CNC CAD Design:Ein Überblick für Produktdesigner

CNC-Maschinen (Computer Numerical Control), die ein rotierendes zylindrisches Werkzeug verwenden, um autonom Schnitte in einem Werkstück zu erzeugen, haben die Fertigungsindustrie vollständig revolutioniert. Diese Fertigungstechnologie eliminiert menschliche Fehler, die bei herkömmlichen Fertigungstechnologien üblich sind. Es bietet auch eine größere Genauigkeit und Präzision sowie eine höhere Produktionsgeschwindigkeit.

Doch bei der Fertigung mit CNC-Maschinen fängt man nicht gleich an, Werkstücke zu zerspanen. Produktdesigner müssen ihr Modell zunächst mit CAD-Software (Computer Aided Design) entwerfen. Und um ein genaues und effizientes 3D-CAD-Design für CNC-Maschinen zu erstellen, müssen Sie einige grundlegende CNC-CAD-Design-Tipps kennen.

Dieser Artikel enthält hilfreiche Tipps für die CNC-CAD-Konstruktion. Wir werden einige Konstruktionsregeln zum Erstellen von Hohlräumen, Innenkanten, Löchern, Text und Wänden behandeln. Wir erklären auch den Prozess der Vorbereitung von 3D-Designs für das CNC-Fräsen.

5 Regeln für die CNC-CAD-Konstruktion

Der CNC-Bearbeitungsprozess ist subtraktiv, d. h. er entfernt Materialteile von einem Werkstück, um das gewünschte Produkt zu bilden. Diese subtraktive Natur verursacht einige Einschränkungen in der Art der Features, die Sie bearbeiten können.

Beispielsweise ist es fast immer unmöglich, Oberflächen zu bearbeiten, die für das Schneidwerkzeug nicht zugänglich sind. Und selbst wenn Sie spezielle Schneidwerkzeuge gefunden haben, die diese Oberflächen bearbeiten können, werden Sie wahrscheinlich immer noch vor der Herausforderung stehen, die gewünschte Wandstärke und Hohlraumgröße zu erreichen. Sie können diesen Herausforderungen jedoch vorbeugen, indem Sie die folgenden Tipps während der computergestützten Zeichenphase Ihres Produktentwicklungsprozesses beachten.

#1 Gestaltung von Hohlräumen

Schaftfräser

Schaftfräser (die in CNC-Fräshohlräumen verwendet werden) haben typischerweise eine Schnittlänge von etwa dem 3- bis 4-fachen ihres Durchmessers. Daher empfehlen wir, die Kavitätstiefe maximal auf das Vierfache der Kavitätsbreite zu bemessen. Dies hilft, Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung zu vermeiden, die durch Werkzeugabweichungen und Vibrationen verursacht werden.

Wenn die Funktionalität Ihres Designs jedoch eine größere Tiefe erfordert, sollten Sie möglicherweise spezielle Werkzeuge verwenden, um Ihre Hohlräume zu erstellen.

Erfahren Sie mehr über die verschiedenen Arten von CNC-Schneidwerkzeugen.

#2 Entwerfen von Innenkanten

Aufgrund der subtraktiven Natur von CNC-Maschinen erzeugen sie abgerundete Ecken (oder Verrundungen) zwischen den Innenkanten eines Hohlraums. Produktdesigner berücksichtigen diese abgerundeten Ecken, indem sie in jeder Innenkante ihrer CAD-Zeichnung eine innere Eckenradiusbemaßung angeben.

Die Abmessung des Inneneckenradius hängt von der Größe der verfügbaren Schaftfräser ab, die die zuvor erwähnte Anforderung an die Hohlraumtiefe erfüllen. Außerdem empfehlen wir, dass Sie Ihren Inneneckenradius so gestalten, dass er mindestens ein Drittel der Kavitätstiefe beträgt.

Angenommen, die Funktionalität Ihres Designs erfordert kleinere innere Eckradien (oder einen scharfen 90°-Winkel). In diesem Fall empfehlen wir Ihnen, einen T-Bone-Hinterschnitt einzufügen, anstatt den Eckenradius in Ihrem CAD-Modell zu reduzieren.

#3 Entwerfen von Löchern

CNC-Maschinenwerkstätten erstellen normalerweise Löcher mit Bohrern. Diese Bohrer sind in Standardgrößen (oder Durchmessern) von 0,5 mm bis 38 mm erhältlich. Wir empfehlen, dass Sie Ihre Löcher so konstruieren, dass sie ähnliche Abmessungen wie die Standardbohrergrößen haben. Dadurch entfällt die Notwendigkeit zusätzlicher Werkzeuge, was zu geringeren Herstellungskosten führt.

Wenn die Funktionalität Ihres Designs jedoch Löcher mit nicht standardmäßigen Durchmessern erfordert, erstellt ein Maschinist diese Lochmerkmale mit einem Schaftfräser. Daher gelten auch hier die gleichen Anforderungen, die wir für die Gestaltung von Kavitäten genannt haben.

#4 Wände gestalten

Bei der Konstruktion von Wänden für die CNC-Fertigung müssen Sie genau auf die Wandstärke achten. Dies liegt daran, dass es aufgrund von Vibrationen bei der Bearbeitung im Allgemeinen schwierig ist, dünne Wände genau herzustellen.

Wir empfehlen, Wände mit einer Mindestwandstärke von 0,8 mm bei Metallteilen und 1,6 mm bei Kunststoffen auszuführen. Die Anforderung an eine höhere Wanddicke für Kunststoffe liegt darin begründet, dass sie während der Bearbeitungsvorgänge anfälliger für Erweichung und Verformung sind als Metalle.

#5 Text und Beschriftung entwerfen

Texte und Schriftzüge lassen sich mit der CNC-Bearbeitung ganz einfach realisieren. Beachten Sie jedoch Folgendes:Es ist kostengünstiger, Teile mit gravierten Texten anstelle von geprägten Texten zu entwerfen. Dies liegt daran, dass die CNC-Maschine weniger Material entfernt, um gravierte Texte zu erzielen als vertiefte Texte.

Darüber hinaus empfehlen wir Ihnen, beim Entwerfen von Teilen mit Text und Schriftzügen serifenlose Schriftarten (wie Arial, Avenir, Verdana) mit einer Schriftgröße von mehr als 22 Punkt zu verwenden.

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Vorbereiten Ihres CNC-CAD-Konstruktionsmodells für die CNC-Bearbeitung

Die CNC-CAD-Konstruktionsregeln helfen dabei, optimierte 3D-CAD-Modelle zu erstellen, sodass jede CNC-Maschinenwerkstatt Ihre Teile genau und kostengünstig erstellen kann. Die CNC-Maschine versteht diese 3D-Modelle jedoch nicht. Daher müssen Sie diese Modelle in ein mit der CNC-Maschine kompatibles Format konvertieren.

Ein akzeptables Format für CNC-Maschinen ist das Dateiformat dxf. Die meisten CAD-Programme ermöglichen es Ihnen, Ihre Datei im dxf-Dateiformat zu speichern, das dann in ein CAM-Programm importiert und in die CNC-Programmiersprache (auch als G-Code bezeichnet) konvertiert werden kann. Der G-Code automatisiert dann den Betrieb des Schneidwerkzeugs und des Werkstücks, um Ihr Produkt zu erstellen.

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