Best Design Practices für benutzerdefinierte bearbeitete Teile

Zeit: 2017-11-24
Zusammenfassung: Um erfolgreich an einer CNC-Maschine teilzuhaben, weisen Programme die Maschine an, wie sie sich bewegen soll. Die programmierten Anweisungen werden unter Verwendung von Computer-Aided-Manufacturing (CAM) -Software in Verbindung mit dem vom Kunden bereitgestellten Computer-Aided-Design (CAD) -Modell codiert.
Um erfolgreich an einer CNC-Maschine teilzuhaben, weisen Programme die Maschine an, wie sie sich bewegen soll. Die programmierten Anweisungen werden unter Verwendung von Computer-Aided-Manufacturing (CAM) -Software in Verbindung mit dem vom Kunden bereitgestellten Computer-Aided-Design (CAD) -Modell codiert. Das CAD-Modell wird in die CAM-Software geladen und Werkzeugwege werden basierend auf der erforderlichen Geometrie des hergestellten Teils erstellt. Nach der Ermittlung der Werkzeugwege erstellt die CAM-Software einen Maschinencode (G-Code), der die Maschine darüber informiert, wie schnell sie sich bewegen, wie schnell der Werkstoff und / oder das Werkzeug gedreht werden soll und wie die Position in einer 5-Achsen-Koordinate bewegt wird System.

Komplexe zylindrische Formen können mit einer CNC-Drehmaschine gegenüber einer 3- oder 5-Achs-CNC-Fräsmaschine kostengünstiger hergestellt werden. Bei einer CNC-Drehmaschine sind die Schneidwerkzeuge stationär und der Werkstückbestand dreht sich, während bei einer CNC-Mühle das Werkzeug dreht und der Lagerbestand fixiert wird. Um die Geometrie zu erstellen, steuert der CNC-Computer die Rotationsgeschwindigkeit des Materials sowie die Bewegungen und Vorschubgeschwindigkeiten der stationären Werkzeuge, die zur Herstellung des Teils erforderlich sind. Wenn quadratische Merkmale an einem runden Teil erzeugt werden müssen, wird zuerst die runde Geometrie auf der CNC-Drehmaschine erstellt und dann werden die quadratischen Merkmale auf einer CNC-Mühle hergestellt.
Da der Computer die Maschinenbewegung steuert, können die X-, Y- und Z-Achsen alle gleichzeitig bewegt werden, um eine Reihe von Funktionen zu erzeugen, von einfachen geraden Linien bis hin zu komplexen geometrischen Formen. Es gibt einige Einschränkungen bei der CNC-Bearbeitung, und nicht alle Formen und Merkmale können selbst mit den Fortschritten, die bei Werkzeug- und CNC-Steuerungen gemacht werden, erzeugt werden. Die Einschränkungen werden später diskutiert.
Was genau ist eine computer-numerisch gesteuerte (CNC) Bearbeitung? Es ist ein Mittel, um Teile herzustellen, indem Material mit Hochgeschwindigkeits- Präzisionsrobotermaschinen entfernt wird, die eine Reihe von Schneidwerkzeugen verwenden, um das endgültige Design zu erstellen. CNC-Maschinen, die häufig verwendet werden, um die geometrischen Formen zu erzeugen, die von den Kunden benötigt werden, sind vertikale Fräsmaschinen, horizontale Fräsmaschinen und Drehmaschinen.

GESPONSERTE INHALTE
2017 Machine Design Jahresgehalt & Karriere Bericht
20. Oktober 2017
Um erfolgreich an einer CNC-Maschine teilzuhaben, weisen Programme die Maschine an, wie sie sich bewegen soll. Die programmierten Anweisungen werden unter Verwendung von Computer-Aided-Manufacturing (CAM) -Software in Verbindung mit dem vom Kunden bereitgestellten Computer-Aided-Design (CAD) -Modell codiert. Das CAD-Modell wird in die CAM-Software geladen und Werkzeugwege werden basierend auf der erforderlichen Geometrie des hergestellten Teils erstellt. Nach der Ermittlung der Werkzeugwege erstellt die CAM-Software einen Maschinencode (G-Code), der die Maschine darüber informiert, wie schnell sie sich bewegen, wie schnell der Werkstoff und / oder das Werkzeug gedreht werden soll und wie die Position in einer 5-Achsen-Koordinate bewegt wird System.
Komplexe zylindrische Formen können mit einer CNC-Drehmaschine gegenüber einer 3- oder 5-Achs-CNC-Fräsmaschine kostengünstiger hergestellt werden. Bei einer CNC-Drehmaschine sind die Schneidwerkzeuge stationär und der Werkstückbestand dreht sich, während bei einer CNC-Mühle das Werkzeug dreht und der Lagerbestand fixiert wird. Um die Geometrie zu erstellen, steuert der CNC-Computer die Rotationsgeschwindigkeit des Materials sowie die Bewegungen und Vorschubgeschwindigkeiten der stationären Werkzeuge, die zur Herstellung des Teils erforderlich sind. Wenn quadratische Merkmale an einem runden Teil erzeugt werden müssen, wird zuerst die runde Geometrie auf der CNC-Drehmaschine erstellt und dann werden die quadratischen Merkmale auf einer CNC-Mühle hergestellt.
Da der Computer die Maschinenbewegung steuert, können die X-, Y- und Z-Achsen alle gleichzeitig bewegt werden, um eine Reihe von Funktionen zu erzeugen, von einfachen geraden Linien bis hin zu komplexen geometrischen Formen. Es gibt einige Einschränkungen bei der CNC-Bearbeitung, und nicht alle Formen und Merkmale können selbst mit den Fortschritten, die bei Werkzeug- und CNC-Steuerungen gemacht werden, erzeugt werden. Die Einschränkungen werden später diskutiert.

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Allgemeine Toleranzen
Wenn eine Zeichnung oder ein Datenblatt vom Kunden nicht zur Verfügung gestellt wurde, kann ein Unternehmen allgemeine Spezifikationen für die Herstellung eines Modells angeben. Diese Spezifikationen können sich von einem Unternehmen zu einem anderen ändern. Darüber hinaus haben einige Unternehmen keine Standardtoleranzen und müssen vom Kunden die Spezifikationen angeben.
Die Toleranz für alle Abmessungen beträgt ± 0,005 Zoll für alle Metallteile und ± 0,010 Zoll für alle Kunststoffteile.
Das Finish wird ein gefrästes Finish mit bis zu 125 Mikrozoll RMS sein.
Wenn dem Angebot und einer bereitgestellten Zeichnung keine Gewindebohrungen hinzugefügt werden, werden diese nicht zum Teil hinzugefügt und auf den im Modell angegebenen Durchmesser bearbeitet.
Keine Oberflächenbehandlung (Perlenstrahl, Eloxierung, Pulverbeschichtung, etc.) wird angewendet, sofern nicht ausdrücklich vom Kunden gewünscht.
Bei Metallteilen sollten die Wände mindestens 0,030 Zoll (~ 0,75 mm) dick sein.
Bei Kunststoffteilen sollten die Wände mindestens 0,060 Zoll (~ 1,5 mm) dick sein.

Teiltoleranzen
Toleranz ist der akzeptable Bereich für eine Bemaßung, die vom Designer basierend auf Form, Passung und Funktion eines Teils festgelegt wird. Es ist wichtig, im Auge zu behalten, dass eine engere Toleranz zu zusätzlichen Kosten aufgrund von erhöhtem Ausschuss, zusätzlichen Spannvorrichtungen und / oder speziellen Messwerkzeugen führen kann.
Längere Zykluszeiten können ebenfalls zu den Kosten beitragen, wenn die Maschine verlangsamen muss, um engere Toleranzen einzuhalten. Abhängig von der Toleranzanforderung und der damit verbundenen Geometrie können die Kosten mehr als doppelt so hoch sein wie die Standardtoleranz. Engere Toleranzen sollten nur verwendet werden, wenn es notwendig ist, die Entwurfskriterien für das Teil zu erfüllen.
Darüber hinaus können geometrische Gesamttoleranzen auf die Zeichnung für das Teil angewendet werden. Basierend auf der geometrischen Toleranz und der Art der verwendeten Toleranz können die Kosten aufgrund der erhöhten Inspektionszeiten steigen.
Der beste Weg, um Toleranzen anzuwenden, besteht darin, nur enge und / oder geometrische Toleranzen auf kritische Bereiche anzuwenden, was die Kosten minimiert.

Größenbeschränkungen
Mahlen
Die Teilegröße ist auf die Funktionen und die Schnitttiefe der Maschine beschränkt, die für eine Komponente im Teil erforderlich sind. Beachten Sie, dass die Abmessungen eines Bauraums nicht der Teilegröße entsprechen. Zum Beispiel bedeutet ein Z-Hub von 38 Zoll nicht, dass ein Teil auf diese Tiefe oder Höhe bearbeitet werden kann (siehe unten). Abhängig von der Teilegröße und den zu bearbeitenden Merkmalen muss die Z-Höhe des Teils aufgrund des Werkzeugabstandes und der Schnitttiefe unter 38 Zoll liegen. Die Merkmale und die Größe des Teils bestimmen die bearbeitbare Höhe des Teils.

Drehbank
Die Drehmaschinenfunktionen hängen vom Bauraum oder dem Durchmesser und der Länge ab. Ein Unternehmen bietet auch eine Drehmaschine für den Live-Werkzeugbau an, die die Vorlaufzeiten dramatisch verkürzt und die Anzahl der Merkmale erhöht, die durch die Kombination zusätzlicher CNC-Fräsfunktionen innerhalb der Drehmaschine bearbeitet werden können.

Materialauswahl
Die Materialauswahl ist entscheidend für die Bestimmung der Gesamtfunktionalität und der Kosten des Teils. Der Designer muss die wichtigen Materialeigenschaften des Designs definieren - Härte, Steifigkeit, chemische Beständigkeit, Wärmebehandlungsfähigkeit und thermische Stabilität, um nur einige zu nennen.
Der Materialrohling ist die Größe des Materials, das zum Erstellen des fertigen Teils verwendet wird. Wenn beispielsweise die Abmessungen des fertigen Teils 3,5 Inch lang × 2 Inch breit × 1 Inch groß sind, dann müsste die Materialrohlinggröße in ihrer rohen Form mindestens 3,75 Inch lang × 2,125 Inch breit × sein 1.125 Zoll groß. Die Materialrohdichte ist ein weiterer Bereich, der während des Designprozesses berücksichtigt werden sollte.
Eine gute Regel, die zu befolgen ist, besteht darin, ein Leerzeichen zu berücksichtigen, das mindestens 0,125 Zoll größer als die Teilegröße ist. Wenn beispielsweise die endgültigen Abmessungen 1 Inch × 1 Inch × 1 Inch betragen sollen, würde der Rohling für das Teil 1,125 Inch × 1,125 Inch × 1,125 Inch betragen, um die Variationen im Rohmaterial zu berücksichtigen . Berücksichtigen Sie beim Entwerfen des Teils, ob Form, Passung und Funktion des Teils nicht geändert werden, wenn die endgültigen Teilabmessungen 0,875 Zoll × 0,875 Zoll × 0,875 Zoll betragen. Auf diese Weise wird ein Standard-1 Zoll hergestellt. x 1-in. x 1-in. Block könnte bestellt werden und einige Materialkosten gegenüber einem größeren Startplatz sparen.

Metalle
In der Regel können weichere Metalle wie Aluminium und Messing sowie Kunststoffe leicht bearbeitet werden und benötigen weniger Zeit, um Material zu entfernen, was wiederum Zeit und Kosten reduziert. Härtere Materialien, wie Edelstahl und Kohlenstoffstahl, müssen mit langsameren Spindeldrehzahlen und Maschinenvorschubgeschwindigkeiten bearbeitet werden, was die Zykluszeiten im Vergleich zu den weicheren Materialien verlängert. In der Regel wird Aluminium etwa viermal schneller als Kohlenstoffstahl und achtmal schneller als rostfreier Stahl bearbeitet.
Die Art des Materials ist ein entscheidender Faktor bei der Bestimmung der Gesamtkosten des Teils. Zum Beispiel ist 6061 Aluminium Stangenmaterial etwa die Hälfte des Preises pro Pfund Aluminiumplatte, und 7075 Aluminium Stangenmaterial kann zwei- bis dreimal die Kosten von 6061 Stangenmaterial betragen. Die Kosten für 304 Edelstahl sind etwa zwei- bis dreimal so hoch wie für 6061 Aluminium und etwa doppelt so viel wie für 1018 Kohlenstoffstahl.
Je nach Größe und Geometrie des Teils können die Materialkosten einen erheblichen Teil des Gesamtpreises des Teils ausmachen. Wenn das Design die Eigenschaften von Kohlenstoff oder Edelstahl nicht garantiert, sollten Sie die Verwendung von 6061 Aluminium in Betracht ziehen, um den Materialaufwand zu minimieren.

Kunststoffe
Kunststoffmaterial kann eine kostengünstigere Alternative zu Metallen darstellen, wenn das Design keine Steifigkeit von Metall erfordert. Polyethylen ist leicht zu bearbeiten und kostet etwa 1/3 des von 6061 Aluminium. Im Allgemeinen ist ABS ungefähr 1½ Mal so teuer wie Acetal; Nylon und Polycarbonat sind etwa dreimal so teuer wie Acetal. Beachten Sie, dass je nach Geometrie enge Toleranzen mit Kunststoffen schwieriger zu halten sind und dass die Teile nach der Bearbeitung aufgrund der beim Entfernen des Materials entstehenden Spannungen verziehen können.

Komplexität und Einschränkungen
Je komplexer das Teil ist, das konturierte Geometrie oder mehrere zu schneidende Flächen bedeutet, desto teurer ist es durch zusätzliche Rüstzeit und Zeit, um das Teil zu schneiden. Wenn ein Teil in zwei Achsen geschnitten werden kann, kann die Einrichtung und Bearbeitung schneller durchgeführt werden, wodurch die Kosten minimiert werden.
Bei einfachen zweiachsigen Teilen wird mehr Material entfernt, wenn sich das Werkzeug um das Teil herum bewegt als bei einem konturierten Teil. Bei einem komplexeren Teil müssen einige Bereiche mit sich bewegenden X-, Y- und Z-Achsen geschnitten werden.
Um eine komplexe Oberfläche mit einer guten Oberflächenbeschaffenheit zu erzeugen, müssen sehr kleine Schnitte verwendet werden. Dies erhöht die Zeit und somit den Preis eines Teils. Eine allgemeine Regel zur Minimierung der Kosten besteht darin, zu versuchen, nur zwei Achsenschnitte zu entwerfen, dies ist jedoch nicht immer möglich, wenn ein bestimmtes Aussehen oder Funktionalität erforderlich ist. Durch die Konsistenz der Teile, wie z. B. innere Eckenradien und Gewindebohrungen, können Teile gespart und Zeit und Geld gespart werden, da weniger Werkzeugwechsel erforderlich sind.
Ee-Achsen-Bearbeitung, weniger Einstellungen sind erforderlich, um ein Teil mit komplexer Geometrie zu erstellen.

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