Grundlegende Designrichtlinien für die CNC-Bearbeitung für optimale Ergebnisse

Die CNC-Bearbeitung ist zwar vielseitig und nicht alle Designs sind möglich. Mit anderen Worten:Es gibt Einschränkungen und Einschränkungen, die Sie beachten müssen, um eine reibungslose Bearbeitung zu gewährleisten. Die beiden wichtigsten Einschränkungen beim CNC-Design sind:

Werkzeuggeometrie

Die meisten CNC-Schneidwerkzeuge haben eine begrenzte Schnittlänge. Sie sind auch alle in zylindrischen Formen und Geometrien erhältlich. Beim Abtragen von Material von einem Werkstück übertragen diese Schneidwerkzeuge ihre zylindrische Geometrie auf das Werkstück. Aus diesem Grund haben die Innenecken eines Werkstücks unabhängig von der Schneidwerkzeuggröße immer einen Radius.

Werkzeugzugriff

Bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit einem beträchtlichen Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis wird der Zugang zum Werkzeug zu einem großen Problem. Dieses Problem besteht darin, dass CNC-Maschinen schneiden, indem sie die Schneidwerkzeuge von oben auf das Werkstück aufsetzen.

Mit anderen Worten:Es wäre schwierig, ein Werkstück zu bearbeiten, das vom oberen Winkel aus nicht zugänglich ist. Die einzige Ausnahme von dieser Regel tritt bei der Hinterschnittbearbeitung für CNC-bearbeitete Teile auf

Die Ausrichtung der Merkmale Ihres Teils oder Ihrer Komponente auf eine der sechs Hauptrichtungen ist eine Möglichkeit, diese Herausforderung beim Werkzeugzugriff zu mildern. Darüber hinaus bedeutet die Verwendung einer Fünf-Achsen-CNC-Bearbeitung mit einer hervorragenden Werkstückhaltekapazität, dass der Werkzeugzugriff nicht mehr eingeschränkt ist.

In der Welt der CNC-Bearbeitung gibt es keine allgemein akzeptierten Standards. Dies liegt vor allem daran, dass sich die Branche und die eingesetzten Maschinen ständig weiterentwickeln. Einige Best Practices und Empfehlungen können jedoch dazu beitragen, dass die Qualität Ihres Designs auf höchstem Niveau bleibt. Zu diesen Empfehlungen gehören:

1. Innenkanten

Der vertikale Eckenradius sollte bei der Erstellung von Innenkanten mindestens ein Drittel der Hohlraumtiefe betragen. Sie können ein Durchmesserwerkzeug mit der empfohlenen Hohlraumtiefe verwenden, wenn Sie die angegebenen Eckenradien verwenden.

Eckenradien, die leicht über dem empfohlenen Wert liegen, ermöglichen das Schneiden entlang einer kreisförmigen Bahn anstelle eines 90-Grad-Winkels, wodurch eine Oberflächengüte mit besserer Qualität erzielt wird. Wenn Sie stattdessen einen 90-Grad-Winkel benötigen, wird empfohlen, einen T-Bone-Hinterschnitt zu verwenden, anstatt den Eckenradius zu reduzieren.

2. Löcher

Um Löcher zu erzeugen, können Maschinisten Bohrer oder Schaftfräser verwenden. Als Richtlinie für die Bestimmung des Durchmessers der Löcher in Ihrem Design verwenden Sie am besten Standardbohrergrößen, die entweder in metrischen oder imperialen Einheiten gemessen werden.

Technisch ist jedes Maß größer als ein Millimeter machbar. Maschinenbediener verwenden Reibahlen und Bohrgeräte, um Löcher zu vervollständigen, die innerhalb präziser Toleranzen liegen müssen. Für Löcher, die eine große Genauigkeit erfordern und kleiner als 20 Millimeter sind, verwenden Sie am besten einen Standarddurchmesser.

Bei der Konstruktion von Teilen für die CNC-Bearbeitung ist das Vierfache des Nenndurchmessers die maximal vorgeschlagene Tiefe für jedes Loch, aber das 40-fache dieser Menge ist machbar. Der Nenndurchmesser beträgt typischerweise das 10-fache des Verhältnisses.

3. Threads

Die minimale Gewindegröße bei der Entwicklung von CNC-bearbeiteten Artikeln ist M2, ideal ist jedoch normalerweise M6 oder höher. Maschinenbauer können die Gefahr eines Gewindebohrerbruchs begrenzen, indem sie CNC-Gewindeschneidmaschinen verwenden, um Gewinde bis zu einer Größe von M6 zu schneiden.

Die Mindestgewindelänge sollte das 1,5-fache des Nenndurchmessers betragen, während die empfohlene Länge das Dreifache des Normaldurchmessers beträgt. Für jedes Gewinde kleiner als M6 müssen Sie am Boden des Lochs eine Länge ohne Gewinde hinzufügen, die dem 1,5-fachen des Nenndurchmessers entspricht. Für Gewinde größer als M6 ist es am besten, das Loch über die gesamte Länge mit einem Gewinde zu versehen.

4. Hohlräume und Taschen

Da die Schnittlänge von Schaftfräsern begrenzt ist, beträgt die von der Industrie empfohlene Hohlraumtiefe bei jedem Design das Vierfache ihrer Breite. Ein geringeres Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis würde zu einer stärkeren Spanabfuhr, Werkzeugablenkung und Vibrationen führen.

Erfordert Ihr CNC-Design größere Tiefen? Eine Möglichkeit, diese Herausforderung zu lösen, besteht darin, eine variable Kavitätstiefe und ein Spezialwerkzeug zu verwenden.

5. Kleiner oder erhabener Text

Möglicherweise müssen Sie Teile mit Teilenummern oder Firmennamen kennzeichnen. Das Hinzufügen von Text sieht im benutzerdefinierten CNC-Design wirklich cool aus, ist aber zeitaufwändig in der Verarbeitung. Elektrochemisches Ätzen oder Laserbeschriften sind in der Regel besser.

Die Einhaltung bewährter Verfahren sowie die Kenntnis der Grundlagen der CNC-Bearbeitung tragen dazu bei, dass Teile oder Produkte von hoher Qualität sind. Vor diesem Hintergrund finden Sie hier einige Best Practices, die Sie bei der Konstruktion von Teilen für die CNC-Bearbeitung entsprechend der Bearbeitungsart beachten müssen.

1. Design für CNC-Fräsen

Beim CNC-Fräsen handelt es sich um eine Bearbeitungstechnik, bei der mithilfe von Rundfräsern schnell Material aus dem Rohmaterial entfernt wird, um die gewünschte Form zu erhalten. Die Fräsmaschinen gibt es in vielen verschiedenen Ausführungen, von 3-Achsen bis 12-Achsen.

1.1 Allgemein verfügbare Schneidwerkzeuge

Berücksichtigen Sie bei der Entwicklung Ihrer Designideen für CNC-Teile die vielen Werkzeuge, die häufig zum CNC-Fräsen zur Verfügung stehen, wie z. B. Schaftfräser. Kosten und Vorlaufzeit würden sich erheblich reduzieren, wenn es möglich wäre, die erforderlichen Merkmale und Geometrien mit gemeinsamen Werkzeugen herzustellen.

Berücksichtigen Sie beim Erstellen Ihres Designs auch die Standardgrößen der Werkzeuge, da ein Design mit einem kleineren Radius als dem Standard zu Designkomplikationen und Kosten führen würde.

1.2 Vermeiden Sie scharfe Innenecken

Mit einem Fräswerkzeug ist es unmöglich, scharfe Ecken zu erzielen. Der Grund dafür ist, dass das hier verwendete Schneidwerkzeug rund ist. Um eine CNC-Fräse zu verwenden, müssen Ihre Ecken Radien haben, die größer sein müssen als der Fräser, mit dem sie erstellt wurden. Im Idealfall beträgt der Durchmesser des Schneidwerkzeugs das Doppelte des Radius, den es erzeugt.

Filets sind auch erforderlich, wenn eine geneigte oder schräge Oberfläche auf eine vertikale Wand oder eine scharfe Kante trifft. Sofern die Oberfläche nicht flach und senkrecht zum Werkzeug ist, hinterlässt ein Vierkant- oder Kugelfräser immer Material zwischen der Wand und der darunter liegenden Oberfläche.

1.3 Vermeiden Sie tiefe, schmale Schlitze

Lange Werkzeuge vibrieren oft und verbiegen sich, was zu einer schlechten Oberflächengüte führt. Daher sollte die endgültige Schnitttiefe eines Schaftfräsers nicht mehr als das 15-fache seines Durchmessers beim Schneiden von Kunststoff, das 10-fache seines Durchmessers beim Schneiden von Aluminium und das 5-fache seines Durchmessers beim Schneiden von Stahl betragen.

Beispielsweise sollte ein Schlitz, der an einem bearbeiteten Stahlgegenstand mit einem 0,5-Zoll-Schaftfräser und einer Breite von 0,55 Zoll geschnitten wird, nicht tiefer als 2,75 Zoll sein. Da der Innenkehlradius, der vorherige Punkt, in diesem Fall auch vom Werkzeugdurchmesser abhängt, sollten alle Innenradien größer als 0,25 Zoll sein.

1.4 Konstruktion mit größtmöglichen Innenradien

Ein größerer Fräser bedeutet mehr Materialabtrag pro Zeit, was die Bearbeitungszeit und -kosten reduziert. Berücksichtigen Sie bei der Konstruktion immer die maximal zulässigen Innenradien. Vermeiden Sie nach Möglichkeit Radien kleiner als 0,8 mm.

Machen Sie Ihre Filets außerdem etwas größer als der Radius des Schaftfräsers; Verwenden Sie beispielsweise einen Radius von 0,130 Zoll (3,3 mm) anstelle von 0,125 Zoll (3,175 mm). Die Mühle folgt einer glatteren Route und verleiht der Oberfläche einen feineren Glanz.

2. Design für CNC-Drehen

Beim CNC-Drehen handelt es sich um einen Bearbeitungsprozess, der auf einer Drehmaschine Teile mit axialer Symmetrie und zylindrischer Geometrie erzeugt. Dabei wird das Werkstück auf einem rotierenden Spannfutter gehalten, während das Schneidwerkzeug es in die gewünschte Form schneidet. Dieser Bearbeitungsprozess führt zu einer besseren Oberflächengüte und engeren Toleranzen.

Hier sind einige Tipps für die Erstellung eines Entwurfs für das CNC-Schneiden mit einer Drehmaschine

2.2 Vermeiden Sie scharfe Innen- und Außenecken

Bei der Konstruktion für die CNC-Bearbeitung ist es wichtig, scharfe Ecken sowohl innen als auch außen zu vermeiden. Das Hinzufügen eines Radius zur Innenecke ist eine Möglichkeit, um sicherzustellen, dass das Werkzeug nicht über eine größere Fläche läuft. Eine andere Möglichkeit, scharfe Innenecken zu vermeiden, besteht darin, eine steile Seitenwand leicht zu neigen. Da weniger Prozesse erforderlich sind, kann es einfacher sein, Konturen mit einem einzigen Drehwerkzeug zu bearbeiten.

2.3 Vermeiden Sie lange, dünne Teile

Vermeiden Sie die Verwendung langer, dünn gedrehter Teile, da diese sich eher ungleichmäßig drehen und gegen das Werkzeug klappern. Versuchen Sie bei der Herstellung eines längeren Bauteils, am freien Ende Platz für einen Zentrierbohrer zu lassen und verwenden Sie einen Zentrierstift, um das Teil gerade zu drehen. Halten Sie außerdem als allgemeine Richtlinie das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis bei 8:1 oder weniger.

2.4 Vermeiden Sie dünne Wände

Ähnlich wie beim Fräsen kann ein übermäßiger Materialabtrag zu einer unnötigen Belastung des Bauteils führen. Auch zu dünne Wände verringern die Steifigkeit. Bei dünnen Wänden ist es jedoch schwierig, enge Toleranzen einzuhalten. Aus diesem Grund ist es am besten, die Wandstärke der gedrehten Abschnitte in Ihrem Entwurf für die CNC-Bearbeitung auf über 0,02 Zoll zu belassen.

2.5 Merkmalssymmetrie

Jedes zu einem Drehteil hinzugefügte Merkmal muss im Allgemeinen symmetrisch zur Drehachse sein. Um Geometrien oder Merkmale hinzuzufügen, die nicht axialsymmetrisch sind, sind kompliziertere Bearbeitungen und Einstellungen erforderlich. Stufen, Verjüngungen, Fasen und Kurven sind Eigenschaften, die sich hervorragend zum Drehen eignen.

Gelegentlich ist es erforderlich, einem Drehteil Eigenschaften hinzuzufügen, die nicht axialsymmetrisch sind, was möglicherweise einen anderen Arbeitsgang erforderlich macht. Sie können ein wenig Symmetrie beibehalten, auch wenn dies erforderlich ist.

3. Design zum Bohren

Unter diesem Begriff versteht man Vorgänge, bei denen Löcher in Werkstücke eingebracht werden. Die bei diesem Vorgang verwendeten Werkzeuge verfügen über eine konische Spitze, die es ihnen ermöglicht, während der Bearbeitung tief in das Material einzutauchen.

Berücksichtigen Sie die folgenden Vorschläge, wenn Sie ein Design für CNC-Bohrungen erstellen.

3.1 Angemessene Lochtiefe

Das Bohren sollte niemals tiefer als das Zwölffache des nächstgelegenen Bohrerdurchmessers erfolgen. Der Grund dafür ist, dass Bohrer, die so lang oder länger sind, an Steifigkeit verlieren, die Fähigkeit verlieren, eine enge Toleranz einzuhalten, und dass die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs größer ist. Erwägen Sie außerdem, den Lochdurchmesser zu vergrößern, wenn Sie tiefer graben müssen.

Wenn jedoch ein tiefes Loch unerlässlich ist, besteht eine andere Alternative darin, von beiden Seiten des Teils zu bohren. Bedenken Sie, dass der Herstellungsprozess länger dauert und mehr kostet, da eine zweite Bearbeitungseinrichtung erforderlich ist.

3.2 Teillöcher vermeiden

Da die Wahrscheinlichkeit groß ist, dass die Spitze wandert, sollte man Teillöcher am besten vermeiden. Wenn jedoch nur ein Teil des Lochs erforderlich ist, achten Sie darauf, dass die Bohrerachse so auf dem Material bleibt, dass das Bauteil den größten Teil des Lochs aufnehmen kann.

3.3 Bohrachse senkrecht zur Oberfläche halten

Die Bohrerachse sollte senkrecht zur Oberfläche stehen, um ein Abwandern der Spitze zu verhindern. Eine flache Tasche mit flachem Boden, die in die Oberfläche eines runden Gegenstands eingearbeitet ist, ermöglicht es dem Bohrer häufig, senkrecht zur Oberfläche des Teils einzudringen. Um diese Herausforderung zu lösen, ist es am besten, eine Pilotbohrung zu verwenden, obwohl diese Wahl bei der CNC-Maschinenprogrammierung und nicht bei der CNC-Teilekonstruktion notwendig wäre.

3.4 Vermeiden Sie das Bohren durch Hohlräume

Stellen Sie sicher, dass im Teil noch keine Hohlräume vorhanden sind, wenn Sie die Positionen Ihrer Bohrlöcher in Ihren CNC-Konstruktionsideen planen. Das gebohrte Loch kann den Hohlraum bei Bedarf leicht überschneiden, vorausgesetzt, dass die Mittelachse des Lochs dies tut.