La lavorazione CNC è un metodo di produzione di precisione che utilizza macchine utensili a controllo numerico. È oggi ampiamente utilizzata in settori quali l'aerospaziale, l'automotive, i dispositivi medici e altri ancora. Per ottenere una produzione efficiente e di alta qualità nella lavorazione CNC, le considerazioni in fase di progettazione sono fondamentali. Questa guida alla lavorazione CNC descriverà in dettaglio i principi di progettazione e i metodi di ottimizzazione per aiutare progettisti e ingegneri ad aumentare la produttività. ridurre i costi e garantire la qualità e le prestazioni dei componenti.
Sommario
Regole di base per la progettazione di una guida per la lavorazione CNC
Ecco alcune regole di base da seguire durante la progettazione di lavorazioni CNC.
- Progettare gli articoli in modo da facilitare la lavorazione con utensili di grande diametro per garantire velocità di lavorazione più elevate. Inoltre, si dovrebbe evitare il più possibile l'uso di utensili specializzati.
- Le cavità non dovrebbero essere più profonde di oltre quattro volte la loro larghezza, poiché ciò renderebbe la lavorazione leggermente più complessa.
- Quando si crea un progetto, occorre tenere in considerazione la direzione principale supportata dalla macchina e il numero convenzionale di assi per ridurre al minimo i problemi.
- Per evitare errori nella scrittura incisa, non utilizzare dimensioni inferiori a 20 punti durante la lavorazione.
Guida alle restrizioni di progettazione per la lavorazione CNC
È vero che la lavorazione CNC è adattabile, ma non tutti i progetti sono realizzabili. In altre parole, è necessario essere consapevoli di alcune limitazioni e restrizioni per ottenere una lavorazione fluida. I due principali limiti della progettazione CNC sono:
Geometria dell'utensile
La maggior parte degli utensili da taglio CNC ha una lunghezza di taglio fissa. Hanno tutti forme e geometrie cilindriche. Quando rimuovono materiale da un pezzo, questi utensili da taglio gli conferiscono la loro forma cilindrica. Per questo motivo, indipendentemente dalle dimensioni dell'utensile da taglio, gli angoli interni di un pezzo sono sempre arrotondati.
Accesso agli strumenti
L'accesso agli utensili diventa una sfida fondamentale quando si lavora su un pezzo con un elevato rapporto profondità/larghezza. Questo è un problema perché le macchine CNC tagliano applicando gli utensili da taglio al pezzo dall'alto.
In altre parole, sarebbe impossibile fresare un pezzo non accessibile dall'angolo superiore. L'unica eccezione a questa regola è la lavorazione in sottosquadro di componenti lavorati a CNC.
Un modo per risolvere questa difficoltà di accesso agli utensili è allineare le caratteristiche del pezzo o componente con una delle sei direzioni principali. Inoltre, l'adozione di un sistema di lavorazione CNC a 5 assi con una solida capacità di serraggio del pezzo elimina la necessità di restrizioni di accesso agli utensili.
Guida alla progettazione delle lavorazioni CNC
Nel campo della lavorazione CNC, non esiste un insieme di guide standardizzate ampiamente accettate. Ciò è dovuto principalmente al fatto che il settore e le macchine utilizzate sono in continua evoluzione. Tuttavia, diverse best practice e consigli vi aiuteranno a mantenere un'elevata qualità di progettazione. Queste raccomandazioni includono:
Bordi interni
Quando si costruiscono i bordi interni, assicurarsi che il raggio d'angolo verticale sia almeno un terzo della profondità della cavità. Se si rispettano i raggi d'angolo indicati, è possibile utilizzare un utensile diametrale con la profondità della cavità consigliata.
Un raggio d'angolo leggermente superiore a quello consigliato consente di tagliare seguendo un percorso circolare anziché con un angolo di 90 gradi. Questo consente di ottenere una finitura superficiale di qualità superiore. Se si desidera un angolo di 90 gradi, utilizzare un sottosquadro a T anziché ridurre il raggio d'angolo.
buchi
Gli operatori possono praticare fori con punte da trapano o frese a candela. Utilizzate punte di diametro convenzionale per determinare il diametro dei fori nel vostro progetto. Inoltre, è consigliabile misurare in unità di misura metriche o imperiali.
Tecnicamente, è possibile realizzare fori di qualsiasi dimensione superiore a 1 millimetro. Gli operatori di macchine utensili utilizzano alesatori e utensili per la foratura per riempire i fori con tolleranze precise. Per fori inferiori a 20 millimetri che richiedono un'elevata precisione, si consiglia un diametro standard.
Quando si progettano componenti per lavorazioni CNC, la profondità massima consigliata per qualsiasi foro è quattro volte il diametro nominale, ma è possibile raggiungere una profondità 40 volte superiore. Il diametro nominale è solitamente dieci volte il rapporto.
Discussioni
La dimensione minima della filettatura utilizzata per lo sviluppo di prodotti lavorati a CNC è M2, mentre spesso si preferisce M6 o superiore. Gli operatori possono ridurre il rischio di rottura del maschio utilizzando filettatrici CNC per realizzare filettature sottili come M6.
La lunghezza minima della filettatura dovrebbe essere 1,5 volte il diametro nominale e la lunghezza consigliata è tre volte quella usuale. Per qualsiasi filettatura inferiore a M6, è necessario includere una lunghezza non filettata sul fondo del foro pari a 1,5 volte il diametro nominale. Per filettature superiori a M6, è preferibile filettare il foro per tutta la sua lunghezza.
Cavità e tasche
A causa della limitata lunghezza di taglio delle frese a candela, la profondità della cavità standard del settore per qualsiasi tipo di lavorazione è quattro volte la sua larghezza. Un rapporto profondità/larghezza ridotto comporterebbe una maggiore evacuazione del truciolo, una maggiore flessione dell'utensile e vibrazioni.
Il tuo progetto CNC richiede profondità maggiori? Una soluzione a questo problema è utilizzare una profondità di cavità variabile e uno strumento personalizzato.
Testo piccolo o in rilievo
Potrebbe essere necessario etichettare i pezzi con numeri di parte o nomi aziendali. L'aggiunta di testo al design CNC personalizzato è un'ottima idea, ma richiede tempo per l'elaborazione. Di solito è preferibile l'incisione elettrochimica o la marcatura laser.
Guida alle migliori pratiche per la progettazione di parti mediante lavorazione CNC
Il rispetto delle migliori pratiche e la comprensione dei fondamenti della lavorazione CNC contribuiscono a garantire componenti e prodotti di alta qualità. In quest'ottica, di seguito sono riportate alcune pratiche consigliate da seguire nella progettazione di componenti per la lavorazione CNC, in base al tipo di lavorazione.
Progettazione per fresatura CNC
La fresatura CNC è un metodo di lavorazione che prevede la rimozione rapida del materiale dalla materia prima con frese circolari per ottenere la forma desiderata. Le fresatrici sono disponibili in una varietà di design, da tre a dodici assi.
Utensili da taglio comunemente usati
Considerate i numerosi utensili spesso disponibili per la fresatura CNC durante lo sviluppo delle vostre idee di progettazione di componenti CNC, come le frese a candela. Se le caratteristiche e le geometrie richieste possono essere prodotte utilizzando utensili standard, i costi e i tempi di consegna del componente si ridurranno notevolmente. Pertanto, considerate le dimensioni standard degli utensili durante la progettazione. Questo perché raggi inferiori allo standard possono causare problemi di progettazione e costi.
Evitare angoli interni acuti
Non è possibile ottenere angoli acuti con una fresa. La spiegazione è che l'utensile da taglio utilizzato in questo caso è rotondo. Per utilizzare una fresa CNC, gli angoli devono avere raggi, che devono essere maggiori di quelli della fresa utilizzata per realizzarli. Idealmente, il diametro dell'utensile da taglio sarà il doppio del raggio che produce.
I raccordi sono necessari anche quando una superficie inclinata o smussata incontra una parete verticale o uno spigolo vivo. A meno che la superficie non sia liscia e parallela all'utensile, una fresa a testa quadra o sferica lascerà sempre del materiale tra la parete e la superficie sottostante.
Evita gli slot profondi e stretti
Gli utensili lunghi vibrano e si flettono frequentemente, con conseguente scarsa qualità finitura superficialePertanto, le frese a candela non dovrebbero tagliare la plastica a una profondità finale superiore a 15 volte il suo diametro. Nel taglio dell'alluminio, non dovrebbe superare 10 volte il suo diametro e nel taglio dell'acciaio, non dovrebbe superare 5 volte il suo diametro.
Ad esempio, una scanalatura su un oggetto in acciaio lavorato con una fresa da 0,5" e una larghezza di 0,55" non dovrebbe essere più profonda di 2,75". Per tenere conto della relazione tra il raggio interno del filetto e il diametro dell'utensile, qualsiasi raggio interno dovrebbe essere superiore a 0,25".
Progettare con il raggio interno più ampio possibile
Una fresa più grande rimuove più materiale alla volta, riducendo tempi e costi di lavorazione. In fase di progettazione, utilizzare sempre i raggi interni più grandi consentiti. Se possibile, evitare raggi inferiori a 0,8 mm.
Rendi i tuoi filetti leggermente più grandi del raggio della fresa, ad esempio 3,3 mm (0,130") invece di 3,175 mm (0,125"). La fresa seguirà un percorso più liscio, conferendo alla superficie una finitura più fine.
Progettazione per tornitura CNC
La tornitura CNC è una tecnica di lavorazione che produce pezzi con simmetria assiale e forme cilindriche su un tornio. La tecnica prevede di mantenere il pezzo in lavorazione in un mandrino rotante mentre l'utensile da taglio lo taglia nella forma desiderata. Questa procedura di lavorazione produce una qualità superficiale più liscia e tolleranze più strette.
Ecco alcuni consigli per creare un progetto per il taglio CNC utilizzando un tornio.
Previene gli angoli interni ed esterni taglienti
Nella progettazione per lavorazioni CNC, è fondamentale eliminare gli spigoli vivi, sia interni che esterni. L'aggiunta di un raggio all'angolo interno aiuta a evitare che l'utensile si estenda su una superficie più ampia. Un altro metodo per evitare spigoli interni vivi è inclinare leggermente una parete laterale ripida. La contornatura a macchina con un singolo utensile da taglio al tornio può essere più efficiente perché richiede meno operazioni.
Evitare parti lunghe e sottili
Evitate di utilizzare pezzi lunghi e torniti sottili perché tendono a ruotare in modo irregolare e a sbattere contro l'utensile. Quando create un componente lungo, cercate di lasciare abbastanza spazio per una punta da trapano sull'estremità libera e usatene una per mantenere il pezzo in rotazione rettilinea. Inoltre, come regola generale, il rapporto lunghezza-diametro dovrebbe essere di 8:1 o inferiore.
Evitare pareti sottili
Un'eccessiva rimozione di materiale, come la fresatura, potrebbe sottoporre il componente a sollecitazioni eccessive. Anche pareti troppo sottili ne diminuiscono la rigidità. Inoltre, pareti strette rendono difficile mantenere tolleranze rigorose. Per questo motivo, è consigliabile mantenere lo spessore delle pareti dei pezzi torniti superiore a 0,02 pollici (circa 0,5 mm) quando si progetta per lavorazioni CNC.
Simmetria delle caratteristiche
Ogni caratteristica aggiunta a un pezzo tornito dovrebbe essere simmetrica rispetto all'asse di tornitura. L'aggiunta di geometrie o caratteristiche non assialmente simmetriche richiederà lavorazioni e configurazioni più complesse. Gradini, conicità, smussi e curve sono ideali per la tornitura. A volte è necessario conferire proprietà non assialmente simmetriche a un pezzo tornito, il che potrebbe richiedere una procedura distinta. Anche quando è richiesta la simmetria, è possibile mantenerne una certa quantità.
Modi per ottimizzare i percorsi di lavorazione e ridurre i costi
Attraverso l'uso giudizioso delle tolleranze standard, l'ottimizzazione dell'efficienza di rimozione del materiale e la selezione dei materiali appropriati, i percorsi di lavorazione possono essere ottimizzati in modo efficace per ridurre tempi e costi di lavorazione, garantendo al contempo la qualità e le prestazioni dei pezzi. Ciò ha importanti implicazioni per la progettazione e il processo di produzione delle lavorazioni CNC, portando a una produzione più efficiente ed economica.
Utilizzo di tolleranze standard
Utilizzo tolleranze standard può ridurre significativamente i costi e i tempi di lavorazione. Le tolleranze standard fanno sì che i pezzi non richiedano misurazioni e regolazioni eccessivamente precise durante il processo di produzione, semplificando così le fasi di lavorazione e aumentando la produttività. Una tolleranza standard di ±0,1 mm è generalmente raccomandata per soddisfare la maggior parte dei requisiti di progettazione senza aggiungere costi di lavorazione aggiuntivi. Se il progetto richiede una maggiore precisione, la tolleranza può essere ridotta a ±0,02 mm, ma occorre tenere presente che ciò comporterà un aumento dei tempi e dei costi di lavorazione.
Scegliere il materiale giusto
IL scelta del materiale ha un impatto diretto sulla progettazione e sui costi delle lavorazioni CNC. I materiali più morbidi (come alluminio e plastica) sono più facili da lavorare rispetto ai materiali più duri (come acciaio e titanio) perché possono essere lavorati a velocità di taglio più elevate e con minore usura dell'utensile, con conseguente aumento della velocità e della qualità di lavorazione. Un altro vantaggio dei materiali morbidi è che si deformano meno durante la lavorazione, facilitando il raggiungimento delle tolleranze e della finitura superficiale richieste. Tuttavia, è anche importante considerare l'applicazione finale e i requisiti prestazionali nella scelta del materiale.
Aumentare l'efficienza di rimozione del materiale
Ottimizzare la progettazione per utilizzare utensili di dimensioni standard e ridurre il numero di cambi utensile è fondamentale per aumentare l'efficienza di asportazione del materiale. Ove possibile, si dovrebbero utilizzare utensili di dimensioni standard, poiché non solo sono più facilmente reperibili, ma anche meno costosi. Inoltre, la progettazione dovrebbe considerare la riduzione del numero di fasi di lavorazione, ad esempio riducendo l'uso di utensili e ottimizzazione dei percorsi di lavorazione per migliorare l'efficienza. I progettisti possono provare a standardizzare i diametri dei fori e delle fessure in modo che più fasi di lavorazione possano essere eseguite con lo stesso utensile, riducendo così il numero di cambi utensile e i tempi di regolazione.
Implicazioni progettuali di geometrie complesse e selezione dei materiali
Per migliorare in modo efficace la progettazione e l'efficienza di lavorazione di geometrie complesse e per garantire la qualità e la funzionalità dei vostri componenti, Yonglihao Machinery ha compilato un elenco di buone pratiche e considerazioni per aiutarvi a prendere decisioni migliori.
Best Practice per la progettazione di geometrie complesse
Quando si progettano componenti con geometrie complesse, è importante tenere a mente alcuni aspetti chiave. Innanzitutto, evitare caratteristiche interne eccessivamente complesse, come fori profondi, asole strette e spigoli interni acuti, che possono rendere la lavorazione più difficile e costosa. In secondo luogo, cercare di utilizzare raccordi interni più ampi per ridurre al minimo la concentrazione di stress e aumentare la resistenza del componente. Inoltre, è necessario considerare l'accessibilità degli utensili durante la progettazione per garantire che tutte le caratteristiche possano essere lavorate con utensili standard.
Gli strumenti di progettazione consigliati includono software CAD e CAM come AutoCAD e SolidWorks, che aiutano i progettisti a creare con precisione geometrie complesse e a generare percorsi di lavorazione ottimizzati. L'utilizzo di questi strumenti riduce i tempi di tentativi ed errori e migliora la precisione e la producibilità del progetto.
Precauzioni
Durante la lavorazione di pezzi con geometrie complesse, si possono riscontrare alcuni problemi comuni.
Fori profondi e scanalature strette tendono a causare la rottura dell'utensile e ad errori di lavorazione. Per evitare questi problemi, è consigliabile ridurre la profondità di ogni avanzamento tagliando per fasi e utilizzare utensili appositamente progettati per migliorare la stabilità della lavorazione. In secondo luogo, complesse caratteristiche interne possono impedire all'utensile di accedere completamente alla superficie lavorata; in questo caso, si possono prendere in considerazione metodi di lavorazione speciali come macchine CNC multiasse o elettroerosione a tuffo (EDM).
Materiali diversi si comportano in modo diverso nella lavorazione CNC: materiali più duri come il titanio e l'acciaio inossidabile sono più difficili e costosi da lavorare, mentre materiali più morbidi come l'alluminio e la plastica sono più facili da lavorare. La progettazione dovrebbe basarsi sui requisiti applicativi del pezzo e considerare le caratteristiche di lavorazione del materiale. Ad esempio, l'alluminio è facile da lavorare e meno costoso, ma potrebbe non essere adatto ad applicazioni che richiedono un'elevata resistenza.
Selezione dei materiali e relative implicazioni progettuali
Conoscendo le caratteristiche di lavorazione e i requisiti di progettazione dei diversi materiali, i progettisti possono ottimizzare la progettazione dei componenti lavorati tramite CNC per garantire prestazioni ottimali e un ottimo rapporto costi-benefici.
Prestazioni di diversi materiali nella lavorazione CNC
Le caratteristiche di lavorazione dei diversi materiali variano notevolmente nella lavorazione CNC. I materiali comunemente lavorati includono alluminio, acciaio, titanio e plastica. Nella scelta del materiale, è necessario considerare attentamente l'ambiente in cui il componente verrà utilizzato e i requisiti funzionali. Selezionare il materiale di lavorazione più adatto.
Alluminio: l'alluminio è uno dei materiali più comunemente utilizzati per la lavorazione CNC. È caratterizzato da leggerezza, resistenza moderata e facilità di taglio. L'alluminio ha anche un'elevata conduttività termica, che aiuta a dissipare rapidamente il calore, riducendo così l'usura degli utensili.
Acciaio: l'acciaio ha un'elevata resistenza meccanica e all'usura, ma è più difficile da lavorare. La lavorazione dell'acciaio richiede utensili più resistenti e velocità di taglio inferiori, il che aumenta i tempi e i costi di lavorazione.
Titanio: il titanio ha un'elevata resistenza meccanica e alla corrosione, ma è molto difficile da lavorare. L'elevata durezza e la bassa conduttività termica del titanio causano una rapida usura degli utensili, quindi sono necessari utensili e refrigeranti speciali.
Plastica: materiali plastici come ABS e policarbonato sono facili ed economici da lavorare. Tuttavia, sono meno stabili termicamente e richiedono il controllo della temperatura durante la lavorazione per evitare distorsioni.
Impatto delle proprietà dei materiali sulla progettazione
Le proprietà dei materiali hanno un impatto diretto sulla progettazione di un componente. L'elevata conduttività termica e la facilità di lavorazione dell'alluminio consentono geometrie più complesse, mentre l'elevata durezza dell'acciaio e del titanio limita la complessità di progettazione. La flessibilità e la bassa resistenza delle materie plastiche richiedono l'aggiunta di strutture di supporto in fase di progettazione per garantire stabilità e durata del componente. Conoscendo queste proprietà dei materiali, i progettisti possono ottimizzare i loro progetti per massimizzare l'efficienza di lavorazione e le prestazioni del componente.
Conclusione
In questo articolo, ci concentriamo sui principi di progettazione di base, sui percorsi di lavorazione ottimizzati e sulla selezione razionale dei materiali nella guida alla progettazione delle lavorazioni CNC. Viene fornita una spiegazione dettagliata. Evitare la progettazione di fori profondi, cave strette e angoli interni acuti può contribuire a ridurre le difficoltà e i costi di lavorazione. L'utilizzo di ampi raggi interni e di utensili di dimensioni standard può migliorare l'efficienza di asportazione del materiale e ridurre i tempi di lavorazione. La scelta dei materiali giusti, come alluminio, acciaio, titanio e plastica, può soddisfare le esigenze di diverse applicazioni e migliorare la qualità dei pezzi.
Seguire questi principi di progettazione e metodi di ottimizzazione non solo migliora l'efficienza e la qualità delle lavorazioni CNC, ma riduce anche significativamente i costi di produzione. Progettando e ottimizzando correttamente i percorsi di lavorazione, è possibile garantire la durata e la funzionalità dei componenti.
Se hai bisogno di una guida per la lavorazione CNC o necessiti di ulteriore supporto tecnico, contatta Yonglihao Machinery, forniamo supporto professionale parte cnc e ti forniremo la soluzione migliore per garantire il completamento con successo del tuo progetto!
Domande frequenti
Che cosa è la lavorazione CNC??
CNC è l'acronimo di Computer Numerical Control, che si riferisce all'uso di computer per automatizzare macchine utensili. Ciò significa che il processo utilizza programmi informatici per controllare macchine utensili come torni, fresatrici e rettificatrici. Questa tecnologia migliora la precisione, l'efficienza e la coerenza della produzione di componenti e prodotti.
Quali sono i problemi più comuni nella progettazione delle lavorazioni CNC?
I problemi più comuni includono fori profondi e fessure strette che rendono la lavorazione difficile e costosa, angoli interni acuti difficili da lavorare e una scarsa selezione dei materiali che influisce sull'efficienza e sulla qualità della lavorazione.
Come scegliere il materiale giusto per la lavorazione CNC?
La selezione dei materiali dovrebbe basarsi su una combinazione di requisiti applicativi e prestazionali. L'alluminio è adatto a requisiti di leggerezza, l'acciaio a esigenze di elevata resistenza, il titanio per componenti ad alte prestazioni e la plastica per applicazioni a basso costo.
Qual è il modo migliore per ottimizzare i percorsi di lavorazione CNC?
L'ottimizzazione dei percorsi prevede l'utilizzo di dimensioni standard degli utensili per ridurre il numero di cambi utensile, la riduzione dell'uso di utensili per ottimizzare la progettazione e l'utilizzo di software CAD/CAM per generare percorsi di lavorazione ottimizzati per migliorare l'efficienza.