Как проектировать детали для обработки на станках с ЧПУ
Обработка с ЧПУ - один из самых эффективных и точных методов производства. Однако для достижения наилучших результатов необходимо знать, как проектировать детали для обработки на станках с ЧПУ.
В этом блоге вы найдете рекомендации и лучшие практики при проектировании деталей для обработки на станках с ЧПУ.
Что такое процесс обработки с ЧПУ?
Обработка с ЧПУ (компьютерное числовое управление) это субтрактивный производственный процесс, который можно использовать для создания точных деталей. Вы начинаете с цельного блока материала, а режущие инструменты удаляют его части, чтобы придать конечной детали нужную форму.
Этот метод обеспечивает высокую точность и работает с металлами, пластмассами и другими материалами. Однако, поскольку он опирается на режущие инструменты, необходимо учитывать некоторые конструктивные ограничения для обеспечения технологичности.
Каковы ограничения при проектировании ЧПУ?
Обработка с ЧПУ позволяет создавать сложные детали, но есть некоторые ограничения. Эти ограничения обусловлены работой режущих инструментов, и они рассмотрены ниже.
Геометрия инструмента
Большинство инструментов с ЧПУ, таких как концевые фрезы и сверла, имеют цилиндрическую форму и ограниченную длину реза. Когда инструмент удаляет материал, он оставляет после себя его форму. Это означает, что внутренние углы всегда будут иметь закругленный край, даже если вы используете очень маленький инструмент.
Доступ к инструментам
Инструменты с ЧПУ режут прямо вниз на материал. Если какую-то часть конструкции нельзя достать сверху, ее нельзя обрабатывать. Исключение составляют подрезы. Для них нужны специальные инструменты, о которых вы узнаете позже.
Чтобы облегчить обработку, старайтесь выравнивать отверстия, стенки и другие элементы по одному из шести основных направлений (сверху, снизу, спереди, сзади, слева, справа). Однако современные 5-осевые станки с ЧПУ могут обрабатывать и более сложные углы.
Если у вас глубокие и узкие детали, инструмент должен быть глубже, что может вызвать вибрацию и снизить точность. Чтобы избежать этого, разрабатывайте детали, которые можно обрабатывать с помощью самого большого инструмента с минимальной длиной. Это сделает процесс более плавным и точным.
Жесткость инструмента
При обработке с ЧПУ режущие инструменты изготавливаются из прочных материалов, таких как карбид или вольфрам, которые тверже, чем заготовка. Но даже прочные инструменты могут немного прогибаться при резке. Этот изгиб, называемый отклонением инструмента, может привести к небольшим ошибкам в работе.
Если вам не нужна высокая точность, это может не представлять большой проблемы. Но если вы работаете над очень точным заданием, даже небольшой изгиб может повлиять на конечный результат и ограничить ваши возможности в выборе дизайна.
Жесткость заготовки
Даже если ваши режущие инструменты очень прочные, они могут не справиться со сверхпрочными материалами.
Если заготовка слишком жесткая, она может дрожать или изгибаться во время обработки. Это может затруднить получение точных результатов, особенно если вам нужны очень жесткие допуски.
Форма заготовки
Форма заготовки влияет на то, насколько легко или трудно ее обрабатывать. Если форма слишком сложная, вам может потребоваться много раз останавливаться и подгонять ее, что замедлит процесс.
Даже если вы используете современный станок, вам все равно придется поворачивать заготовку несколько раз, что сделает производство менее эффективным. Простота конструкции поможет вам сэкономить время и получить лучшие результаты.
Зажимные приспособления
Важно крепко держать заготовку во время обработки. Если какая-либо часть вашей установки слаба, станок или инструмент могут вибрировать, снижая точность.
Если заготовка перемещается во время обработки, каждая готовая деталь может получиться немного другой. Надежная настройка поможет вам каждый раз получать одинаково качественные результаты.
Руководство по проектированию ЧПУ
При проектировании деталей для обработки на станках с ЧПУ не существует строгих правил, поскольку станки и инструменты постоянно совершенствуются. Эти рекомендации помогут вам создавать конструкции, которые легче поддаются обработке.
Допуски
Допуски определяют, насколько может изменяться размер детали. Большинство допусков при обработке на станках с ЧПУ составляют ±0,1 мм, но возможны и более жесткие допуски ±0,005 мм. Если допуск не указан, производители используют стандартные промышленные допуски.
Внутренние края
Радиус угла внутренних кромок должен составлять не менее трети глубины полости. Это помогает инструменту резать плавно. Небольшое увеличение радиуса (примерно на 1 мм) позволяет инструменту двигаться по круговой траектории, а не делать резкий поворот, что улучшает качество поверхности.
Если вам нужны острые 90-градусные углы, подумайте о том, чтобы использовать Т-образную подрезку вместо уменьшения радиуса. Радиус пола должен быть 0,5 мм, 1 мм или без радиуса, так как эти размеры лучше всего подходят для обработки.
Полости и карманы
Глубина полостей и карманов не должна превышать четырехкратную ширину. Режущие инструменты имеют ограниченную длину, обычно в три-четыре раза превышающую их диаметр. Если углубления слишком глубокие, инструмент может погнуться, а стружка будет плохо счищаться, вызывая вибрацию.
Если вам нужны более глубокие полости, разработайте их с разной глубиной, а не делайте один глубокий пропил. Специальные инструменты могут вырезать полости глубиной, в шесть раз превышающей диаметр инструмента. Например, концевая фреза диаметром 1 дюйм может прорезать полость глубиной до 35 см.
Отверстия
Отверстия по возможности должны соответствовать стандартным размерам сверл. Можно обработать любое отверстие размером более 1 мм, но использование стандартных размеров обеспечивает большую точность. Наилучшая глубина отверстия - в четыре раза больше его диаметра, хотя с помощью специальных сверл можно сделать и более глубокие отверстия.
Обычно отверстия сверлятся до десятикратного диаметра, но специализированные инструменты могут углубляться до сорокакратного диаметра. Сверла оставляют глухие отверстия с коническим дном (угол 135 градусов), а концевые фрезы создают отверстия с плоским дном. При обработке с ЧПУ не отдается предпочтение сквозным отверстиям перед глухими - оба варианта работают хорошо.
Тонкие стены
Тонкие стенки могут быть сложны для обработки, поскольку они вибрируют и снижают точность. Для металлических деталей толщина стенок должна быть не менее 0,8 мм, а для пластиковых - не менее 1,5 мм. Можно делать стенки тоньше 0,5 мм для металла и 1,0 мм для пластика, но это следует тщательно проверять. Пластиковые детали могут деформироваться или размягчаться под воздействием тепла и напряжения.
Нитки
Резьба должна быть размером не менее M1, но предпочтительнее M6 или больше. Резьба размером менее M6 нарезается с помощью брезента, а для более крупной резьбы используются резьбонарезные инструменты с ЧПУ, поскольку они предотвращают поломку инструмента. Наилучшая длина резьбы - не менее 1,5 диаметра, максимум - три диаметра.
Большая часть усилия на резьбе приходится на первые несколько зубцов, поэтому делать их длиннее не стоит. Если глухое отверстие имеет резьбу размером менее M6, оставьте внизу нерезьбовой участок, равный 1,5-кратному диаметру. Для M6 и более отверстие может быть полностью резьбовым.
Небольшие особенности
Диаметр мелких элементов, таких как крошечные отверстия, должен составлять не менее 2,5 мм (0,1 дюйма). Можно обрабатывать отверстия размером 0,05 мм (0,005 дюйма), но это требует специальных микросверл и специальных знаний. Физика резания меняется при таких размерах, поэтому, если нет крайней необходимости, следует избегать очень маленьких отверстий.
Высокие характеристики
Высокие элементы трудно обрабатывать точно, поскольку они склонны к вибрациям. Чтобы свести эту проблему к минимуму, высота не должна превышать ширину более чем в четыре раза. Также можно повысить стабильность, повернув деталь на 90° во время обработки, что изменит соотношение высоты и ширины и облегчит обработку.
Текст и надписи
Текст и надписи следует гравировать, а не тиснить, так как при гравировке удаляется меньше материала. Рекомендуемый размер шрифта - 20 или больше, глубина - не менее 5 мм. Шрифты Sans-serif, такие как Arial или Verdana, являются идеальным вариантом, поскольку они широко поддерживаются станками с ЧПУ.
Настройка станков с ЧПУ и позиционирование деталей
При обработке детали на станке с ЧПУ часто приходится многократно поворачивать ее, чтобы обработать все поверхности. Однако при каждом повороте детали станок необходимо заново калибровать и задавать новую систему координат.
При проектировании детали помните об этих двух вещах:
- Вращение и выравнивание детали требует дополнительной работы и времени. Если деталь нужно повернуть три или четыре раза, это обычно нормально, но большее количество может оказаться слишком сложным.
- Если две детали должны быть очень точными по отношению друг к другу, попробуйте обрабатывать их в одной установке. При каждой повторной калибровке есть небольшая вероятность ошибки.
Обработка подрезов с ЧПУ
Подрез - это форма детали, которую обычный режущий инструмент не может достать сверху. Для выполнения таких резов нужны специальные инструменты. Существует два основных типа: Т-образные пазы и "ласточкин хвост". Т-образный паз имеет горизонтальный разрез внутри детали, в то время как "ласточкин хвост" имеет угловые разрезы, обычно под углом 45 или 60 градусов. Подрезы могут быть как с одной, так и с обеих сторон детали.
Инструмент с Т-образным пазом имеет горизонтальное лезвие, закрепленное на вертикальном валу. Ширина прорези может составлять от 3 мм до 40 мм. Лучше всего использовать общепринятые размеры, например, целые миллиметры или стандартные дюймовые доли, так вам будет легче найти нужный инструмент.
Инструмент "ласточкин хвост" измеряется углом. Самые распространенные углы - 45 и 60 градусов, но можно найти и другие углы от 5 до 120 градусов с шагом в 10 градусов. Эти менее распространенные углы найти сложнее.
Проектирование подрезов для обработки на станках с ЧПУ
Если вы проектируете деталь с подрезом внутри, обязательно оставьте достаточно места для установки инструмента. Хорошее правило - оставлять между стенками зазор, по крайней мере в четыре раза превышающий глубину подреза.
Стандартные инструменты могут резать только на определенную глубину, поскольку их диаметр резания обычно вдвое больше диаметра вала. Если вам нужна специальная подрезка, которую не может сделать стандартный инструмент, то в механической мастерской может потребоваться создание индивидуального инструмента. Это занимает больше времени и стоит дороже, поэтому старайтесь избегать этого, если можете.
Выбор материала для обработки на станках с ЧПУ
Выбор правильного материала для обработки на станках с ЧПУ влияет на стоимость, простоту обработки и конечное качество. Такие металлы, как алюминий, сталь, нержавеющая сталь, латунь, медь и титан, прочны и долговечны, поэтому они идеально подходят для деталей, подвергающихся высоким нагрузкам. Они также устойчивы к нагреву и коррозии, что полезно для многих отраслей промышленности.
Пластмассы легки, доступны по цене и легко поддаются формовке в сложных конструкциях. Некоторые из них, такие как ацеталь (POM), нейлон, поликарбонат (PC), акрил (PMMA) и PEEK, устойчивы к химическим веществам, поэтому они подходят для работы в суровых условиях. Пластмассы хорошо подходят, когда вам нужна гибкость и низкая стоимость без ущерба для долговечности.
Отделка поверхности при обработке на станках с ЧПУ
Обработка поверхности детали с ЧПУ влияет на ее внешний вид, прочность и производительность. Обработанная поверхность имеет небольшие следы от инструмента, но вы можете потребовать более гладкую поверхность. Дробеструйная обработка позволяет получить гладкую, матовую поверхность за счет попадания на деталь мелких шариков. Анодирование добавляет защитный слой, чтобы противостоять царапинам, нагреву и коррозии - тип II обеспечивает базовую защиту, а тип III более долговечен.
Порошковая окраска создает прочный цветной слой путем запекания сухого порошка на детали. Если вам нужно что-то уникальное, заказная отделка может добавить особую текстуру, цвет или покрытие. Правильная отделка сделает вашу деталь прочнее, долговечнее и красивее.
Каковы лучшие методы обработки на станках с ЧПУ?
- Используйте инструмент с наибольшим возможным диаметром для более быстрой и точной обработки деталей.
- Добавьте большие закругленные углы (не менее ⅓ глубины полости) на все внутренние вертикальные края.
- Во избежание проблем с обработкой глубина полости должна быть не более чем в 4 раза больше ее ширины.
- Совместите основные черты вашего дизайна с одним из шести основных направлений. Если это невозможно, рассмотрите возможность 5-осевой обработки с ЧПУ.
- Если ваша конструкция включает резьбу, допуски или требования к чистоте поверхности, представьте технический чертеж с четкими примечаниями для оператора станка.
Как проектировать детали для обработки на станках с ЧПУ Реферат
Обработка на станках с ЧПУ - отличный способ изготовления точных деталей, но хорошая конструкция делает этот процесс более плавным и экономически эффективным. Следуя этим простым рекомендациям, вы сможете создавать детали, которые легче поддаются обработке, прочнее и точнее.
Чтобы обеспечить себя высококачественными деталями, обращайтесь DEK. Мы являемся компанией, занимающейся механической обработкой с ЧПУ и имеющей многолетний опыт изготовления деталей для различных отраслей промышленности.
В нашем цехе имеется целый ряд станков с ЧПУ, от 3-осевых до 5-осевойи квалифицированная команда дизайнеров, инженеров и машинистов. Мы также можем помочь вам с лучшими идеями дизайна станков с ЧПУ. Каким бы сложным ни был ваш проект, мы справимся с ним.
