụ tiện ren CNC phổ biến và được các thợ gia công ưa thích vì chúng hạn chế rủi ro gãy vòi.Dụng cụ cắt ren CNC có thể được sử dụng để cắt ren tới M6.
Chiều dài ren tối thiểu là 1,5 x đường kính danh nghĩa;3 x đường kính danh nghĩa được khuyến nghị
Phần lớn tải trọng tác dụng lên ren do một vài răng đầu tiên chịu (đến 1,5 lần đường kính danh nghĩa).Do đó, yêu cầu không lớn hơn 3 lần đường kính danh nghĩa của ren.
Đối với ren trong lỗ mù được cắt bằng vòi (tức là tất cả các ren nhỏ hơn M6), thêm chiều dài không ren bằng 1,5 x đường kính danh nghĩa ở đáy lỗ.
Khi có thể sử dụng dao tiện ren CNC (tức là ren lớn hơn M6), lỗ có thể chạy qua toàn bộ chiều dài của nó.
6. Tính năng nhỏ
Đường kính lỗ tối thiểu được khuyến nghị là 2,5 mm (0,1 inch);0,05 mm (0,005 in) là khả thi
Hầu hết các cửa hàng máy móc sẽ có thể gia công chính xác các khoang và lỗ của máy bằng các dụng cụ có đường kính nhỏ hơn 2,5 mm (0,1 inch).
Bất cứ điều gì dưới giới hạn này đều được coi là vi cơ.Các công cụ đặc biệt (máy khoan siêu nhỏ) và kiến thức chuyên môn được yêu cầu để xử lý các tính năng đó (các thay đổi vật lý trong quá trình cắt nằm trong phạm vi này), vì vậy bạn nên tránh sử dụng chúng trừ khi thực sự cần thiết.
7. khoan dung
Tiêu chuẩn: ± 0,125 mm (0,005 in)
Điển hình: ± 0,025 mm (0,001 in)
Khả thi: ± 0,0125 mm (0,0005 in)
Dung sai xác định ranh giới của các kích thước có thể chấp nhận được.Dung sai có thể đạt được phụ thuộc vào kích thước và hình học cơ bản của bộ phận.Các giá trị trên là hướng dẫn hợp lý.Nếu không quy định dung sai, hầu hết các cửa hàng máy sẽ sử dụng dung sai chuẩn ± 0,125 mm (0,005 in).
8. Từ và chữ
Kích thước phông chữ được đề xuất là 20 (hoặc lớn hơn), chữ 5mm
Các ký tự chạm khắc tốt hơn là các ký tự dập nổi vì ít vật liệu bị loại bỏ hơn.Bạn nên sử dụng phông chữ sans serif (chẳng hạn như Arial hoặc Verdana) với kích thước ít nhất 20 điểm.Nhiều máy CNC đã lập trình sẵn các quy trình cho các phông chữ này.
Cài đặt máy và hướng bộ phận
Sơ đồ nguyên lý của các bộ phận cần được thiết lập nhiều lần như sau:
Như đã đề cập trước đó, khả năng tiếp cận công cụ là một trong những hạn chế thiết kế chính của gia công CNC.Để tiếp cận tất cả các bề mặt của mô hình, phôi phải được quay nhiều lần.
Ví dụ, bộ phận của hình trên phải được quay tổng cộng ba lần: hai lỗ được gia công theo hai hướng chính, và lỗ thứ ba đi vào mặt sau của bộ phận.
Bất cứ khi nào phôi quay, máy phải được hiệu chuẩn lại và hệ tọa độ mới phải được xác định.
Điều quan trọng là phải xem xét các cài đặt máy trong thiết kế vì hai lý do:
Tổng số cài đặt máy ảnh hưởng đến chi phí.Việc xoay và sắp xếp lại các bộ phận yêu cầu thao tác thủ công và tăng tổng thời gian xử lý.Nếu bộ phận cần được quay 3-4 lần, điều này thường được chấp nhận, nhưng bất kỳ quá giới hạn này là thừa.
Để có được độ chính xác vị trí tương đối tối đa, hai tính năng phải được gia công trong cùng một thiết lập.Điều này là do bước gọi mới gây ra một lỗi nhỏ (nhưng không đáng kể).
Gia công CNC năm trục
Khi sử dụng gia công CNC 5 trục, nhu cầu về nhiều cài đặt máy có thể được loại bỏ.Gia công CNC nhiều trục có thể chế tạo các chi tiết có dạng hình học phức tạp vì chúng cung cấp thêm 2 trục quay.
Gia công CNC năm trục cho phép dao luôn tiếp tuyến với bề mặt cắt.Có thể đi theo các đường chạy dao phức tạp và hiệu quả hơn, dẫn đến độ hoàn thiện bề mặt tốt hơn và thời gian gia công thấp hơn.
Tất nhiên, CNC 5 trục cũng có những hạn chế của nó.Vẫn áp dụng các hạn chế về hình học của dụng cụ cơ bản và các hạn chế về truy cập công cụ (ví dụ: không thể gia công các bộ phận có hình học bên trong).Ngoài ra, chi phí sử dụng các hệ thống như vậy cao hơn.
Thiết kế undercut
Các đường cắt là các tính năng không thể được gia công bằng các công cụ cắt tiêu chuẩn vì một số bề mặt của chúng không thể được tiếp cận trực tiếp từ phía trên.
Có hai loại đường cắt chính: rãnh chữ T và rãnh dovetails.Undercut có thể là một mặt hoặc hai mặt và được xử lý bằng các công cụ đặc biệt.
Dụng cụ cắt rãnh chữ T về cơ bản được làm bằng một miếng chèn cắt ngang nối với trục thẳng đứng.Chiều rộng của đường cắt có thể thay đổi trong khoảng từ 3 mm đến 40 mm.Bạn nên sử dụng kích thước tiêu chuẩn cho chiều rộng (tức là, gia số milimet đầy đủ hoặc phân số inch tiêu chuẩn) vì các công cụ có nhiều khả năng hơn.
Đối với các công cụ dovetail, góc xác định kích thước của đối tượng địa lý.Dụng cụ dovetail 45 ° và 60 ° được coi là tiêu chuẩn.
Khi thiết kế các bộ phận có các đường cắt trên tường bên trong, hãy nhớ thêm đủ khoảng trống cho dụng cụ.Một nguyên tắc chung là thêm ít nhất bốn lần chiều sâu khoét giữa thành gia công và bất kỳ thành bên trong nào khác.
Đối với các dụng cụ tiêu chuẩn, tỷ lệ điển hình giữa đường kính cắt và đường kính trục là 2: 1, giới hạn chiều sâu cắt.Khi cần cắt kiểu không tiêu chuẩn, cửa hàng máy thường tự chế tạo các công cụ cắt theo yêu cầu.Điều này làm tăng thời gian và chi phí dẫn và nên tránh càng nhiều càng tốt.
Rãnh hình chữ T (trái), rãnh cắt đuôi mắt (giữa) và rãnh cắt một bên (phải) trên thành trong
Soạn thảo bản vẽ kỹ thuật
Lưu ý rằng một số tiêu chí thiết kế không thể được đưa vào tệp bước hoặc tệp IGES.Nếu mô hình của bạn chứa một hoặc nhiều nội dung sau, bản vẽ kỹ thuật 2D phải được cung cấp:
Lỗ ren hoặc trục
Kích thước dung sai
Yêu cầu hoàn thiện bề mặt cụ thể
Hướng dẫn vận hành máy công cụ CNC
Quy tắc ngón tay cái
1. Thiết kế các chi tiết có thể gia công bằng dụng cụ có đường kính lớn nhất.
2. Thêm các miếng phi lê lớn (ít nhất là ⅓ x chiều sâu khoang) vào tất cả các góc thẳng đứng bên trong.
3. Giới hạn độ sâu của khoang bằng 4 lần chiều rộng của nó.
4. Căn chỉnh các chức năng chính của thiết kế dọc theo một trong sáu hướng chính.Nếu không thể, có thể chọn gia công CNC 5 trục.
5. Khi thiết kế của bạn bao gồm ren, dung sai, thông số kỹ thuật hoàn thiện bề mặt hoặc các nhận xét khác của người vận hành máy, vui lòng gửi bản vẽ kỹ thuật kèm theo bản vẽ.
