CNC-bewerking is zeer flexibel. Elk onderdeel heeft echter fysieke beperkingen qua afmetingen. Deze worden bepaald door het werkbereik, de asbeweging en hoe klein gereedschappen en functies kunnen zijn.
Als u deze grenzen vroegtijdig begrijpt, kunt u betere onderdelen ontwerpen. Uw onderdelen passen in de beschikbare machines en voldoen aan de juiste toleranties. Dit voorkomt kostbare aanpassingen of herontwerpen. Dit artikel behandelt de grenswaarden voor afmetingen voor engineers. Het behandelt de onderdeelomhulling, procesgrenzen en minimale kenmerkgroottes. Het legt ook uit wat u in uw ontwerp moet veranderen wanneer u deze grenzen nadert.
Hoe de grootte van een onderdeel de resultaten van CNC-bewerkingen beïnvloedt
De grootte van het onderdeel heeft invloed op welke machines die je kunt gebruiken. Het heeft ook invloed op hoe stevig je het werkstuk kunt vasthouden. Dit maakt het moeilijker om toleranties te controleren. Een klein onderdeel dat goed binnen het werkbereik past, is gemakkelijk te bevestigen. Het is eenvoudig te bereiken en af te werken in één of twee opstellingen.
Naarmate een onderdeel langer, breder of hoger wordt, wordt het lastiger om het op te spannen. Je hebt vaak extra opstellingen nodig. Dit verhoogt de variatie en de kosten. Zeer kleine onderdelen veroorzaken een ander probleem. Je betreedt de wereld van microbewerking. Hier maken kleine gereedschappen en een lage stijfheid het proces veel moeilijker.
Algemene groottebeperkingen
Om de werkelijke dimensionale mogelijkheden van een CNC-machine te begrijpen, moet u vooral naar drie beperkingen kijken: het werkbereik, de X/Y/Z-asverplaatsing en het effectieve gereedschapsbereik.
CNC-werkbereik en machinevoetafdruk
Het CNC-werkbereik is de 3D-ruimte die een machine kan bewerken. Het bepaalt de maximale werkstukgrootte voor één opspanning. Voor een freesmachine is dit de X-, Y- en Z-beweging. Voor een draaibank zijn dit de slag en de afstand tussen de centers.
Je hebt ook ruimte nodig voor opspanningen, klemmen en veilige gereedschapsbewegingen. Een onderdeel past technisch gezien misschien wel op basis van de afmetingen. Maar als er geen ruimte is voor opspanningen of gereedschapspaden, is het in de praktijk nog steeds te groot.
Asverplaatsing (X/Y/Z) en maximale onderdeelafmetingen
De asbeweging is de lineaire beweging van elke as. Deze definieert numeriek het werkbereik. De X- en Y-beweging beperken de maximale lengte en breedte van het onderdeel. De Z-beweging beperkt de bruikbare hoogte, rekening houdend met de dikte van de mal en de gereedschapslengte.
Als een onderdeel groter is dan de asafstand, hebt u twee opties. U kunt het ontwerp in kleinere delen opsplitsen. Of u kunt het in meerdere opstellingen bewerken. Elke extra opstelling brengt een uitlijningsrisico met zich mee. Het maakt het ook moeilijker om nauwe toleranties aan te houden, zoals ±0,01 mm op lange onderdelen.
Gereedschapsbereik, gereedschapshouderspeling en Z-richtinglimieten
Het gereedschapsbereik is hoe diep een frees kan gaan zonder dat er botsingen optreden. Zelfs met een grote Z-asafstand beperkt het gereedschap vaak de effectieve diepte. De gereedschapslengte, de grootte van de houder en de geometrie van de nabije frees zijn de belangrijkste factoren.
Een algemene regel is om de freesdiepte binnen 3-4 keer de diameter van de frees te houden. Dit zorgt voor een stabiele snede. Langere gereedschappen zijn mogelijk, maar verhogen de trillingen, de afbuiging en de kosten. Gebruik ze alleen als het absoluut noodzakelijk is.
Processpecifieke maatlimieten: frezen, draaien en boren
Voor dezelfde onderdeelgeometrie hebben frezen, draaien en boren zeer verschillende werkbereiken en limieten qua afmetingen. Daarom is het belangrijk om de typische capaciteitsgrenzen van elk CNC-proces afzonderlijk te begrijpen.
CNC-frezen
In frezen, De tafelafmetingen en de asbeweging beperken de werkruimte. Dit is het grootste onderdeel dat u in één opspanning kunt opspannen en bewerken. Het onderdeel en de opspanning moeten op de tafel passen. Ze moeten ook onder het maximale gewicht van de machine blijven.
Diepe gaten en hoge wanden worden vaak beperkt door het bereik en de stijfheid van het gereedschap, niet door de machine zelf. Brede, ondiepe onderdelen zijn gemakkelijker te hanteren. Smalle, diepe behuizingen kunnen stabiliteitsproblemen en problemen met de oppervlaktekwaliteit veroorzaken als het ontwerp niet wordt aangepast.
CNC-draaien
Voor draaien, De afstand tussen de centers bepaalt de maximale lengte van een as. Deze moet worden ondersteund tussen de spindel en de losse kop. Als het onderdeel langer is, hebt u een grotere machine of een ontwerpwijziging nodig. Gebruik bij het plannen van uw project een CNC draaien online offerte Met deze tool kunt u snel de haalbaarheid en kosten van het bewerken van uw onderdeel binnen deze beperkingen evalueren.
De maximale diameter wordt bepaald door de zwaai over het bed en de zwaai over de dwarsslede. Dit is de grootste diameter die nog kan roteren en door het gereedschap kan worden bereikt. De bruikbare diameter is iets kleiner dan deze waarden om speling te garanderen. Grote flenzen of schijven kunnen beperkt zijn door hun diameter, zelfs als ze kort zijn.
CNC-boren
Bij het boren beperkt het werkbereik de totale grootte van het onderdeel. De boorlengte en -stijfheid beperken de gatdiepte. Een veilige grens is ongeveer 10 keer de boordiameter. Daarboven vormen spaanafvoer en afbuiging grote problemen.
De minimale gatdiameter is afhankelijk van de kleinste betrouwbare boor. Bij gaten in het microboorbereik worden andere factoren cruciaal. Denk hierbij aan spindelafwijking, koelmiddeltoevoer en materiaalconsistentie. Ook de cyclustijden nemen aanzienlijk toe.
Minimale kenmerkgrootte, wanddikte en holtediepte
Veelvoorkomende ontwerpvragen zoals "is dit te klein, te dun of te diep" komen in essentie neer op de vraag of de minimale kenmerkgrootte, minimale wanddikte en holtediepte binnen een stabiel technisch bereik blijven.
Minimale feature-grootte en micro-bewerkingsoverwegingen
De minimale elementgrootte wordt bepaald door de gereedschapsdiameter, de machineprecisie en de stabiliteit van de mal. Zeer smalle sleuven, dunne ribben of kleine treden vereisen kleine freesjes. Deze freesjes zijn minder stijf en gevoeliger voor gereedschapsafwijking.
Wanneer de grootte van een element de diameter van het gereedschap benadert, bevindt u zich in microbewerkingsgebied. Op dit punt kunnen kleine veranderingen in de opstelling of het materiaal grote fouten veroorzaken. Het is beter om de grootte van elementen ruim boven het theoretische minimum te houden, tenzij de functie van het onderdeel dit vereist.
Dunne wanden
Dunne wanden worden beperkt door de mate waarin ze doorbuigen onder snijkrachten. Als een wand tijdens het bewerken buigt, veert hij daarna terug. Dit zorgt voor verschuivingen in de afmetingen, zelfs bij een perfect gereedschapspad.
De praktische minimale wanddikte hangt af van de stijfheid van het materiaal en de wandhoogte. Korte aluminium wanden kunnen dunner zijn dan hoge stalen wanden. Maar elke wand met een hoge aspectverhouding is riskant. Het toevoegen van ribben, het verkorten van de niet-ondersteunde hoogte of het verdikken van belangrijke delen kan u helpen om binnen veilige grenzen te blijven.
Diepe holtes en gaten
Dieptelimieten worden bepaald door de verhouding tussen de diepte van het element en de diameter van het gereedschap. Een zeer diepe, smalle holte werkt als een lange buis. Deze versterkt elke trilling en maakt spaanafvoer moeilijk.
Bij frezen zijn speciale tactieken vereist om dieper te gaan dan een paar gereedschapsdiameters. Dit kan betekenen dat er stapsgewijs moet worden gewerkt of dat lange gereedschappen alleen voor de afwerking worden gebruikt. Voor het boren van zeer diepe gaten zijn vaak breekcycli of doorlopende koeling van het gereedschap nodig. Mogelijk moet u ook het ontwerp aanpassen om grotere diameters of kortere dieptes mogelijk te maken.
Ontwerprichtlijnen binnen CNC-maatbeperkingen
Er is een duidelijke kloof tussen wat theoretisch op papier kan worden bewerkt en wat robuust en economisch is in de werkplaats. Om deze kloof te dichten, zijn gerichte ontwerpoptimalisaties nodig op het gebied van het splitsen van onderdelen, de oriëntatie van de bevestigingen en de toewijzing van toleranties en structurele details.
Overmaatse onderdelen splitsen en verbindingen plannen
Wanneer een onderdeel te groot is voor de beschikbare machines, is het vaak het beste om het te splitsen. Elk kleiner onderdeel kan op maat worden gemaakt voor een standaardmachine en -mal.
Plaats verbindingen waar toleranties gemakkelijker te handhaven zijn. Gebruik montagehulpmiddelen zoals paspennen of schouders. Dit vermindert het risico op stapelfouten en zorgt ervoor dat u binnen realistische maatlimieten blijft.
Onderdelen oriënteren en meerassige bewerking gebruiken om de toegang te verbeteren
Slimme onderdeeloriëntatie kan een lastige klus een stuk eenvoudiger maken. Door het model in de mal te roteren, kunt u de X- of Y-afmetingen verkleinen. Het kan ook kenmerken blootleggen, zodat u ze met korter gereedschap kunt bereiken.
4-assige en 5-assige machines verbeteren dit door rotatieassen toe te voegen. Hiermee kunt u meerdere vlakken bewerken zonder het onderdeel opnieuw te klemmen. Dit geeft u betere toegang binnen hetzelfde werkbereik en vermindert het aantal instellingen.
Toleranties en kenmerken aanpassen aan de machinecapaciteit
Grootte en tolerantie zijn met elkaar verbonden. Het is gemakkelijker om ±0,01 mm vast te houden op een klein element in de buurt van een opspanning. Het is veel moeilijker op een lang element dat het grootste deel van de asafstand beslaat. Daar spelen problemen zoals rechtheid, thermische uitzetting en gereedschapsafbuiging een rol.
Gebruik tijdens het ontwerp alleen nauwe toleranties waar ze echt nodig zijn. Gebruik algemene toleranties, zoals ISO 2768, voor al het overige. Door kleine details te vereenvoudigen en toleranties bij grote overspanningen te versoepelen, kan een ontwerp weer een stabiel en kosteneffectief proces worden.
Snelle ontwerpchecklist voor beperkingen qua afmetingen:
- Passen het onderdeel en de bevestiging binnen het werkbereik en de gewichtslimiet van de machine?
- Vallen diepe zakken en gaten binnen een redelijke diepte-diameterverhouding?
- Zijn minimale kenmerkgroottes compatibel met standaard gereedschapsdiameters?
- Zijn dunne wanden stijf genoeg voor het materiaal en de wandhoogte?
Hoe groottebeperkingen de kosten en machineselectie beïnvloeden
Het onderdeelomhulsel en de kenmerkenschaal bepalen niet alleen of een onderdeel op een bepaalde CNC kan worden bewerkt, maar sturen ook de selectie van de machineklasse, de complexiteit van de bevestigingen en de kosten per stuk. Daarom moeten ze al vroeg in de procesplanning en offerte worden geëvalueerd.
Het afstemmen van de onderdelenomhulling op de machineklasse (klein/middelgroot/groot)
De grootte van het onderdeel bepaalt vaak of u een kleine, middelgrote of grote CNC-machine nodig hebt. Kleinere machines hebben meestal een lager uurtarief. Ze zijn ook goedkoper in te stellen. Door het onderdeel klein te houden, bespaart u vaak kosten.
Als een ontwerp zeer grote portaalfreesmachines of zware draaibanken vereist, kunt u hogere kosten verwachten. Dit geldt zelfs als u niet de volledige extra capaciteit benut. Deze machines vereisen complexere opspanningen.
Impact van overmaatse onderdelen op opstellingen, bevestigingen en herpositionering
Onderdelen die de grenzen van de asbeweging of tafelgrootte naderen, vereisen speciale opspansystemen. Ze vereisen ook meerdere klemposities. Elke extra instelling kost tijd en vergroot de kans op kleine uitlijnfouten.
Zware onderdelen vereisen ook een zorgvuldige controle van de tafelbelasting en gewichtsverdeling. Het negeren van het maximale gewicht van de machine kan de nauwkeurigheid negatief beïnvloeden en de levensduur van de machine verkorten, zelfs als het onderdeel technisch gezien past.
Afweging tussen nauwe toleranties, afmetingen en bewerkingstijd
Grote delen met nauwe toleranties zijn het moeilijkst te bewerken. Het handhaven van kleine toleranties over lange afstanden vereist langzamere voedingen en lichtere sneden. Machinisten hebben mogelijk meer gereedschapspaden en meer inspectie nodig. Dit alles verhoogt de cyclustijd.
Indien mogelijk kan het vergroten van de toleranties op grote onderdelen de bewerkingstijd en het afval aanzienlijk verminderen. Bespreek deze afwegingen al vroeg met uw bewerkingspartner. Dit is de snelste manier om functionaliteit en kosten in evenwicht te brengen.
Conclusie
Maatlimieten bij CNC-bewerking zijn meer dan alleen tafelafmetingen. Ze zijn een combinatie van werkbereik, asverplaatsing, gereedschapsbereik en minimale elementgrootte. Ze omvatten ook wanddikte en realistische tolerantieniveaus. Ontwerpen met deze limieten in gedachten maakt bewerken voorspelbaarder en kosteneffectiever. Het vermindert ook aanzienlijk het risico op herontwerpen in een laat stadium.
Bij Yonglihao Machinery, We controleren elk project zorgvuldig. We brengen de geometrie van het onderdeel in kaart aan de hand van de werkelijke mogelijkheden van onze apparatuur. We controleren het werkbereik, de hartafstand, de draaicirkel over het bed, het gereedschapsbereik en de opspanmogelijkheden. We doen dit voordat we een proces- en opspanontwerp bepalen. Deze aanpak helpt ons om binnen praktische maatgrenzen te blijven. Het stelt ons ook in staat om stabiele kwaliteit en levertijden te leveren. Als u controleert of een onderdeel geschikt is voor CNC-bewerking, bespreek deze maatgrenzen dan vroegtijdig met uw partner voor bewerking. Dit is de snelste manier om nabewerking te voorkomen, kosten te beheersen en ervoor te zorgen dat het ontwerp produceerbaar is.
Veelgestelde vragen
Hoe groot kan een CNC-gefreesd onderdeel realistisch gezien zijn?
Een onderdeel kan zo groot zijn als het werkbereik en de gewichtscapaciteit toelaten, met extra ruimte voor opspansystemen en toegang tot gereedschap. Wanneer een onderdeel het grootste deel van de asbeweging of gewichtslimiet gebruikt, wordt het lastig om de instellingen en kosten te beheren. Het opsplitsen van grote ontwerpen in kleinere onderdelen is vaak betrouwbaarder dan het maken van één groot stuk.
Hoe klein mogen kenmerken zijn voordat ze micro-gemanipuleerd moeten worden?
Kenmerken vallen in het microbewerkingsbereik wanneer hun afmetingen dicht bij het kleinste gereedschap liggen dat uw leverancier kan gebruiken. Op dat moment bepalen gereedschapsbreuk en materiaalproblemen het proces. Ontwerp indien mogelijk smalle sleuven en kleine gaten die passen bij standaard gereedschapsdiameters in plaats van het absolute minimum.
Wat is een praktische minimale wanddikte voor CNC-bewerking?
Een praktische minimale wanddikte is een wanddikte die snijkrachten aankan zonder te veel door te buigen. Dit hangt af van het materiaal en de wandhoogte. Korte aluminium wanden kunnen dunner zijn dan hoge stalen wanden, maar elke wand met een hoge aspectverhouding is riskant. Als u zeer dunne wanden nodig hebt, overweeg dan om ribben toe te voegen of het onderdeel opnieuw te ontwerpen zodat de wand tijdens het bewerken wordt ondersteund.
Hoe diep kunnen gaten en holtes nauwkeurig worden gefreesd?
Gaten en holtes worden meestal beperkt door de verhouding tussen diepte en diameter, niet alleen door de Z-as. Bij boren zijn dieptes van ongeveer 10 keer de diameter van het gat een gebruikelijke bovengrens. Bij frezen is de stabiele pocketdiepte meestal veel lager. Diepere structuren vereisen mogelijk speciaal gereedschap, peck-cycli of ontwerpwijzigingen om de diameter te vergroten of de diepte te verkleinen.
Hoe veranderen 3-assige, 4-assige en 5-assige machines de beperkingen qua afmetingen?
Meerassige machines veranderen het fysieke werkbereik niet, maar benutten het wel beter door de toegang te verbeteren. Een 4-assige of 5-assige machine kan het onderdeel roteren en kantelen. Hierdoor kunnen kortere, stijvere gereedschappen meerdere vlakken en complexe vormen bereiken. Dit vermindert de insteltijd, verbetert de nauwkeurigheid en vergroot de mogelijkheden binnen dezelfde machinegrootte.
