Руководство по проектированию станков с ЧПУ: максимизируйте свои результаты

Механическая обработка с ЧПУ — это универсальный производственный процесс, позволяющий производить широкий спектр деталей с высокой точностью и повторяемостью.Это важный производственный процесс для производства высокоточных и сложных деталей для различных отраслей промышленности, включая аэрокосмическую, автомобильную, здравоохранение и электронику.

Но вот в чем особенность: достижение совершенства в обработке на станках с ЧПУ зависит не только от оборудования.Это форма искусства, требующая острого взгляда на дизайн и глубокого понимания процесса.В этом руководстве мы раскрываем секреты проектирования станков с ЧПУ.От общих рекомендаций до индивидуальных советов по различным операциям с ЧПУ — мы углубимся в то, как создавать ваши проекты для достижения максимальной производительности ЧПУ.Добро пожаловать на пересечение инноваций и точности, где каждое наше руководство — это шаг к совершенству производства.

Что такое обработка с ЧПУ?

При обработке на станках с ЧПУ разработка детали проходит от первоначальной концепции до физической формы посредством точного и технологически продвинутого процесса.Первоначально проектировщик ЧПУ создает проект, используя передовое программное обеспечение САПР.Этот дизайн впоследствии преобразуется в G-код, код директивы для станков с ЧПУ.Следуя этому коду, станок с ЧПУ использует специализированные режущие инструменты для методического создания детали из цельного блока.

Станки с ЧПУ, такие как вертикальные и горизонтальные фрезерные и токарные станки, могут работать по различным осям.Для создания относительно простых деталей традиционные трехосные станки могут манипулировать деталями по трем линейным осям (X, Y и Z).5-осевая обработка может работать по трем линейным осям и вокруг двух осей вращения для создания более сложных компонентов.

Субъектный производственный процесс позволяет производить высокоточные и сложные детали из различных материалов, таких как металлы, пластики и композиты.Кроме того, он быстрый, автоматизированный, точный и масштабируемый, что делает его применимым для прототипирования, единичного и крупномасштабного производства.

Рекомендации по проектированию ЧПУ: советы по снижению затрат

Понимание того, что такое обработка с ЧПУ, закладывает основу для понимания важности соблюдения методов проектирования.Эти методы необходимы для снижения затрат и поддержания высоких стандартов качества и точности.

Общие руководства по проектированию для обработки на станках с ЧПУ

Избегайте неплоских поверхностей и поверхностей с углом уклона.

Неплоские поверхности и поверхности с углом уклона сложны и сложны в обработке, что может привести к снижению скорости резания, увеличению времени обработки и повышенному износу инструмента.Кроме того, эти поверхности могут затруднить достижение стабильного качества деталей и жестких допусков.Чтобы избежать неплоских поверхностей и поверхностей с уклоном в вашем проекте:

• По возможности используйте простую и плоскую геометрию.
• Используйте скругления и радиусы, чтобы смягчить острые углы и уменьшить количество сложных поверхностей.
• Включите углы уклона в свою конструкцию, чтобы облегчить удаление материала и уменьшить износ инструмента во время обработки.

Увеличьте размер внутренних скруглений

Внутренние скругления — это закругленные углы или переходы внутри детали, которые могут снизить концентрацию напряжений и повысить прочность детали.Увеличение размера этих галтелей повысит качество и эффективность обработки за счет:

• Снижение сил резания и износа инструмента во время обработки.
• Улучшение удаления стружки и потока материала во время резки.
• Снижение вероятности поломки инструмента и его преждевременного износа.
• Улучшение качества поверхности и качества деталей.

Добавьте подрезы к острым углам

Подрезы — это углубления или выемки в углах детали, которые обеспечивают лучший доступ к инструменту и улучшенный съем материала во время обработки.Оптимизированная конструкция выточки для обработки на станках с ЧПУ позволит:

• Уменьшите силы резания и износ инструмента.
• Улучшите удаление стружки и поток материала во время резки.
• Уменьшите вероятность поломки инструмента и преждевременного износа инструмента.
• Улучшите качество поверхности и качество детали.

Однако создание подрезов может оказаться сложной и сложной задачей, поскольку их трудно достичь с помощью стандартных режущих инструментов.Кроме того, для обработки подрезов могут потребоваться специальные инструменты или многоосная обработка.Минимизация размера и сложности подрезов может помочь добиться лучших результатов.При проектировании подрезов следует учитывать следующее:

Используйте стандартные допуски

Стандартные допуски гарантируют, что готовые детали с ЧПУ соответствуют желаемым спецификациям и функциональным требованиям.Ненужные жесткие допуски могут увеличить стоимость и время обработки.

Указывая стандартные допуски на обработку с ЧПУ, производители могут снизить потребность во вторичных операциях и повысить общую эффективность процесса обработки.

Текст и надписи

При создании текста или надписей инструмент должен иметь возможность поддерживать постоянную ширину, высоту и расстояние на протяжении всего процесса обработки.Любое изменение этих факторов может привести к тому, что конечный продукт не будет соответствовать проектным спецификациям.

Вам необходимо учитывать шрифт и размер текста или надписи.Слишком мелкие тексты могут быть трудными для чтения или не соответствовать желаемым спецификациям, а слишком большие тексты могут вызвать отклонение инструмента или повлиять на точность и точность процесса обработки.Для решения этих проблем инженеры и дизайнеры рекомендуют некоторые передовые методы проектирования:

• Используйте стандартные шрифты, подходящие для процесса обработки.
• Избегайте слишком сложных или тонких надписей.
• Укажите больший размер шрифта
• Выбирайте шрифт с более одинаковой шириной, высотой и интервалом.
• Внимательно продумайте ориентацию текста относительно заготовки.
• Отрегулируйте инструмент соответствующим образом, чтобы поддерживать постоянную высоту, расстояние и скорость резания.

Размер детали

Станки с ЧПУ имеют различные возможности в зависимости от их размера и мощности.Некоторые машины могут быть слишком малы для обработки крупных деталей, тогда как другие могут быть не в состоянии обрабатывать слишком маленькие детали.В результате при проектировании деталей следует тщательно учитывать размер детали и соответственно выбирать подходящую машину.

Помимо размера станка, размер детали также может влиять на скорость процесса обработки.Для более крупных деталей требуется больше времени обработки и более высокие производственные затраты, поскольку инженерам приходится снимать больше материала во время обработки по сравнению с более мелкими деталями.

Выбирайте более мягкий материал

Мягкие материалы легче обрабатывать, что приводит к увеличению скорости резания, уменьшению износа инструмента, а также сокращению времени и затрат на обработку.Кроме того, они менее склонны к растрескиванию или деформации в процессе обработки, что повышает качество детали и сокращает время обработки после обработки.Тем не менее, выбирайте мягкий материал только в том случае, если это позволяют предполагаемое использование и конечное применение изделия.

Минимизируйте смену инструмента и настройку зажимов

Повышенная потребность в смене инструмента и настройке остановок во время цикла обработки приведет к трудоемкому и дорогостоящему процессу.Вы можете принять во внимание следующие советы, чтобы свести к минимуму необходимость замены и настройки инструмента:

• Детали со схожими характеристиками и геометрией могут быть обработаны на станке с ЧПУ с использованием одного режущего инструмента.
• Сократите количество необходимых настроек, проектируя детали с одинаковой ориентацией или используя модульные приспособления, в которых можно разместить несколько деталей.
• Используйте многофункциональные режущие инструменты, которые могут выполнять несколько операций за одну смену инструмента.

Для фрезерных деталей с ЧПУ

Держите доступнымРежущие инструменты с ЧПУв уме

Оптимизация деталей с ЧПУ для сокращения затрат и времени выполнения работ предполагает приведение конструкции в соответствие с возможностями стандартных фрезерных инструментов с ЧПУ.Выбирая конструкции, соответствующие размерам и возможностям этих стандартных инструментов, можно значительно свести к минимуму потребность в нестандартных или специальных инструментах.

Практический пример — проектирование внутренних галтелей.Целесообразно избегать спецификаций, которые требуют радиуса меньшего, чем тот, который могут обеспечить стандартные режущие инструменты с ЧПУ.Создание таких функций требует перехода на более мелкие, возможно, специальные инструменты, что может привести к увеличению времени и затрат, которые могут не оправдать выгоды.Таким образом, соблюдение ограничений стандартных возможностей инструмента является ключевым моментом для эффективного производства деталей с ЧПУ.

Избегайте острых внутренних углов

Фрезерованию с ЧПУ присущи ограничения, одним из которых является невозможность создания острых внутренних углов.Это ограничение возникает из-за круглой формы фрезерных инструментов с ЧПУ.Чтобы ориентироваться в этом, инженеры часто используют в своих проектах закругленные углы.Радиус этих углов должен быть не менее половины диаметра фрезы.Например, для фрезы диаметром 1/4 дюйма минимальный радиус скруглений должен быть не менее 1/8 дюйма.

Чтобы решить проблему требований к острым углам в деталях, используются особые подходы к проектированию.К ним относятся:

• Сверление отверстий для «ломания» углов.
• Позволяют острым краям поместиться внутри полости.
• Использование скруглений, когда наклонные или наклонные поверхности встречаются с вертикальными стенками или острыми краями.
• Использование фрез с квадратным или шаровым концом всегда приводит к образованию материала между стенкой и поверхностью, если только поверхность не является плоской и перпендикулярной инструменту.

Избегайте глубоких, узких прорезей и карманов.

Хорошей практикой проектирования является то, что конечная глубина резания не должна превышать определенные соотношения в зависимости от обрабатываемого материала.Например, для пластмасс соотношение не должно превышать диаметр концевой фрезы более чем в 15 раз, для алюминия — не более чем в 10 раз, а для стали — в 5 раз.Это связано с тем, что более длинные инструменты более подвержены прогибам и вибрации, что приводит к дефектам поверхности.

Кроме того, внутренний радиус скругления также зависит от диаметра режущего инструмента.Если паз шириной 0,55 дюйма для стальной детали должен быть обработан на станке с ЧПУ с использованием концевой фрезы диаметром 0,5 дюйма, то глубина не должна превышать 2,75 дюйма.Кроме того, может быть сложнее получить концевые фрезы с высоким соотношением длины к диаметру.Следовательно, целесообразно либо уменьшить глубину паза или элемента, либо увеличить диаметр режущего инструмента.

Спроектируйте максимально допустимые внутренние радиусы

Размер режущего инструмента, используемого на станках с ЧПУ, следует учитывать на этапе проектирования.Фреза большего размера удаляет больше материала за один проход, сокращая время и затраты на обработку.

Чтобы в полной мере воспользоваться возможностями более крупных фрез, проектируйте внутренние углы и скругления с максимально возможным радиусом, предпочтительно более 0,8 мм.

Дополнительный совет: сделайте скругления немного больше радиуса концевой фрезы, например, радиус 3,3 мм вместо 3,175 мм.Это создает более гладкую траекторию резания и обеспечивает более качественную обработку обработанной детали.

Выберите подходящую толщину

Важно отметить, что тонкие стенки деталей могут создавать значительные проблемы в процессе обработки, особенно с точки зрения сохранения жесткости и точности размеров.Чтобы избежать этих трудностей, вы можете спроектировать стены минимальной толщиной 0,25 мм для металлических компонентов и 0,50 мм для пластиковых деталей, поскольку они могут выдерживать суровые условия производственного процесса.

Для токарных деталей с ЧПУ

Избегайте острых внутренних углов

Острые внутренние и внешние углы детали могут стать проблемой при механической обработке.Чтобы решить эту проблему, рекомендуется:

• Имеют закругленные внутренние углы, обеспечивающие постепенный переход для плавного перемещения инструмента.
• Добавьте небольшой угол к крутым боковинам, чтобы устранить острые внутренние углы.
• Упростите процесс обработки за счет сокращения количества операций, требуемых с помощью одного инструмента.

Избегайте длинных и тонких точеных деталей.

Нестабильность является распространенной проблемой, когда речь идет о длинных, тонкоточенных деталях.Вращающаяся часть может легко ударяться об инструмент, создавая несовершенную поверхность.Чтобы бороться с этим, воспользуйтесь следующими советами по проектированию ЧПУ.

• Вставьте в конец центровое сверло и используйте центр, чтобы деталь вращалась прямо.
• Поддерживайте соотношение длины к диаметру на уровне 8:1 или ниже, чтобы свести к минимуму риск нестабильности во время обработки.

Избегайте тонких стен

Во время токарной обработки на станке с ЧПУ помните об объеме обрабатываемого материала.Чрезмерная механическая обработка может привести к чрезмерному напряжению детали, а тонкие стенки могут привести к снижению жесткости и затруднениям в обеспечении жестких допусков.

В качестве ориентира толщина стенок точеных деталей должна быть не менее 0,02 дюйма, чтобы обеспечить стабильность и точность в процессе производства.

Для сверления деталей

Оптимальная глубина отверстия

Идеальная глубина просверленного отверстия должна обеспечивать баланс между стабильностью инструмента и прочностью обрабатываемого материала.Слишком поверхностное сверление может привести к слабому соединению и снижению удерживающей способности винтов, а слишком глубокое сверление может привести к поломке или изгибу сверла, что приведет к ухудшению точности и качества поверхности.

Чтобы определить оптимальную глубину отверстия, необходимо учитывать размер сверла, твердость и толщину материала, прочность, необходимую для предполагаемого применения, а также общую стабильность настройки станка.Рекомендуется просверлить отверстие достаточной глубины для размещения винта или крепежа, оставив немного материала для опоры.Если требуется зенковка, то отверстие следует просверлить глубже, чтобы можно было разместить зенковку.

Различение сквозных и глухих отверстий

Понимание разницы между сквозными и глухими отверстиями важно, поскольку оба они требуют разных методов сверления и инструментов.

Сквозное отверстие — это отверстие, которое полностью проходит через заготовку от одного конца до другого.Как правило, его легче изготовить, поскольку сверло должно входить и выходить из детали с противоположных сторон.Сквозные отверстия применимы при креплении, монтаже и прокладке электрических и механических компонентов.

С другой стороны, глухие отверстия не проходят через всю заготовку и останавливаются на определенной глубине.Они применимы для создания полостей, выемок или карманов внутри заготовки, и их, как правило, сложнее изготавливать, чем сквозные отверстия.Для глухих отверстий требуются специальные сверла с ЧПУ и скорость резания, чтобы режущая кромка не пробила нижнюю часть детали.

Избегайте частичных отверстий

Частичное отверстие возникает, когда сверло не полностью проникает в материал, и может быть вызвано различными факторами, такими как поломка сверла, неправильный выбор сверла или неправильные параметры, такие как скорость, подача и глубина резания.Поэтому вам следует выбрать правильное сверло, поддерживать правильные параметры и использовать охлаждающую жидкость для отвода тепла.

Избегайте сверления полостей

При сверлении следует учитывать, что пересечение отверстий с имеющимися в детали полостями может нарушить ее структурную целостность.Этого можно избежать, расположив точки сверления вдали от существующих полостей.Однако, если просверленное отверстие должно пересекать полость, для поддержания устойчивости детали рекомендуется следить за тем, чтобы его центральная ось не пересекалась с ней.

Стандартный размер сверла конструкции

Оптимизируйте свою конструкцию под стандартные размеры сверл, чтобы сэкономить время и деньги, а также упростить производство деталей в механических цехах без необходимости использования дорогостоящего специального инструмента.

Рассмотрите возможность использования сверла