Die ultimative CNC-Design-for-Manufacturing-Checkliste (DFM)

Die CNC-Bearbeitung gehört zu den beliebtesten Herstellungsmethoden, da der Prozess sehr vielseitig, wiederholbar und zuverlässig ist – und außerdem mit einer breiten Palette von Materialien kompatibel ist, von Holz und Kunststoff bis hin zu Schaumstoff und Metall. Produktteams, die sich während der gesamten Designphase auf DFM konzentrieren, können die Produktionszeiten und -kosten im Zusammenhang mit CNC-bearbeiteten Teilen drastisch reduzieren.

In diesem herunterladbaren Leitfaden haben wir acht allgemeine DFM-Überlegungen zusammengestellt, die bei der Konstruktion von Teilen für die CNC-Bearbeitung im Vordergrund stehen sollten. Sie können erheblich Zeit und Kosten sparen, indem Sie Ihr Design anhand dieser Liste prüfen, bevor Sie es zur Fertigung einreichen.

Top-8-Design für Fertigungsüberlegungen für die CNC-Bearbeitung

1. Gibt es tiefe Taschen im Design?

Tiefe enge Taschen oder Schlitze müssen mit längeren Werkzeugen bearbeitet werden, und längere Werkzeuge sind anfälliger für Bruch und können auch Rattern oder Maschinenvibrationen verursachen. Außerdem sind mehrere Durchgänge erforderlich, um eine tiefe Tasche zu bearbeiten, was die Bearbeitungszeit und die Herstellungskosten in die Höhe treibt.

Vermeiden Sie nach Möglichkeit die Konstruktion von Teilen mit tiefen Taschen. Wenn eine tiefe Tasche nicht vermieden werden kann, sollten Ingenieure und Konstrukteure ihre Tiefe so weit wie möglich verringern oder die Querschnittsfläche der Tasche vergrößern. In der Regel sollte die Taschentiefe den 3-fachen Durchmesser des verwendeten Werkzeugs nicht überschreiten. Zum Beispiel sollten Taschen nicht tiefer als 1,5 Zoll sein, wenn ein 0,5-Zoll-Fräser verwendet wird. Ingenieure müssen diese Zahl möglicherweise basierend auf dem verwendeten Material und den ihnen zur Verfügung stehenden Werkzeugen anpassen.

2. Gibt es enge Regionen?

Schmale Bereiche sind schwierig herzustellen, da die Größe des Schneidwerkzeugs durch den kleinsten Abstand zwischen den verschiedenen Flächen des Merkmals beschränkt ist. Fräser mit langem und kleinem Durchmesser sind anfällig für Bruch und Rattern.

Vermeiden Sie das Entwerfen von Merkmalen oder Flächen, die zu schmal sind, als dass ein Fräser sie leicht passieren könnte. Lassen sich Engstellen jedoch nicht vermeiden, dürfen diese nicht zu tief sein. Denken Sie daran, dass die Tiefe jedes Merkmals weniger als das Dreifache des Durchmessers des Werkzeugs betragen sollte. Als Best Practice sollten Wandabschnitte mehr als 0,01 Zoll dick sein. Ein kürzerer Fräser mit größerem Durchmesser kann auch verwendet werden, um Rattern zu reduzieren.

3. Gibt es scharfe Innenecken?

Da alle CNC-Bohrer kreisförmig sind, ist es schwierig, scharfe Innenecken zu erzielen. Stattdessen hinterlässt der Bohrer eine Tasche mit unbearbeitetem Raum, die als Inneneckenradius bezeichnet wird. Es ist möglich, scharfe Innenecken mithilfe von Problemumgehungen wie der Funkenerosionsbearbeitung zu bearbeiten, aber diese Methoden sind in der Regel teuer.

Vermeiden Sie nach Möglichkeit scharfe Innenecken. Idealerweise muss ein Eckenradius etwas größer als der Fräser sein. Wenn ein Eckenradius den gleichen Durchmesser hat wie der Fräser, der verwendet wird, um ihn zu formen, kann dies zu Rattern und vorzeitigem Werkzeugverschleiß führen.

Durch Vergrößern der Eckradien über den Standardwert hinaus um nur 0,005 Zoll kann das Werkzeug genügend Spielraum haben, um sich zu bewegen und einem kreisförmigeren Pfad zu folgen.

4. Gibt es unzugängliche Funktionen?

Unzugängliche Merkmale wie Senkbohrungen, die sich in einer anderen Tasche öffnen, oder Taschen mit negativer Formgebung dauern länger – wenn sie überhaupt möglich sind – weil das Schneidwerkzeug sie nicht ohne weiteres erreichen kann, was wiederum die Kosten in die Höhe treibt.

Sie sollten sicherstellen, dass ein Schneidwerkzeug vollen Zugriff auf alle Funktionen innerhalb eines Teils hat, ohne durch eine andere Funktion blockiert zu werden.

5. Gibt es Außenfilets?

Außenrundungen oder Rundungen an den Oberkanten von Taschen, Vorsprüngen und Schlitzen erfordern einen außergewöhnlich scharfen Fräser und eine präzise Einrichtung. Beide Anforderungen können für einige Produktteams unerschwinglich teuer sein. Um diese Kosten zu vermeiden, schrägen oder fasen Sie die Außenkanten von Features ab, anstatt sie zu verrunden.

6. Sind die Wände des Teils zu dünn?

Bei der CNC-Bearbeitung von Metall erhöhen dünne Wände das Rattern, was die Genauigkeit des Bearbeitungsprozesses und die Oberflächengüte des Teils beeinträchtigen kann. Bei Kunststoffen können dünne Wände zu Verwerfungen und Erweichungen führen. Daher sollten Sie Ihr Bestes tun, um Teile mit dünnen Wänden zu vermeiden.

Die ideale Mindestwandstärke für Metalle beträgt 0,8 mm für Metalle und 1,5 mm für Kunststoffe. Möglicherweise können Sie ohne nennenswertes Risiko dünnere Schnitte erzielen, dies muss jedoch von Fall zu Fall beurteilt werden.

7. Gibt es Löcher mit flachem Boden?

Bohrungen mit flachem Boden erfordern fortgeschrittene Bearbeitungsoperationen und verursachen häufig spätere Probleme bei nachfolgenden Operationen wie dem Reiben. Vermeiden Sie das Erstellen von Sacklöchern mit flachem Boden – insbesondere kleine Löcher – und verwenden Sie stattdessen einen Standard-Spiralbohrer, um Löcher mit kegelförmigem Boden zu erstellen. Kegelwinkel sind üblicherweise 118° oder 135°.

8. Können die Bohrer der CNC-Maschine leicht ein- und ausgefahren werden?

Eine Bohrerspitze wandert, wenn sie mit der Materialoberfläche in Kontakt kommt, wenn diese Oberfläche nicht senkrecht zur Bohrerachse ist. Außerdem erschweren ungleichmäßige Austrittsgrate um das Austrittsloch herum das Entfernen des Grats. Um den Ein- und Ausstieg zu erleichtern, vermeiden Sie das Entwerfen von Bohrungselementen mit Start- und Endflächen, die nicht senkrecht zur Bohrachse verlaufen.

Zusammenfassung aller 8 Designüberlegungen für die CNC-Bearbeitung

1. Vermeiden Sie nach Möglichkeit die Konstruktion von Teilen mit tiefen Taschen, da tiefe, schmale Taschen die Bearbeitungszeit und -kosten in die Höhe treiben können.
2. Vermeiden Sie das Entwerfen von Merkmalen oder Flächen, die zu schmal sind, als dass ein Fräser sie leicht passieren könnte, um Werkzeugbruch und Rattern zu vermeiden.
3. Abgerundete Ecken (Mitte) oder „Hundeknochen“ (rechts) sind gute Alternativen zu scharfen Innenecken.
4. Stellen Sie sicher, dass ein Schneidwerkzeug vollen Zugriff auf alle Funktionen innerhalb eines Teils hat, ohne von einer anderen Funktion blockiert zu werden
5. Vermeiden Sie Außenrundungen (links abgebildet) und entscheiden Sie sich für abgeschrägte Kanten (rechts), um Zeit und Kosten zu sparen.
6. Vermeiden Sie es, dünne Wände zu entwerfen, da diese das Rattern bei Metallen verstärken und ein Verziehen oder Erweichen von Kunststoffen verursachen.
7. Vermeiden Sie Löcher mit flachem Boden, die Probleme bei nachfolgenden Operationen wie dem Reiben verursachen können.
8. Wenn möglich, konstruieren Sie Bohrungsmerkmale mit Start- und Endflächen senkrecht zum Zugang des Bohrers.

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