Почему важно проектировать для обработки
Обработка на станках с ЧПУ обеспечивает непревзойденную точность и гибкость использования материалов, но геометрия детали напрямую влияет на время цикла, износ инструмента и общую стоимость. Применение принципов проектирования для обработки (DFM) с самого начала помогает избежать дорогостоящих доработок, сокращает количество брака и обеспечивает эффективное производство деталей. В этом руководстве описаны наиболее эффективные правила DFM для фрезерования и токарной обработки на станках с ЧПУ, с упором на распространенные материалы, такие как алюминий, сталь и конструкционные пластики.
Правило 1: Избегайте глубоких и узких полостей
Концевые фрезы имеют ограниченное соотношение длины и диаметра. Глубокая прорезь небольшой ширины вынуждает использовать инструменты с большой досягаемостью, склонные к прогибу и вибрации. Это ухудшает качество поверхности и сокращает срок службы инструмента. Как правило, глубина полости должна быть менее чем в 4 раза больше диаметра инструмента. Для более глубоких элементов рассмотрите возможность использования более крупного инструмента для черновой обработки и меньшего для чистовой обработки или разделите деталь на сборку.
Правило 2: Проектируйте инструменты стандартных размеров
Угловые радиусы, диаметры отверстий и ширина пазов должны соответствовать обычным диаметрам инструмента (например, 3 мм, 6 мм, 10 мм, 12 мм). Радиус, требующий специального фреза, увеличивает стоимость и время выполнения заказа. Аналогично, внутренние углы должны иметь радиус, равный или превышающий радиус стандартной концевой фрезы. Для сквозных отверстий используйте сверла стандартных размеров (дробные, метрические или нумерованные), чтобы избежать использования сверл по специальному заказу.
Внутренние угловые радиусы
Острые внутренние углы (90°) нельзя обрабатывать вращающимся инструментом. Всегда указывайте радиус. Идеальное значение составляет не менее R = 0,5 мм (или ~0,020 дюйма). Для более крупных деталей используйте R = 1,5 мм, 3 мм или 6 мм. Радиус, соответствующий обычному размеру инструмента, уменьшает количество проходов и сокращает время цикла.
Правило 3: Минимизируйте тонкие стены и секции пола
Тонкие стенки (менее 1 мм в металле, менее 2 мм в пластике) вибрируют во время резки, что приводит к ухудшению качества обработки и отклонениям размеров. Они также склонны к поломке во время транспортировки. Если тонкие стенки неизбежны, спроектируйте их с опорными ребрами или уменьшите глубину резания. Толщина секций пола должна быть выше 1,5 мм для алюминия и 2,5 мм для стали. Использовать 
соответствующее крепление для гашения вибрации.
Правило 4: Укажите разумные допуски
Более жесткие допуски требуют более низких скоростей подачи, большего количества проходов и часто нескольких настроек. Для общей обработки на станках с ЧПУ стандарта ISO 2768-m (или его эквивалента) достаточно для большинства функций. Применяйте более жесткие допуски (±0,025 мм или меньше) к сопрягаемым поверхностям и критическим размерам. Чрезмерные допуски по каждому размеру увеличивают затраты в геометрической прогрессии. Используйте геометрические допуски (GD&T), где это возможно, но сохраняйте их простоту. Например, оправдано обозначение плоскостности на уплотняющей поверхности; выноска параллельности на косметической поверхности не является.
Типичные диапазоны допусков
- Стандартная обработка: ±0,1 мм (±0,004 дюйма)
- Прецизионная обработка: ±0,025 мм (±0,001 дюйма)
- Высокоточные (шлифовка, координатно-расточная обработка): ±0,005 мм (±0,0002 дюйма) – дорого и медленно
Правило 5: Оптимизируйте характеристики резьбы
Резьбовые отверстия часто встречаются в деталях с ЧПУ. Для размеров от M3 до M12 используйте стандартную метрическую крупную резьбу. Избегайте мелкого шага или нестандартных диаметров. Глухие отверстия должны иметь достаточную глубину для крана – нижняя часть крана не имеет полной резьбы. Глубина глухого отверстия с резьбой до дна должна быть не менее 2,5 раз больше диаметра резьбы. Сквозные отверстия всегда предпочтительнее для нарезания резьбы. Если резьба должна начинаться близко к уступу, сделайте фаску или подрез, чтобы обеспечить чистый вход метчика.
Правило 6: Избегайте нависающих элементов
Элементы, которые выступают из основного корпуса без поддержки, требуют специального крепления или нескольких настроек. Например, длинному рычагу, выступающему из основания, во время обработки потребуется опора для предотвращения вибрации. Если возможно, добавьте временные опорные выступы, которые можно будет удалить после механической обработки, или спроектируйте деталь как две более простые детали, которые позже собираются (например, скрепляются болтами или свариваются). Для изделий сложной геометрии рассмотрите возможность пятиосной обработки или электроэрозионной обработки, но оцените компромиссные варианты затрат на ранних стадиях проектирования.
Правило 7: выбирайте материалы с учетом обрабатываемости
- Алюминий (6061, 6082): Отличная обрабатываемость, хорошая прочность, низкая стоимость. Идеально подходит для прототипирования и производства.
- Латунь (C36000): Свободная резка, отлично подходит для резьбовых деталей и фитингов.
- Сталь (1018, 12Л14): 12Л14 обладает превосходной обрабатываемостью; по возможности избегайте нержавеющей стали 304/316 для больших объемов.
- Пластики (делрин, нейлон): Легко обрабатывается, но требует острых инструментов и правильной эвакуации стружки.
Всегда проверяйте, что выбранный вами материал доступен в стандартных размерах (круглый стержень, прямоугольный стержень, пластина), чтобы минимизировать отходы материала и затраты.
Заключение
Внедрение принципов проектирования для обработки на ранних этапах цикла разработки продукта может сократить производственные затраты на 30% и более, одновременно улучшая качество и сокращая время выполнения заказа. Сотрудничайте с опытным цехом с ЧПУ, например Хунке ЧПУ на этапе проектирования для проверки ваших моделей и оптимизации траекторий движения инструментов. Чтобы получить полный контрольный список правил DFM, адаптированных к геометрии вашей конкретной детали, свяжитесь с нашей командой инженеров.
