EU
Computer Numerical Control (CNC-bewerking) is een hoeksteen van de moderne productiemethode en maakt de productie van zeer nauwkeurige metalen onderdelen en kunststofcomponenten mogelijk uit ruw materiaal.
Dit subtractieve productieproces maakt gebruik van computergestuurde snijgereedschappen om materiaal van een massief werkstuk te verwijderen en het in de gewenste vorm te brengen op basis van een digitaal CAD-bestand. Het wordt gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, de auto-industrie en de productie van medische apparatuur.
Deze uitgebreide ontwerphandleiding voor CNC-bewerking biedt ingenieurs en ontwerpers gedetailleerde richtlijnen voor het maken van CNC-bewerkte onderdelen die produceerbaar, kosteneffectief zijn en voldoen aan strenge functionele vereisten.
Ontwerprichtlijnen voor algemene functies
Het ontwerpen van onderdelen voor CNC-bewerking vereist een diepgaand begrip van de mogelijkheden en beperkingen van het proces. In de volgende secties leert u over de beste werkwijzen voor veelvoorkomende kenmerken van CNC-bewerkte onderdelen, zodat ze functioneel en produceerbaar zijn.
Toleranties
Toleranties beperken de toegestane hoeveelheid maatafwijkingen voor de onderdelen, zodat de CNC-bewerkte onderdelen passen en functioneren zoals gespecificeerd.
Voor CNC-bewerking liggen de standaardtoleranties op ±0.005 inch (0.127 mm) tot ±0.001 inch (0.025 mm), afhankelijk van de machine, het materiaal en de complexiteit van een kenmerk.
Geavanceerde machinewerkplaatsen kunnen echter nauwkeurige toleranties van ±0.0005 inch (0.0127 mm) aanhouden voor zaken als geruimde gaten. Dit gaat echter ten koste van een langere bewerkingstijd, speciaal gereedschap en meer kwaliteitscontroles, wat zowel de productietijd als de kosten voor CNC-bewerking verhoogt.
Bij het ontwerpen van de CNC-bewerking moet rekening worden gehouden met het volgende:
Pas selectief nauwe toleranties toe:
Gebruik nauwe toleranties op kritische afmetingen, bijvoorbeeld pasvlakken of functionele interfaces, om de kosten van CNC-bewerking te beperken. Gebruik daarentegen ruimere toleranties voor niet-kritieke kenmerken om het CNC-bewerkingsproces te versnellen.
Materiële overwegingen:
Thermoplastische materialen ondergaan thermische uitzetting en krimp. Materialen die gevoelig zijn voor thermische uitzetting en krimp kunnen beter worden gebruikt met toleranties groter dan ±0.1 mm (0.004 inch). Materialen zoals PEEK zijn een goede keuze voor nauwe toleranties in bewerkte kunststofonderdelen.
Precisie en kostenbalans:
Als u te hoge toleranties specificeert, verspilt u onnodig bewerkingstijd en CNC-bewerkingskosten. Om dit te voorkomen, moet u met productiepartners overleggen om haalbare toleranties voor uw toepassing te bepalen.
Als ontwerper kunt u de kostenefficiëntie handhaven en voldoen aan de functionele vereisten van CNC-bewerkte onderdelen door toleranties nauwkeurig te specificeren in technische tekeningen.
Gaten
Gaten zijn essentiële onderdelen van CNC-gefreesde onderdelen en worden gebruikt voor bijvoorbeeld bevestiging, uitlijning en vloeistofdoorvoer.
Door gaten
Deze gaten worden doorlopende gaten genoemd omdat ze volledig door het onderdeel heen lopen. Hierdoor kunt u efficiënt spaanafvoer en koeling uitvoeren in het CNC-bewerkingsproces.
Een boor maakt het bewerken van deze gaten gemakkelijker. Je moet ze gebruiken waar nodig, omdat ze het risico op beschadiging van het snijgereedschap verminderen en gemakkelijk ruimen of draadsnijden mogelijk maken.
Blinde gaten
Blinde gaten dringen niet volledig door in het onderdeel en vereisen een zorgvuldige dieptebepaling. Om de gewenste vorm te bereiken, moet u minimaal 25% extra diepte toevoegen vanwege de conische boorpunt, die meestal een hoek van 135° maakt.
Een blind gat van 10 mm diep met een boor van 5 mm moet bijvoorbeeld een totale diepte van minimaal 12.5 mm hebben om de functionele maximale diepte te bereiken. Deze extra diepte is geschikt voor spaanvorming en de geometrie van de boor.
Gaten met schroefdraad
Schroeven en bouten maken goed gebruik van schroefgaten, omdat een nauwkeurig CNC-ontwerp nodig is om stevigheid en vervaardigbaarheid te garanderen.
Gebruik daarnaast ook standaard gatdiameters, zoals M6 of groter, zodat u geen speciaal gereedschap zoals speciale tappen hoeft te gebruiken, wat uw CNC-bewerkingskosten en levertijd verhoogt. Zorg voor een schroefdraad die 1.5 tot 3 keer zo groot is als de gatdiameter voor voldoende sterkte.
Een goed CNC-bewerkingsontwerp zorgt ervoor dat gaten bewerkbaar zijn en aan de functionele vereisten voldoen, zonder dat dit ten koste gaat van de integriteit van het onderdeel.
Boorrichtlijnen
De volgende richtlijnen voor het optimaliseren van het gatontwerp zijn van toepassing op CNC-bewerking:
Vermijd gedeeltelijke gaten:
Geboorde gaten moeten volledig in het materiaal zitten, zodat de boorpunt niet van de opgegeven coördinaten afwijkt en er geen schade aan het snijgereedschap ontstaat.
Houd de booras loodrecht:
De booras moet loodrecht op het oppervlak worden gehouden voor nauwkeurigheid en een lange levensduur van het snijgereedschap. Boren die niet loodrecht op het oppervlak worden uitgevoerd, vereisen speciaal gereedschap of meerassige machines, wat de complexiteit verhoogt.
Vermijd boren door holtes:
Controleer of boorpaden geen holtes kruisen, aangezien dit breuk van het snijgereedschap kan veroorzaken en de kwaliteit van het gat negatief kan beïnvloeden. Als holtes niet kunnen worden vermeden, neem dan zo snel mogelijk contact op met uw productiepartners om alternatieve bewerkingsprocessen te onderzoeken.
Gebruik standaard boormaten:
Het boren van gaten met standaard boormaten, variërend van 0.2 mm tot 25 mm, helpt de kosten van CNC-bewerking te verlagen en het CNC-bewerkingsproces te vereenvoudigen. Cluster geboorde gaten met vergelijkbare gatdiameters zoveel mogelijk bij elkaar om het aantal gereedschapswisselingen en daarmee de productietijd te verkorten.
Vermijd diepe tikken:
Beperk de tapdiepte tot drie keer de gatdiameter om scheurbreuk te voorkomen en voldoende schroefdraad te garanderen. Overweeg diepere schroefgaten met draadvormende schroeven of inzetstukken.
Door zich aan deze richtlijnen te houden, kunnen ontwerpers gaten creëren die zowel functioneel als kosteneffectief zijn, waardoor de uitdagingen tijdens het CNC-bewerkingsproces tot een minimum worden beperkt.
wanddikte
Dunne wanden kunnen leiden tot trillingen, doorbuiging van gereedschap en een slechte oppervlakteafwerking, terwijl te dikke wanden de kosten voor grondstoffen en de bewerkingstijd verhogen.
De aanbevolen minimale wanddikte is als volgt:
| Benodigdheden | Aanbevolen minimum | Haalbaar minimum |
| Delen van het Metaal | 0.8 mm (in 0.031) | 0.5 mm (in 0.020) |
| Kunststoffen | 1.5 mm (in 0.059) | 1.0 mm (in 0.039) |
Als u het onderdeel stabieler wilt maken, moet u ervoor zorgen dat de wanddikte overal gelijk is en dat de hoeveelheid spanning wordt verminderd, zodat het bewerkingsproces efficiënter verloopt.
Voor CNC-bewerkingsonderdelen met dunne wanden is het de moeite waard om ribben of hoekplaten toe te voegen om de stijfheid te verbeteren zonder het geheel zwaarder te maken.
Bovendien moet u geleidelijk schakelen tussen dikke en dunne wanden, wat scherpe binnenhoeken en problemen met het bewerkingsproces helpt voorkomen. Zorg er bij het ontwerpen van hoge, verticale wanden ook voor dat er geen interferentie is en dat de afmetingen nauwkeurig zijn. Zorg er hiervoor voor dat u toegang hebt tot het gereedschap.
Draden en inzetstukken
Schroefgaten en inzetstukken zijn van essentieel belang voor het bevestigen van CNC-bewerkte onderdelen en vereisen een nauwkeurig CNC-bewerkingsontwerp om sterkte en verwerkbaarheid te verkrijgen.
Voor gaten met schroefdraad gebruikt u altijd een standaard gatdiameter (bijvoorbeeld M6 of groter). U hebt dan geen speciaal gereedschap zoals speciale tappen nodig, omdat deze de kosten voor CNC-bewerking en de doorlooptijd verhogen.
Zorg ervoor dat de schroefdraad 1.5 tot 3 keer de diameter van het gat bedraagt voor voldoende stevigheid; voor kleine schroefgaten dient u een speling aan de onderkant aan te brengen zodat de tap niet breekt. De diameter van het voorboorgat moet overeenkomen met de gekozen tap voor een perfecte schroefdraad.
Inzetstukken zoals spiraalvormige of perspassing-inzetstukken worden geplaatst om de levensduur van de schroefdraad in zachte materialen of in toepassingen met hoge slijtage te verbeteren.
De diameter en maximale diepte van de gaten moeten overeenkomen met de inzetstukken. Deze moeten voor de duidelijkheid op de technische tekening worden vermeld.
Beperk de tapdiepte tot drie keer de diameter van het gat om breuk van snijgereedschap te voorkomen en betrek de productie bij de selectie van de juiste draadnormen en inzetstuktypen.
Tekst
Het toevoegen van tekst op CNC-gefreesde onderdelen voor markeringen of branding is een taak die een goed CNC-bewerkingsontwerp vereist, zodat de tekst duidelijk leesbaar is en eenvoudig kan worden geproduceerd.
Graveren heeft de voorkeur boven reliëfdruk omdat het veel gemakkelijker te bewerken is met een snijgereedschap en het ook duidelijker uitkomt. Schreefloze lettertypen zoals Arial hebben over het algemeen de voorkeur met een minimale tekengrootte van 20 punten of een hoogte van 5 mm voor een goede leesbaarheid.
Maak de diepte beperkt om te voorkomen dat het onderdeel verzwakt. De breedte van de tekst moet gelijk zijn aan de breedte van het kleinste beschikbare gereedschap.
Tekst moet op een vlakke ondergrond worden geplaatst om vervorming te voorkomen, en het lettertype moet worden vereenvoudigd om het aantal bewerkingsstappen te beperken. Hoe kleiner het snijgereedschap, hoe fijner de details, maar dit verhoogt de bewerkingstijd.
Hoe fijner de geselecteerde details, hoe hoger de kosten voor CNC-bewerking. CNC-bewerking moet alle tekstkenmerken op de technische tekening specificeren om de tekst tijdens de bewerking getrouw weer te geven.
radii
Hoekradius is een essentieel kenmerk bij CNC-bewerking om scherpe binnenhoeken te voorkomen die moeilijk te maken zijn vanwege de cilindrische geometrie van snijgereedschappen zoals frezen en kogelkoppen.
De binnenhoekradius moet ongeveer de helft van de diameter van het te gebruiken gereedschap bedragen. Als de diameter van het snijgereedschap 1/4 inch is, moet de minimale hoekradius dus 1/8 inch (3.18 mm) zijn. Een hoekradius van meer dan 1/3 van de variabele holtediepte is ook wenselijk voor een betere toegang tot het gereedschap en een sterker onderdeel.
Bij buitengevels met scherpe hoeken kunt u beter afschuiningen gebruiken in plaats van scherpe randen. Dit zorgt voor meer veiligheid en esthetiek.
Wanneer de hoekradius over het hele onderdeel consistent is, zijn er minder snijgereedschapswisselingen nodig, wat de bewerkingstijd verkort. Het gebruik van de grootste binnenradiussen in uw ontwerp bevordert een snellere materiaalverwijdering en efficiëntere CNC-bewerking, wat de kosten en doorlooptijd ten goede komt.
Holten en zakken
Holtes en pockets zijn enkele diepe onderdelen die CNC-gefreesd moeten worden, rekening houdend met mogelijke interferentie met het gereedschap en de structurele integriteit van het onderdeel. Over het algemeen moet de diepte-breedteverhouding beperkt blijven tot 4:1 om scherpe binnenhoeken te voorkomen, aangezien deze doorbuiging van het gereedschap en een slechte oppervlakteafwerking veroorzaken.
Gebruik minimaal een interne hoekradius van 0.5 mm of 1/3 van de variabele holtediepte om CNC-bewerking te ondersteunen en spanningsconcentraties te verminderen. De kleine vloerhoekradius (bijv. 0.5 mm) draagt bij aan de oppervlakteafwerking en duurzaamheid van het onderdeel.
Overweeg trapsgewijze ontwerpen voor diepere holtes en pockets om de materiaalverwijdering te verbeteren en de toegang tot gereedschap te garanderen. T-bone-ondersnijdingen worden gebruikt wanneer scherpe hoeken nodig zijn, zodat een standaardgereedschap de gewenste vorm kan vormen.
Zorg ervoor dat de variabele holtediepte en hoekradius duidelijk worden gespecificeerd in de technische tekeningen voor nauwkeurige CNC-bewerking.
CNC-bewerkingsontwerpgids voor het freesproces
Bij CNC-frezen worden snijgereedschappen, zoals freesgereedschappen, rondgedraaid om materiaal langs een cirkelvormig pad te verwijderen. Zo ontstaan diepe vormen zoals sleuven, holtes en holtes, en machinecontouren.
Dit bewerkingsproces is ideaal voor het produceren van complexe geometrieën, maar vereist een zorgvuldig CNC-bewerkingsontwerp om de efficiëntie en kwaliteit te optimaliseren.
Gebruik standaard snijgereedschappen
Standaardgereedschappen, waaronder gereedschappen voor vlakke frezen en kogelfrezen, zijn goedkoper en gemakkelijker verkrijgbaar, waardoor de doorlooptijd en de kosten voor CNC-bewerking worden verlaagd. Voor bijzondere cilindrische geometrieën of nauwe toleranties kunnen niet-standaard of speciale gereedschappen nodig zijn, wat resulteert in een langere productietijd.
Het afstemmen van de afmetingen van de elementen op de standaard gereedschapsdiameter vereenvoudigt het CNC-bewerkingsproces. Zo is een uitsparing met een hoekradius gelijk aan die van een standaard 1/4″ frees veel gemakkelijker te bewerken dan een uitsparing waarvoor speciaal gereedschap nodig is.
Vermijd scherpe interne hoeken
Scherpe binnenhoeken zijn vrijwel onmogelijk te bewerken met CNC-frezen vanwege de cilindrische geometrie van de snijgereedschappen.
Zorg voor een interne hoekradius die groter is dan of gelijk is aan de gereedschapsdiameter, zodat er voldoende ruimte is voor het gereedschap om materiaal te verwijderen en de spanningsconcentratie te verminderen. Een frees van 6 mm vereist bijvoorbeeld een minimale interne hoekradius van 3 mm.
Het vermijden van scherpe binnenhoeken verlengt bovendien de levensduur van het snijgereedschap en verbetert de oppervlakteafwerking en daarmee de kwaliteit van de bewerkte onderdelen.
Vermijd diepe, smalle gleuven
Diepe kenmerken met zulke smalle sleuven veroorzaken doorbuiging van het gereedschap en trillingen, wat leidt tot onnauwkeurigheden in afmetingen en kenmerken, wat een fijne afwerking in de weg staat. Daarom moeten ze stabiel worden ontworpen met een minimale breedte-diepteverhouding van 3:1 voor sleuven.
Indien diepere sleuven moeten worden gemaakt, worden in overleg met productiepartners getrapte ontwerpen of andere bewerkingen zoals draadvonken overwogen.
Ontwerp met de grootst mogelijke interne radius
Door de grootst mogelijke interne radiussen toe te staan bij gefreesde diepe vormen, kan materiaal sneller worden verwijderd. Hierdoor is er minder behoefte aan kleine, zeer delicate snijgereedschappen.
Het wordt aanbevolen om een binnenhoekradius van 0.8 mm of meer te gebruiken, omdat deze overeenkomt met standaard gereedschappen. Hierdoor kan de bewerkingsefficiëntie worden verhoogd en de productietijd worden verkort.
Grotere binnenradiussen verhogen bovendien de sterkte van het bewerkte onderdeel, doordat de spanningsconcentraties bij de binnenhoeken tot een minimum worden beperkt.
CNC-bewerkingsontwerpgids voor het draaiproces
Bij CNC-draaien wordt het werkstuk recht gedraaid terwijl een stationair snijgereedschap het vormgeeft. Meestal ontstaan er cilindrische vormen zoals assen en bussen.
Vermijd scherpe interne hoeken
Net als bij CNC-frezen zijn scherpe binnenhoeken lastig te snijden bij CNC-draaien vanwege de beperkingen van de machine. Het afronden of afschuinen van de hoeken vergemakkelijkt de materiaalverwijdering en verhoogt de sterkte van het bewerkte onderdeel.
Voor binnenhoeken gebruikt u binnenhoekradiussen die overeenkomen met de gereedschapsgeometrie. Doorgaans is dit minimaal de helft van de gereedschapsdiameter. Dit zorgt ervoor dat de CNC-bewerking soepel verloopt.
Vermijd lange, dunne delen
Lange en dunne bewerkte onderdelen hebben de neiging te trillen en het gereedschap af te buigen tijdens het CNC-draaien, wat onnauwkeurigheden veroorzaakt. Houd een lengte-diameterverhouding van minder dan 8:1 aan om het onderdeel stabiel te houden. Ondersteun langere bewerkte onderdelen met een centerboor of losse kop om de stabiliteit tijdens het CNC-draaien te vergroten.
Deze eisen moeten duidelijk op de technische tekeningen worden aangegeven, zodat de machinewerkplaatsen weet hoe ze te werk moeten gaan.
Vermijd dunne muren
Dunne wanden kunnen de structurele integriteit van CNC-draaiwerk beïnvloeden en het bewerkingsproces compliceren. Houd voor stabiliteit een minimale wanddikte van 0.5 mm aan voor metalen en 1.5 mm voor kunststoffen.
Als er dunnere wanden nodig zijn, kunnen er ondersteuningsmechanismen worden toegevoegd of kan het de moeite waard zijn om uw productiepartners te raadplegen over alternatieve bewerkingsprocessen.
CNC-bewerkingsontwerpgids voor het boorproces
Boren bij CNC-bewerkingen gebeurt met een boor om gaten te maken. Dit gebeurt vaak als onderdeel van CNC-frees- of CNC-draaibewerkingen.
Vermijd gedeeltelijke gaten
Gedeeltelijke gaten kunnen ertoe leiden dat de boorpunt afwijkt, waardoor het gat onnauwkeurig wordt gepositioneerd. Boor gaten volledig door het ruwe materiaal heen om nauwkeurigheid te garanderen en schade aan het snijgereedschap te voorkomen. Als gedeeltelijke gaten vereist zijn, bespreek dan mogelijke bewerkingsprocessen met productiepartners.
Houd de booras loodrecht op het oppervlak
Door de booras loodrecht te houden, wordt de plaatsing van het gat verbeterd en slijt het snijgereedschap minder snel. Als gaten zonder loodrechtheid worden geboord, zijn mogelijk speciale gereedschappen of een meerassige machine nodig, wat de complexiteit en kosten van CNC-bewerking verder verhoogt. Geef de loodrechte as van de boor aan op de technische tekening, zodat u er tijdens CNC-bewerking naar kunt verwijzen.
Vermijd boren door holtes
Boren door holtes en gaten kan leiden tot breuk van de boor en onnauwkeurig geplaatste gaten. Zorg ervoor dat de boor vrij is van holtes of gaten om het snijgereedschap te beschermen en de gewenste vorm te verkrijgen. Als er holtes en gaten moeten worden gemaakt, kan men andere bewerkingsprocessen overwegen of het bewerkte onderdeel aanpassen aan de booras.
Gebruik standaard boormaten
Standaardboormaten variërend van 0.2 mm tot 25 mm verlagen de kosten van CNC-bewerking en de complexiteit van CNC-bewerking.
Niet-standaard gatdiameters vereisen mogelijk speciaal gereedschap of extra instellingen, wat de doorlooptijd en kosten verhoogt. Raadpleeg tabellen met standaard boormaten om aan te sluiten bij de mogelijkheden van de machinewerkplaats en groepeer geboorde gaten met dezelfde gatdiameter om het wisselen van snijgereedschap te minimaliseren.
Conclusie
Ontwerpen voor CNC-bewerking is een complex maar lonend proces waarbij zorgvuldig rekening moet worden gehouden met productiebeperkingen om CNC-bewerkte onderdelen van hoge kwaliteit en tegen lage kosten te produceren.
Door zich te houden aan de richtlijnen die in deze ontwerphandleiding voor CNC-bewerking worden beschreven, kunnen ingenieurs en ontwerpers onderdelen voor CNC-bewerking creëren die zijn geoptimaliseerd voor CNC-frees-, CNC-draai- en boorprocessen.