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如何設(shè)計用于CNC加工的零件?

魔猴君  知識堂   813天前

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在這份完整的 CNC 加工設(shè)計指南中,魔猴匯編了基本和高級設(shè)計實踐和技巧,以幫助您實現(xiàn)定制零件的最佳結(jié)果

CNC加工是一種減材制造技術(shù),使用各種高速旋轉(zhuǎn)的切削工具從實體塊中去除材料,以生產(chǎn)基于 CAD 模型的零件。 金屬和塑料都可以進行 CNC 加工。

CNC 加工零件具有高尺寸精度和嚴格的公差,并適用于大批量生產(chǎn)和一次性工作。 事實上,CNC 加工是目前生產(chǎn)金屬原型最具成本效益的方式。

一、CNC設(shè)計的主要限制是什么?

CNC 提供了極大的設(shè)計靈活性,但也有一些限制。 這些限制與切削過程的基本力學有關(guān),主要涉及刀具幾何形狀和刀具通道。

1、刀具幾何

最常見的 CNC 切削工具(立銑刀和鉆頭)具有圓柱形形狀和有限的切削長度。

隨著從工件上去除材料,工具的幾何形狀被轉(zhuǎn)移到加工零件上。 例如,這意味著 CNC 零件的內(nèi)角始終具有半徑,無論使用多小的切削刀具。

2、工具訪問

為了去除材料,刀具直接從上方接近工件。 無法以這種方式訪問的特征無法進行 CNC 加工。不過這條規(guī)則有一個例外:底切

一個好的設(shè)計實踐是將模型的所有特征(孔、空腔、垂直墻等)與六個主要方向之一對齊。 但是,將此規(guī)則視為建議而非限制,因為 五軸數(shù)控系統(tǒng) 提供先進的工件夾持能力。

當加工具有大深度與寬度比的特征時,工具訪問也是一個問題。 例如,要到達深腔的底部,您需要具有延伸范圍的工具。 這意味著末端執(zhí)行器的運動范圍更廣,這會增加機器顫振并降低可實現(xiàn)的精度。

如果您設(shè)計的零件可以使用具有最大可能直徑和最短長度的工具進行 CNC 加工,它將簡化生產(chǎn)。

二、CNC 設(shè)計指南

在為 CNC 加工設(shè)計零件時經(jīng)常遇到的一個挑戰(zhàn)是不存在全行業(yè)的特定標準。 數(shù)控機床和工具制造商不斷提高技術(shù)能力,擴大可能的極限。 下表總結(jié)了 CNC 加工零件中遇到的最常見特征的推薦值和可行值。

1、空腔和口袋

推薦型腔深度: 4倍型腔寬度

立銑刀的切削長度有限(通常是其直徑的 3-4 倍)。 當型腔的深寬比較小時,刀具偏斜、排屑和振動會變得更加突出。

將空腔的深度限制為其寬度的四倍可確保獲得良好的結(jié)果。

如果需要更大的深度,請考慮設(shè)計具有可變型腔深度的零件。

深腔銑削: 深度大于刀具直徑六倍的腔被認為是深的。 使用專用工具(最大深度:35 厘米,直徑為 1 英寸的立銑刀),可以實現(xiàn)高達 30:1 的工具直徑與型腔深度比。

2、內(nèi)部邊緣

垂直角半徑

推薦: ? 倍腔深度(或更大)

使用推薦的內(nèi)角半徑值可確??梢允褂煤线m的直徑工具,并與推薦的型腔深度指南保持一致。

將拐角半徑增加到略高于推薦值(例如增加 1 毫米),允許刀具沿著圓形路徑而不是 90 角進行切削。 這是優(yōu)選的,因為它導致更高質(zhì)量的表面光潔度。 如果需要尖銳的 90 度內(nèi)角,請考慮添加 T 型骨底切,而不是減小角半徑。

3、地板半徑

推薦: 0.5 mm、1 mm 或無半徑

可行: 任何半徑

立銑刀具有平坦或略圓的下切削刃。 其他地板半徑可以使用球頭工具加工。 使用推薦值是很好的設(shè)計實踐,因為它是機械師的首選。

4、薄壁

最小壁厚

推薦: 0.8 毫米(金屬)、1.5 毫米(塑料)

可行: 0.5 mm(金屬),1.0 mm(塑料)

減小壁厚會降低材料的剛度,這會增加加工過程中的振動并降低可達到的精度。 塑料容易翹曲(由于殘余應力)和軟化(由于溫度升高),因此建議使用更大的最小壁厚。 上述可行值應根據(jù)具體情況進行檢查。

5、孔

6、直徑

推薦: 標準鉆頭

可行: 任何大于1毫米的直徑

使用鉆頭或立銑刀加工孔。 鉆頭的尺寸是標準化的(公制和英制單位)。 鉸刀和鏜孔工具用于精加工需要嚴格公差的孔。 對于直徑小于 20 mm 的高精度孔,建議使用標準直徑。

7、最大深度

推薦: 4 倍公稱直徑

典型值: 公稱直徑的 10

可行: 40倍公稱直徑

非標準直徑的孔必須用立銑刀加工。 在這種情況下,最大腔深度限制適用,并且應該使用推薦的最大深度值。 使用專用鉆頭(最小直徑為 3 毫米)加工比典型值更深的孔。 用鉆頭加工的盲孔有一個錐形底面(135 度角),而用立銑刀加工的孔是平的。

CNC加工中通孔和盲孔之間沒有特別的偏好。

8、線程

螺紋尺寸

最低: M2

推薦: M6或更大

螺紋用絲錐切割,外螺紋用模具切割。 絲錐和模具可用于將螺紋切割至 M2。 CNC 螺紋工具很常見,并且受到機械師的青睞,因為它們限制了絲錐斷裂的風險。 CNC 螺紋刀具可用于將螺紋切削到 M6

螺紋長度

最?。?/span> 公稱直徑的 1.5

推薦: 3倍公稱直徑

施加在螺紋上的大部分載荷由少數(shù)幾個第一齒承受(最多為公稱直徑的 1.5 倍)。 因此不需要長于公稱直徑 3 倍的螺紋。

對于用絲錐切割的盲孔中的螺紋(即所有小于 M6 的螺紋),在孔底部添加等于公稱直徑 1.5 倍的無螺紋長度。 當可以使用 CNC 螺紋工具(即螺紋大于 M6)時,孔可以在其整個長度上進行螺紋加工。

9、小功能

最小孔徑

推薦: 2.5 毫米(0.1 英寸。''

可行: 0.05 毫米(0.005 英寸。''

大多數(shù)機加工車間可以使用直徑小至 2.5 毫米(0.1 英寸)的工具精確加工型腔和孔。 任何低于這個限制的東西都被認為是微加工。 加工這些特征需要專業(yè)工具(微型鉆頭)和專業(yè)知識,因為切削過程的物理特性會隨著這種規(guī)模的變化而變化。 因此,除非絕對必要,否則建議避免使用它們。

公差

典型值: +-0.1 毫米

可行: +-0.02 毫米

我們的公差為 2768 中等或精細。 如果未指定公差,制造合作伙伴將使用選定的 2768 等級。

公差定義了可接受尺寸的邊界。 可實現(xiàn)的公差根據(jù)零件的基本尺寸和幾何形狀而有所不同。 上述值是合理的指導方針。

文字和刻字

推薦: 字體大小 20(或更大),5 毫米刻字

雕刻文字優(yōu)于浮雕文字,因為去除的材料更少。 建議使用最小大小為 -20 的無襯線字體(例如 Arial Verdana)。 許多 CNC 機器都有針對這些字體的預編程例程。

CNC 機床設(shè)置和零件定位

需要多次設(shè)置的零件示意圖

刀具訪問是 CNC 加工的主要設(shè)計限制之一。 為了到達模型的所有表面,工件必須旋轉(zhuǎn)多次。

每當工件旋轉(zhuǎn)時,必須重新校準機器并定義新的坐標系。

在設(shè)計時,出于兩個原因考慮機器設(shè)置很重要:

機器設(shè)置的總數(shù)會影響成本。 旋轉(zhuǎn)和重新對齊零件需要手動工作,并增加了總加工時間。 如果零件需要旋轉(zhuǎn)三到四次,這通常是可以接受的,但任何超過此限制的東西都是過度的。

為了獲得最大的相對位置精度,必須在同一設(shè)置中加工兩個特征。 這是因為新的校準步驟引入了一個小的(但不可忽略的)誤差。

三、什么是5CNC加工?

5 CNC 機床同時沿五個軸移動切削工具或零件。 多軸數(shù)控機床可以制造具有復雜幾何形狀的零件,因為它們提供了兩個額外的旋轉(zhuǎn)軸。 這些機器消除了對多臺機器設(shè)置的需要。

5CNC加工有哪些優(yōu)勢和局限?

五軸 CNC 加工使刀具始終與切削表面相切。 刀具路徑可以更加復雜和高效,從而使零件具有更好的表面光潔度和更短的加工時間。

也就是說,5 CNC 有其局限性。 基本刀具幾何形狀和刀具訪問限制仍然適用(例如,無法加工具有內(nèi)部幾何形狀的零件)。 

此外,使用這種系統(tǒng)的成本更高。CNC加工底切底切是無法使用標準切削工具加工的特征,因為它們的某些表面不能直接從上方接觸。

底切主要有兩種類型:T 形槽和燕尾槽。 底切可以是單面的,也可以是雙面的,并使用特殊工具加工。T 型槽切割工具由連接在垂直軸上的水平切割刀片制成。 底切的寬度可以在 3 毫米到 40 毫米之間變化。 我

們建議對寬度使用標準尺寸(即整毫米增量或標準英寸分數(shù)),因為很可能已經(jīng)有合適的工具可用。對于燕尾槽刀具,角度是定義特征尺寸。 45 度和 60 度燕尾工具都被認為是標準的。 角度為 5 度、10 度和高達 120 度(以 10 度為增量)的工具也存在,但不太常用。

CNC加工的底切設(shè)計

在設(shè)計內(nèi)壁有底切的零件時,請記住為工具增加足夠的間隙。 一個好的經(jīng)驗法則是在機加工壁和任何其他內(nèi)壁之間添加至少等于底切深度四倍的空間。

對于標準刀具,切削直徑與軸直徑之間的典型比率為 2:1,從而限制了切削深度。 當需要非標準底切時,機械車間通常會制造自己的定制底切工具。 這會增加交貨時間和成本,因此請盡可能避免。

 

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