Основные рекомендации по проектированию станков с ЧПУ для достижения оптимальных результатов

Действительно, обработка на станках с ЧПУ универсальна, и не все конструкции возможны. Другими словами, существуют ограничения и ограничения, о которых необходимо знать, чтобы обеспечить бесперебойную обработку. Два основных ограничения конструкции ЧПУ:

Геометрия инструмента

Большинство режущих инструментов с ЧПУ имеют ограниченную длину резания. Все они также имеют цилиндрическую форму и геометрию. При удалении материалов с заготовки эти режущие инструменты передают заготовке свою цилиндрическую геометрию. Вот почему внутренние углы заготовки всегда имеют радиус независимо от размера режущего инструмента.

Доступ к инструментам

Доступ к инструменту становится серьезной проблемой при работе с заготовкой со значительным соотношением глубины к ширине. Эта проблема связана с тем, что станки с ЧПУ режут, прикладывая режущие инструменты к заготовке сверху.

Другими словами, было бы сложно обработать заготовку, недоступную с верхнего угла. Единственное исключение из этого правила возникает при обработке подрезов для деталей, обработанных на станках с ЧПУ.

Приведение характеристик вашей детали или компонента в соответствие с одним из шести основных направлений — один из способов смягчить проблему доступа к инструментам. Кроме того, использование пятиосевой обработки с ЧПУ с превосходной способностью удерживать заготовку означает, что доступ к инструменту больше не ограничен.

В мире обработки с ЧПУ не существует общепринятых стандартов. Это связано прежде всего с тем, что отрасль и используемые машины постоянно развиваются. Однако некоторые лучшие практики и рекомендации помогут гарантировать, что качество вашего дизайна останется на высшем уровне. Эти рекомендации включают:

1. Внутренние края

Радиус вертикального угла должен составлять не менее одной трети глубины полости при создании внутренних кромок. Вы можете использовать инструмент диаметра с рекомендованной глубиной полости, если используете указанные угловые радиусы.

Радиусы углов, немного превышающие рекомендованное значение, позволяют резать по круговой траектории, а не под углом 90 градусов, обеспечивая более качественную обработку поверхности. Если вместо этого вам нужен угол в 90 градусов, рекомендуется использовать Т-образную подрезку, а не уменьшать угловой радиус.

2. Дыры

Для создания отверстий машинисты могут использовать сверла или концевую фрезу. Лучше всего использовать стандартные размеры сверл, измеренные в метрических или британских единицах измерения, в качестве ориентира при определении диаметра отверстий в вашей конструкции.

Технически возможен любой размер больше одного миллиметра. Операторы станков используют развертки и расточное оборудование для обработки отверстий, которые должны находиться в пределах точных допусков. Лучше всего использовать стандартный диаметр для отверстий, требующих большой точности и диаметром менее 20 миллиметров.

При проектировании деталей для обработки на станках с ЧПУ максимальная предполагаемая глубина любого отверстия равна четырехкратному номинальному диаметру, но вполне возможно и 40-кратное увеличение этой глубины. Номинальный диаметр обычно в 10 раз превышает это соотношение.

3. Темы

Минимальный размер резьбы, используемый при разработке изделий, обрабатываемых на станках с ЧПУ, составляет M2, но обычно идеальным является M6 или выше. Механики могут снизить опасность поломки метчика, используя резьбонарезные станки с ЧПУ для нарезания резьбы размером до M6.

Минимальная длина резьбы должна быть в 1,5 раза больше номинального диаметра, а рекомендуемая длина — в три раза больше нормальной. Для любой резьбы меньше M6 необходимо добавить длину без резьбы в нижней части отверстия, которая в 1,5 раза превышает номинальный диаметр. Нарезание резьбы по всей длине лучше всего подходит для резьб размером более M6.

4. Полости и карманы

Поскольку концевые фрезы имеют ограничение на длину резания, рекомендуемая промышленностью глубина полости любой конструкции в четыре раза превышает ее ширину. Меньшее соотношение глубины к ширине приведет к большей эвакуации стружки, отклонению инструмента и вибрации.

Требует ли ваша конструкция ЧПУ большей глубины? Одним из способов решения этой проблемы является использование полости переменной глубины и специализированного инструмента.

5. Мелкий или рельефный текст

Возможно, вам придется пометить детали номерами деталей или названиями компаний. Добавление текста выглядит очень круто в индивидуальном дизайне ЧПУ, но обработка требует много времени. Обычно лучше использовать электрохимическое травление или лазерную маркировку.

Использование передового опыта, а также знание основ обработки на станках с ЧПУ помогает обеспечить высокое качество детали или продукта. Имея это в виду, вот несколько рекомендаций, которые следует учитывать при проектировании деталей для обработки на станках с ЧПУ в зависимости от типа обработки.

1. Проектирование для фрезерования с ЧПУ

Фрезерование с ЧПУ — это метод обработки, позволяющий быстро удалить материал из сырья с помощью круглых фрез для получения желаемой формы. Фрезерные станки бывают самых разных конструкций:от 3 до 12 осей.

1.1 Распространенные режущие инструменты

При создании идей дизайна деталей с ЧПУ примите во внимание множество инструментов, часто доступных для фрезерования с ЧПУ, например, концевые фрезы. Стоимость и время выполнения заказа значительно сократятся, если можно будет создавать необходимые элементы и геометрию с помощью обычных инструментов.

Кроме того, при создании конструкции учитывайте стандартные размеры инструмента, поскольку конструкция с радиусом меньше стандартного приведет к усложнению конструкции и увеличению стоимости.

1.2. Избегайте острых внутренних углов

Фрезерным инструментом невозможно добиться острых углов. Причина в том, что используемый здесь режущий инструмент имеет круглую форму. Чтобы использовать фрезерный станок с ЧПУ, ваши углы должны иметь радиусы, которые должны быть больше, чем фреза, использованная при их создании. В идеале диаметр режущего инструмента должен быть в два раза больше радиуса, который он изготавливает.

Филеты также необходимы, когда наклонная или наклонная поверхность встречается с вертикальной стеной или острым краем. Если поверхность не плоская и не перпендикулярна инструменту, фреза с квадратным или шаровым концом всегда будет оставлять материал между стенкой и нижней поверхностью.

1.3. Избегайте глубоких и узких слотов

Длинные инструменты часто вибрируют и прогибаются, что приводит к ухудшению качества поверхности. Следовательно, конечная глубина резания концевой фрезы не должна превышать ее диаметр более чем в 15 раз для резки пластика, в 10 раз — для резки алюминия и в 5 раз — для резки стали.

Например, паз, вырезанный на стальном изделии, обработанном концевой фрезой диаметром 0,5 дюйма и шириной 0,55 дюйма, не должен быть глубже 2,75 дюйма. Поскольку внутренний радиус скругления (предыдущий пункт) в этом случае также зависит от диаметра инструмента, любые внутренние радиусы должны быть больше 0,25 дюйма.

1.4 Проектирование с максимально возможным внутренним радиусом

Чем больше фреза, тем больше материала снимается за раз, что сокращает время и затраты на обработку. Всегда используйте максимальные внутренние радиусы, разрешенные при проектировании. По возможности избегайте радиусов менее 0,8 мм.

Кроме того, сделайте филе немного больше радиуса концевой фрезы; например, используйте радиус 0,130 дюйма (3,3 мм), а не 0,125 дюйма (3,175 мм). Фреза будет двигаться по более гладкому маршруту, придавая поверхности более точную полировку.

2. Конструкция для токарной обработки с ЧПУ

Токарная обработка с ЧПУ — это процесс обработки, при котором на токарном станке создаются детали с осевой симметрией и цилиндрической геометрией. Процесс включает в себя удержание заготовки на вращающемся патроне, пока режущий инструмент обрезает ее до желаемой формы. Этот процесс обработки обеспечивает лучшее качество поверхности и более жесткие допуски.

Вот несколько советов по изготовлению конструкции для резки с ЧПУ на токарном станке

2.2. Избегайте острых внутренних и внешних углов

При проектировании обработки на станке с ЧПУ важно избегать острых углов как внутри, так и снаружи. Добавление радиуса к внутреннему углу — один из способов гарантировать, что инструмент не выйдет на большую поверхность. Еще один способ избежать острых внутренних углов — слегка наклонить крутую боковину. Поскольку требуется меньше процессов, возможно, будет проще обрабатывать контуры одним токарным режущим инструментом.

2.3. Избегайте длинных и тонких деталей

Избегайте использования длинных, тонких деталей, поскольку они с большей вероятностью будут вращаться неравномерно и дребезжать об инструмент. При изготовлении длинной детали постарайтесь оставить место для центрального сверла на свободном конце и используйте центр, чтобы деталь вращалась прямо. Кроме того, в качестве общей рекомендации сохраняйте соотношение длины к диаметру не более 8:1.

2.4. Избегайте тонких стенок

Как и при фрезеровании, чрезмерное удаление материала может вызвать ненужную нагрузку на деталь. Слишком тонкие стенки также снизят жесткость. Однако тонкие стенки затрудняют соблюдение жестких допусков. Вот почему в вашем проекте для обработки на станке с ЧПУ лучше всего поддерживать толщину стенок точеных секций выше 0,02 дюйма.

2.5 Симметрия объектов

Каждый элемент, добавляемый к поворачиваемой детали, обычно должен быть симметричен относительно оси поворота. Для добавления геометрии или элементов, которые не являются осесимметричными, потребуется более сложная обработка и настройки. Ступени, конусы, фаски и кривые отлично подходят для токарной обработки.

Иногда необходимо добавить к точеной детали характеристики, которые не являются осесимметричными, что может потребовать другой операции. Вы можете сохранить немного симметрии, даже если это необходимо.

3. Конструкция для сверления

Этот термин используется для операций, связанных с созданием отверстий в заготовках. Инструменты, используемые в этой операции, имеют конический наконечник, который позволяет им глубоко погружаться в материал во время обработки.

При создании конструкции, предназначенной для сверления с ЧПУ, примите во внимание следующие предложения.

3.1 Подходящая глубина отверстия

Бурение никогда не должно проходить глубже, чем в 12 раз больше диаметра ближайшего сверла. Причина в том, что сверла такой длины или длиннее теряют жесткость, теряют способность поддерживать жесткие допуски и с большей вероятностью ломаются. Кроме того, рассмотрите возможность увеличения диаметра ямы, если вам нужно копать глубже.

Однако если необходимо сделать глубокое отверстие, другой альтернативой является сверление с обеих сторон детали. Имейте в виду, что, поскольку потребуется вторая установка обработки, производственный процесс займет больше времени и будет стоить дороже.

3.2. Избегайте частичных дыр

Поскольку велика вероятность того, что кончик будет блуждать, лучше избегать частичных отверстий. Но если требуется только часть отверстия, держите ось сверла на материале так, чтобы деталь удерживала большую часть отверстия.

3.3 Держите ось сверла перпендикулярно поверхности

Ось сверла должна быть перпендикулярна поверхности, чтобы предотвратить смещение кончика. Неглубокий карман с плоским дном, выточенный на поверхности круглого объекта, часто позволяет сверлу входить перпендикулярно поверхности детали. Для решения этой проблемы лучше всего использовать направляющее отверстие, хотя этот выбор может оказаться необходимым во время программирования станка с ЧПУ, а не при проектировании детали с ЧПУ.

3.4. Избегайте сверления полостей

При планировании расположения просверленных отверстий в ваших дизайнерских идеях с ЧПУ убедитесь, что в детали уже нет полостей. При необходимости просверленное отверстие может слегка пересекать полость при условии, что это делает центральная ось отверстия.