Pemesinan CNC Sangat fleksibel. Namun, setiap komponen memiliki batasan ukuran fisik. Batasan ini ditentukan oleh selubung kerja, pergerakan sumbu, dan seberapa kecil alat serta fitur yang dapat digunakan.
Jika Anda memahami batasan-batasan ini sejak dini, Anda dapat merancang komponen yang lebih baik. Komponen Anda akan sesuai dengan mesin yang tersedia dan memiliki toleransi yang tepat. Hal ini menghindari pengerjaan ulang atau desain ulang yang mahal. Artikel ini membahas batasan ukuran untuk para insinyur. Artikel ini membahas tentang amplop komponen, batasan proses, dan ukuran fitur minimum. Artikel ini juga menjelaskan apa yang perlu diubah dalam desain Anda ketika Anda mendekati batasan-batasan ini.
Bagaimana Ukuran Komponen Mempengaruhi Hasil Pemesinan CNC
Ukuran bagian mempengaruhi mesin yang mana Anda dapat menggunakannya. Hal ini juga memengaruhi seberapa kaku Anda dapat memegang benda kerja. Hal ini mempersulit kontrol toleransi. Bagian kecil yang pas di dalam amplop kerja mudah dipasang. Mudah dijangkau dan diselesaikan dalam satu atau dua pengaturan.
Ketika komponen menjadi lebih panjang, lebih lebar, atau lebih tinggi, pemasangannya menjadi lebih sulit. Anda seringkali membutuhkan pengaturan tambahan. Hal ini meningkatkan variasi dan biaya. Komponen yang sangat kecil menyebabkan masalah yang berbeda. Anda memasuki dunia pemesinan mikro. Di sini, peralatan yang sangat kecil dan kekakuan yang rendah membuat prosesnya jauh lebih sulit.
Batasan Ukuran Umum
Untuk memahami kemampuan dimensi sebenarnya dari mesin CNC, Anda terutama perlu melihat tiga kendala: lingkup kerja, pergerakan sumbu X/Y/Z, dan jangkauan alat yang efektif.
Amplop Kerja CNC dan Jejak Mesin
Selubung kerja CNC adalah ruang 3D yang dapat dipotong oleh mesin. Selubung ini menentukan ukuran komponen maksimum untuk satu pengaturan. Untuk mesin frais, ini adalah pergerakan sumbu X, Y, dan Z. Untuk mesin bubut, ini adalah ayunan dan jarak antar pusat.
Anda juga membutuhkan ruang untuk fikstur, klem, dan pergerakan alat yang aman. Suatu komponen mungkin secara teknis pas berdasarkan dimensinya. Namun, jika tidak ada ruang untuk fikstur atau jalur alat, komponen tersebut masih terlalu besar dalam praktiknya.
Perjalanan Sumbu (X/Y/Z) dan Dimensi Bagian Maksimum
Perjalanan sumbu adalah pergerakan linier setiap sumbu. Ini mendefinisikan area kerja secara numerik. Perjalanan sumbu X dan Y membatasi panjang dan lebar maksimum komponen. Perjalanan sumbu Z membatasi tinggi yang dapat digunakan setelah Anda memperhitungkan ketebalan fixture dan panjang pahat.
Jika suatu komponen lebih besar dari jarak sumbu mana pun, Anda memiliki dua pilihan. Anda dapat membagi desain menjadi potongan-potongan yang lebih kecil. Atau Anda dapat mengerjakannya dalam beberapa pengaturan. Setiap pengaturan tambahan akan meningkatkan risiko penyelarasan. Hal ini juga mempersulit penerapan toleransi yang ketat, seperti ±0,01 mm pada fitur yang panjang.
Jangkauan Alat, Jarak Bebas Pemegang Alat, dan Batas Arah Z
Jangkauan pahat adalah seberapa dalam pemotong dapat bergerak dengan tetap akurat dan bebas dari benturan. Bahkan dengan pergerakan sumbu Z yang besar, pahat seringkali membatasi kedalaman efektif. Panjang pahat, ukuran dudukan, dan geometri di sekitarnya merupakan faktor-faktor utama.
Aturan umum adalah menjaga kedalaman penggilingan dalam 3-4 kali diameter pemotong. Ini memastikan pemotongan yang stabil. Alat yang lebih panjang dimungkinkan, tetapi meningkatkan getaran, defleksi, dan biaya. Anda sebaiknya hanya menggunakannya jika benar-benar diperlukan.
Batasan Ukuran Spesifik Proses: Penggilingan, Pembubutan, dan Pengeboran
Untuk geometri bagian yang sama, penggilingan, pembubutan, dan pengeboran memiliki rentang ukuran dan batasan kerja yang sangat berbeda, jadi penting untuk memahami batasan kapasitas umum setiap proses CNC secara terpisah.
Penggilingan CNC
Di dalam penggilingan, Ukuran meja dan jarak sumbu membatasi selubung komponen. Ini adalah komponen terbesar yang dapat Anda fikstur dan mesinkan dalam satu pengaturan. Komponen dan fiksturnya harus muat di atas meja. Beratnya juga harus di bawah batas berat mesin.
Kantong yang dalam dan dinding yang tinggi seringkali dibatasi oleh jangkauan dan kekakuan alat, bukan oleh mesin itu sendiri. Komponen yang lebar dan dangkal lebih mudah ditangani. Rumah yang sempit dan dalam dapat menyebabkan masalah stabilitas dan kualitas permukaan jika desainnya tidak disesuaikan.
Pembubutan CNC
Untuk berputar, Jarak antar pusat menentukan panjang maksimum poros. Poros harus ditopang di antara spindel dan tailstock. Jika komponennya lebih panjang, Anda memerlukan mesin yang lebih besar atau perubahan desain. Saat merencanakan proyek Anda, gunakan Penawaran online pembubutan CNC Alat ini dapat membantu Anda mengevaluasi dengan cepat kelayakan dan biaya pemesinan komponen Anda dalam batasan ini.
Ayunan di atas alas dan ayunan di atas luncuran silang menentukan diameter maksimum. Ini adalah diameter terbesar yang dapat berputar dan masih dapat dijangkau oleh alat. Diameter yang dapat digunakan sedikit lebih kecil dari nilai-nilai ini untuk memastikan jarak bebas. Flensa atau cakram besar mungkin dibatasi oleh diameternya meskipun pendek.
Pengeboran CNC
Dalam pengeboran, selubung kerja membatasi ukuran keseluruhan komponen. Panjang dan kekakuan bor membatasi kedalaman lubang. Batas amannya adalah sekitar 10 kali diameter bor. Di luar itu, pelepasan serpihan dan defleksi menjadi masalah utama.
Diameter lubang minimum bergantung pada bor terkecil yang andal. Ketika lubang berada dalam rentang pengeboran mikro, faktor-faktor lain menjadi penting. Faktor-faktor ini meliputi runout spindel, pasokan cairan pendingin, dan konsistensi material. Waktu siklus juga meningkat pesat.
Ukuran Fitur Minimum, Ketebalan Dinding, dan Kedalaman Rongga
Pertanyaan desain umum seperti "apakah ini terlalu kecil, terlalu tipis, atau terlalu dalam" pada dasarnya bermuara pada apakah ukuran fitur minimum, ketebalan dinding minimum, dan kedalaman rongga tetap berada dalam rentang rekayasa yang stabil.
Pertimbangan Ukuran Fitur Minimum dan Pemesinan Mikro
Ukuran fitur minimum ditentukan oleh diameter pahat, presisi mesin, dan stabilitas fixture. Alur yang sangat sempit, rusuk tipis, atau anak tangga kecil membutuhkan pemotong kecil. Pemotong ini kurang kaku dan lebih sensitif terhadap runout pahat.
Ketika ukuran fitur mendekati diameter alat, Anda berada dalam tahap pemesinan mikro. Pada titik ini, perubahan kecil pada pengaturan atau material dapat menyebabkan kesalahan besar. Sebaiknya pertahankan ukuran fitur jauh di atas minimum teoretis, kecuali jika fungsi komponen mengharuskannya.
Dinding Tipis
Dinding tipis dibatasi oleh seberapa besar lengkungannya akibat gaya potong. Jika dinding melengkung selama pemesinan, dinding tersebut akan kembali ke bentuk semula setelahnya. Hal ini menyebabkan dimensi bergeser, bahkan dengan lintasan pahat yang sempurna.
Ketebalan dinding minimum yang praktis bergantung pada kekakuan material dan tinggi dinding. Dinding aluminium pendek bisa lebih tipis daripada dinding baja tinggi. Namun, dinding apa pun dengan rasio aspek tinggi berisiko. Menambahkan rusuk, memperpendek ketinggian yang tidak tertopang, atau menebalkan area penting dapat membantu Anda tetap berada dalam batas aman.
Rongga dan Lubang Dalam
Batas kedalaman ditentukan oleh rasio kedalaman fitur terhadap diameter alat. Rongga yang sangat dalam dan sempit bertindak seperti tabung panjang. Rongga ini memperbesar setiap getaran dan menyulitkan pelepasan serpihan.
Untuk penggilingan, membuat lubang yang lebih dalam dari beberapa diameter pahat memerlukan taktik khusus. Ini mungkin termasuk langkah-langkah menurun atau menggunakan pahat panjang hanya untuk finishing. Untuk pengeboran, lubang yang sangat dalam seringkali membutuhkan siklus peck atau pendingin tembus pahat. Anda mungkin juga perlu mengubah desain untuk mengakomodasi diameter yang lebih besar atau kedalaman yang lebih pendek.
Pedoman Desain Dalam Batasan Ukuran CNC
Ada kesenjangan yang jelas antara apa yang secara teoritis dapat dikerjakan di atas kertas dan apa yang kuat dan ekonomis di lantai pabrik, dan menutup kesenjangan ini memerlukan pengoptimalan desain yang ditargetkan dalam pemisahan komponen, orientasi perlengkapan, dan alokasi toleransi dan detail struktural.
Memisahkan Bagian yang Berukuran Besar dan Merencanakan Sambungan
Ketika suatu komponen terlalu besar untuk mesin yang tersedia, membaginya seringkali merupakan pilihan terbaik. Setiap komponen yang lebih kecil dapat dibuat agar sesuai dengan mesin dan perlengkapan standar.
Tempatkan sambungan di tempat yang toleransinya lebih mudah dipertahankan. Gunakan fitur perakitan seperti penempatan pin atau bahu. Ini mengurangi risiko kesalahan penumpukan dan menjaga Anda dalam batas ukuran yang realistis.
Orientasi Bagian dan Penggunaan Pemesinan Multi-Sumbu untuk Meningkatkan Akses
Orientasi komponen yang cerdas dapat mempermudah pekerjaan yang sulit. Memutar model pada fixture dapat mengurangi dimensi X atau Y-nya. Hal ini juga dapat mengekspos fitur sehingga Anda dapat menjangkaunya dengan alat yang lebih pendek.
Mesin 4-sumbu dan 5-sumbu menyempurnakan hal ini dengan menambahkan sumbu putar. Mesin ini memungkinkan Anda mengerjakan beberapa permukaan tanpa perlu menjepit ulang komponen. Hal ini memberi Anda akses yang lebih baik dalam satu area kerja dan mengurangi jumlah pengaturan.
Menyesuaikan Toleransi dan Fitur agar Sesuai dengan Kemampuan Mesin
Ukuran dan toleransi saling terkait. Lebih mudah menahan ±0,01 mm pada fitur kecil di dekat fixture. Jauh lebih sulit pada fitur panjang yang mencakup sebagian besar lintasan sumbu. Di sana, masalah seperti kelurusan, ekspansi termal, dan defleksi alat bertambah.
Selama desain, gunakan toleransi yang ketat hanya jika benar-benar dibutuhkan. Gunakan toleransi umum, seperti ISO 2768, untuk hal lainnya. Menyederhanakan detail kecil dan melonggarkan toleransi pada bentang besar dapat mengembalikan desain ke proses yang stabil dan hemat biaya.
Daftar Periksa Desain Cepat untuk Batasan Ukuran:
- Apakah komponen dan perlengkapan tersebut sesuai dengan lingkup kerja dan batas berat mesin?
- Apakah kantong dan lubang yang dalam berada dalam rasio kedalaman dan diameter yang masuk akal?
- Apakah ukuran fitur minimum kompatibel dengan diameter alat standar?
- Apakah dinding tipis cukup kaku untuk material dan tinggi dinding?
Bagaimana Keterbatasan Ukuran Mempengaruhi Biaya dan Pemilihan Mesin
Selubung komponen dan skala fitur tidak hanya menentukan apakah suatu komponen dapat dikerjakan pada CNC tertentu, tetapi juga mendorong pemilihan kelas mesin, kompleksitas perlengkapan, dan biaya satuan, sehingga semuanya harus dievaluasi sejak awal dalam perencanaan proses dan penawaran harga.
Mencocokkan Amplop Bagian dengan Kelas Mesin (Kecil/Sedang/Besar)
Ukuran komponen seringkali menentukan apakah Anda membutuhkan mesin CNC berukuran kecil, sedang, atau besar. Mesin yang lebih kecil biasanya memiliki tarif per jam yang lebih rendah. Biaya pemasangannya pun lebih murah. Menjaga komponen tetap kecil seringkali mengurangi biaya.
Jika suatu desain membutuhkan mesin gantry mill yang sangat besar atau mesin bubut tugas berat, biayanya akan lebih tinggi. Hal ini berlaku bahkan jika Anda tidak menggunakan semua kapasitas ekstra. Mesin-mesin ini memiliki kebutuhan pemasangan yang lebih kompleks.
Dampak Komponen Berukuran Besar pada Pengaturan, Pemasangan, dan Reposisi
Komponen yang mendekati batas pergerakan sumbu atau ukuran meja memerlukan perlengkapan khusus. Komponen ini juga memerlukan beberapa posisi penjepitan. Setiap pengaturan tambahan akan menambah waktu dan meningkatkan kemungkinan terjadinya ketidaksejajaran kecil.
Komponen berat juga memerlukan kontrol beban meja dan distribusi berat yang cermat. Mengabaikan kapasitas berat mesin dapat mengurangi akurasi dan memperpendek umur mesin, meskipun komponen tersebut secara teknis pas.
Pertukaran Antara Toleransi Ketat, Ukuran, dan Waktu Pemesinan
Bagian besar dengan toleransi yang ketat adalah yang paling sulit untuk dikerjakan. Mempertahankan toleransi kecil pada jarak yang jauh membutuhkan pemakanan yang lebih lambat dan pemotongan yang lebih ringan. Juru mesin mungkin membutuhkan lebih banyak jalur pahat dan lebih banyak inspeksi. Semua ini meningkatkan waktu siklus.
Jika memungkinkan, pelebaran toleransi pada fitur-fitur besar dapat mengurangi waktu pemesinan dan skrap secara signifikan. Diskusikan kompromi ini dengan mitra pemesinan Anda sejak dini. Ini adalah cara tercepat untuk menyeimbangkan fungsi dan biaya.
Kesimpulan
Batasan ukuran dalam pemesinan CNC lebih dari sekadar dimensi meja. Batasan ini merupakan gabungan dari selubung kerja, pergerakan sumbu, jangkauan pahat, dan ukuran fitur minimum. Batasan ini juga mencakup ketebalan dinding dan tingkat toleransi yang realistis. Merancang dengan mempertimbangkan batasan-batasan ini membuat pemesinan lebih terprediksi dan hemat biaya. Hal ini juga sangat mengurangi risiko desain ulang di tahap akhir.
Pada Yonglihao Machinery, Kami memeriksa setiap proyek dengan cermat. Kami memetakan geometri komponen terhadap kemampuan nyata peralatan kami. Kami memeriksa area kerja, jarak antar pusat, ayunan di atas alas, jangkauan alat, dan opsi pemasangan. Kami melakukan ini sebelum memutuskan proses dan desain pemasangan. Pendekatan ini membantu kami tetap dalam batasan ukuran praktis. Pendekatan ini juga memungkinkan kami memberikan kualitas dan waktu pengerjaan yang stabil. Jika Anda memeriksa apakah suatu komponen tepat untuk pemesinan CNC, tinjau batasan ukuran ini sejak awal dengan mitra pemesinan Anda. Ini adalah cara tercepat untuk menghindari pengerjaan ulang, mengendalikan biaya, dan memastikan desain dapat diproduksi.
Tanya Jawab Umum
Seberapa besar sebenarnya ukuran komponen mesin CNC?
Suatu komponen dapat berukuran sebesar ruang kerja dan kapasitas berat yang memungkinkan, dengan ruang ekstra untuk perlengkapan dan akses alat. Ketika suatu komponen menggunakan sebagian besar pergerakan sumbu atau batas berat, pengelolaan pengaturan dan biaya menjadi sangat sulit. Membagi desain besar menjadi komponen-komponen yang lebih kecil seringkali lebih andal daripada membuat satu komponen besar.
Seberapa kecilkah fitur-fitur sebelum memerlukan pemesinan mikro?
Fitur-fitur memasuki rentang pemesinan mikro ketika ukurannya mendekati ukuran alat terkecil yang dapat dioperasikan oleh pemasok Anda. Pada saat itu, kerusakan alat dan masalah material akan mengendalikan prosesnya. Jika memungkinkan, rancang slot sempit dan lubang kecil agar sesuai dengan diameter alat standar, alih-alih diameter minimum absolut.
Berapa ketebalan dinding minimum yang praktis untuk pemesinan CNC?
Ketebalan dinding minimum yang praktis adalah yang dapat menahan gaya potong tanpa terlalu bengkok. Hal ini bergantung pada material dan tinggi dinding. Dinding aluminium yang pendek bisa lebih tipis daripada dinding baja yang tinggi, tetapi dinding dengan rasio aspek yang tinggi berisiko. Jika Anda membutuhkan dinding yang sangat tipis, pertimbangkan untuk menambahkan rusuk atau mendesain ulang komponen agar dinding tertopang selama pemesinan.
Seberapa dalam lubang dan rongga dapat dibuat secara akurat?
Lubang dan rongga biasanya dibatasi oleh rasio kedalaman terhadap diameter, bukan hanya oleh pergerakan Z. Untuk pengeboran, kedalaman sekitar 10 kali diameter lubang merupakan batas atas yang umum. Untuk penggilingan, kedalaman kantong yang stabil biasanya jauh lebih rendah. Fitur yang lebih dalam mungkin memerlukan perkakas khusus, siklus peck, atau perubahan desain untuk meningkatkan diameter atau memperpendek kedalaman.
Bagaimana mesin 3-sumbu, 4-sumbu, dan 5-sumbu mengubah batasan ukuran?
Mesin multi-sumbu tidak mengubah selubung kerja fisik, tetapi memanfaatkannya dengan lebih baik dengan meningkatkan akses. Mesin 4-sumbu atau 5-sumbu dapat memutar dan memiringkan komponen. Hal ini memungkinkan alat yang lebih pendek dan kaku untuk menjangkau berbagai permukaan dan bentuk yang kompleks. Hal ini mengurangi pengaturan, meningkatkan akurasi, dan memperluas kemungkinan yang dapat dilakukan dalam ukuran mesin yang sama.
