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CNCの機械化の部品を設計する方法

August 9, 2022

機械で造るCNCの能力をフルに活用するためにはデザイナーは特定の製造の規則に続かなければならない。しかしこれは特定の業界標準がないので挑戦である場合もある。この記事では、私達はCNCの機械化のための最もよい設計練習の広範囲ガイドを編集した。

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私達は関連の費用を無視する現代CNCシステムの可能性の記述に焦点を合わせる。CNCのための費用効果が大きい部品の設計の指導のために、この記事を参照しなさい。
CNCの機械化
CNCの機械化は負の機械化の技術である。CNCではCADモデルに従って部品を作り出すために固体ブロックから材料を取除くのに、さまざまな高速回転(たくさんのRPM)用具が使用されている。金属およびプラスチックはCNCによって処理することができる。
CNCの機械化の部品に高い次元の正確さおよび厳密な許容がある。CNCは大量生産および一度だけの仕事のために適している。実際、CNCの機械化は現在3D印刷と比較される金属プロトタイプを、作り出す最も費用効果が大きい方法である。
CNCの主要な設計上の制限
CNCは大きい設計柔軟性を提供するが、ある設計上の制限がある。これらの限定は幾何学および用具のアクセスに用具を使うために主に関連する切断プロセスの基本的な機械工と、関連している。

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1. 用具の幾何学
共通CNC用具は(エンド ミルおよびドリル)限られた切断長さと円柱である。
材料が工作物から取除かれるとき、用具の幾何学は機械で造られた部分に移る。これは小さい用具が使用されてもいかに、CNCの部品の例えば、内角に半径が常にあることを意味する。


2. 用具のアクセス
材料を取除くためには、用具は上でからの工作物に直接近づく。このようにアクセスすることができない機能は処理したCNCである場合もない。
この規則へ1つの例外がある:価格を下げなさい。私達は次のセクションの設計で切り込みを使用する方法を学ぶ。
よい設計練習は6つの主要な方向の1つとモデル(穴、キャビティ、縦の壁、等)のすべての特徴を一直線に並べることである。この規則は5軸線CNCシステムが機能を保持する高度の工作物を提供するので、推薦限定ではなくとして考慮される。
用具のアクセスはまた大きいアスペクト レシオの特徴を機械で造るとき問題である。例えば、深いキャビティの底に達するように、長軸の特別な用具は要求される。これは端-作動体の剛さを減らし、振動を高め、そして達成可能な正確さを減らす。
CNCの専門家は最高の可能な直径および最も短く可能な長さの用具によって機械で造ることができる部品を設計することを推薦する。

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CNCの設計規則
挑戦の1つは頻繁にCNCの機械化のための部品を設計するとき特定の業界標準がないことである出会った:CNCの工作機械および用具の製造業者絶えず技術的な機能を改善し、可能性の範囲を拡大するため。
次のテーブルでは、私達は推薦される要約し、共通機能の実行可能な価値はCNCの機械化の部品で出会った。


1. キャビティおよび溝
推薦されたキャビティ深さ:4回キャビティ幅
エンド ミルの切断長さは限られている(通常3-4倍直径)。深さの幅の比率が小さいとき、用具の偏向、破片の排出および振動はより顕著になる。キャビティの深さを4倍に限って幅はよい結果を保障する。
すばらしい深さが要求されたら、可変的なキャビティ深さの部分を設計することを考慮しなさい(例については上記の図を見なさい)。
深いキャビティ製粉:深さのすばらしいより6時間のキャビティは深いキャビティとして用具の直径考慮される。キャビティ深さへの用具の直径の比率は特別な用具の使用によって30:1行う場合もある(1インチの直径が付いているエンド ミルを使用して、最大深さは30 cmである)。


2. 内部の端
縦の角の半径:推薦された⅓ xキャビティ深さ(またはより大きい)
内部角の半径の推薦された価値を使用して適切な直径用具が推薦されたキャビティ深さのために指針と使用され、一直線に並べることができることを確認する。角の半径を増加することはわずかに推薦された価値の上で(例えば1つのmm)用具が90°の角度の代りに円道に沿って切れるようにする。これは良質の表面の終わりを得ることができるので好まれる。90°の鋭さの内角が要求されたら、角度の半径を減らすかわりにT-shaped切り込みを加えることを考慮しなさい。
推薦された底板の半径は0.5mm、1mmのまたは半径ではない;どの半径でも実行可能である
エンド ミルの下小口は平らな端またはわずかに円形の端である。他の床の半径は球のヘッド用具によって処理することができる。それはそれが機械工の最初の選択であるので推薦された価値を使用するよい設計練習である。

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3. 薄い壁
推薦された最低の壁厚さ:0.8mm (金属)および1.5mm (プラスチック);0.5mm (金属)および1.0mm (プラスチック)は実行可能である
壁厚さを減らすことはそれにより機械化プロセスの振動を高めるおよび達成可能な正確さを減らす材料の剛さを、減らす。プラスチックは(温度の上昇が原因で) (残留圧力が原因で)歪み、柔らかくなりがちである、従ってより大きい最低の壁厚さを使用することを推薦する。


4. 穴
直径は標準的なドリルのサイズを推薦した;大きいどの直径でもより1mmの受諾可能である
穴を機械で造るのにドリルかエンド ミルを使用しなさい。穴あけ工具サイズ(メートルおよび英国の単位)の標準化。リーマーがおよび退屈するカッターは厳密な許容を要求する穴を終えるのに使用されている。サイズのために20▽以下のmmは、標準的な直径推薦される。
最大深さは4つのxのわずかな直径を推薦した;普通10のxのわずかな直径;実行可能な40のxのわずかな直径
非標準的な直径の穴はエンド ミルと処理されなければならない。この場合、最高キャビティ深さの限界は適用し、推薦された最大深さの価値は使用されるべきである。典型的な価値を超過する深さの穴を機械で造るのに特別なドリル(最低の直径3つのmm)を使用しなさい。穴は末までに製造所をである平ら機械で造ったが、ドリルによって機械で造られる盲目穴に円錐底板(135の°の角度)がある。CNCでは機械化は、そこに直通の穴と盲目穴間の特別な好みではない。


5. 糸
最低の糸のサイズはM2である;M6かより大きい推薦される
内部糸は蛇口と切られ、外的な糸はダイスと切られる。蛇口およびダイスはM2に糸を切るのに使用することができる。
CNCの通る用具は蛇口の破損の危険を限るので機械工によって共通そして好まれて。CNCの糸用具がM6に糸を切るのに使用することができる。
最低の糸の長さは1.5 xのわずかな直径である;3つのxのわずかな直径は推薦した
糸に加えられる少数の最初歯(わずかな直径1.5倍まで)によって負荷のほとんどは耐えられる。従って、糸のわずかな直径は3倍以下要求されない。
蛇口(M6より小さいすなわちすべての糸)と切られる盲目穴の糸のために穴の底で1.5 xのわずかな直径に非通された長さの同輩を加えなさい。
CNCの糸用具が(すなわち糸はM6より大きい)使用することができる時、穴は全体の長さによって動くことができる。


6. 小さい特徴
最低の穴径は2.5 mm (0.1インチ)であるために推薦される;0.05 mm (0.005)は実行可能である
ほとんどの機械工場は正確に直径の用具を使用してキャビティそして穴を機械で造れるより少なくより2.5 mm (0.1インチ)。
この限界の下の何でもmicromachining考慮される。特別な用具(マイクロ ドリル)そして専門知識はそのような特徴を処理するために(切断プロセスの物理的な変更はこの範囲の内にある)必要となる、従って絶対に必要それらを使用して避けることを推薦しない。


7. 許容
標準:± 0.125 mm (0.005)
典型的:± 0.025 mm (0.001)
実行可能:± 0.0125 mm (0.0005)
許容は受諾可能な次元の境界を定義する。達成可能な許容は部品の基本的な次元そして幾何学によって決まる。上記の価値は適度な指針である。許容が指定されなければ、ほとんどの機械工場は0.125 mm (0.005標準的な±を許容)の使用する。


8. 単語およびレタリング
推薦されたフォント・サイズは20 (またはより大きい)、文字を入れる5mm
活字はより少ない材料が取除かれるのでできれば浮彫りにされた特性である。少なくとも20ポイントのサイズのSans Serifの壷を(ArialかVerdanaのような)使用することを推薦する。多くのCNC機械は前にこれらの壷のルーチンをプログラムした。
機械設定および部分のオリエンテーション
数回置かれる必要がある部品の図式的な図表は次の通りある:
Asは述べたより早い、用具のアクセスCNCの機械化の主要な設計上の制限の1つである。モデルのすべての表面に達するためには、工作物は数回回らなければならない。
例えば、上記のイメージの部分は3回合計の回らなければならない:2つの主要な方向の2つの穴は機械で造られ、三番目は部品の背部を書き入れる。


工作物が回る時はいつでも、機械は再測定されなければ、新しい座標系は定義されなければならない。
設計の機械設定を2つの理由で考慮することは重要である:
機械設定の総数は費用に影響を与える。部品を回し、再調整することは手操作を要求し、総処理時間を増加する。部品が3-4回回る必要があればこれは通常許容できるが、この限界を超過することは余分である。
最高の相対的な定位置正確さを得るためには、2つの特徴は同じ組み立てで機械で造られなければならない。これは新しい呼出しステップが小さく(僅かではない)間違いをもたらすのである。


5つの軸線CNCの機械化
機械で造る5軸線CNCを使用して多数機械設定のための必要性が除去することができる時。多軸線CNCの機械化は2本の付加的な回転斧を提供するので複雑な幾何学の部分を製造できる。
5つの軸線CNCの機械化は用具が切断表面へタンジェント常にであるようにする。より複雑で、より有効な用具道はよりよい表面の終わりおよびより低い機械化時間に終って、続くことができる。
当然、5軸線CNCにまた限定がある。基本的な用具の幾何学および用具のアクセスの制限はまだ適用する(例えば、内部幾何学の部分は機械で造ることができない)。さらに、そのようなシステムを使用の費用はより高い。


設計切り込み
切り込みは表面の一部が上でから直接アクセスすることができないので標準的な切削工具によって機械で造ることができない特徴である。
切り込みの2つの主なタイプがある:T溝およびあり。特別な用具によってsingle-sidedまたは両面そして処理されて価格を下げなさい。


T溝の切削工具は縦の軸線に接続される横の切断挿入物の基本的になされる。切り込みの幅は3つのmmと40のmmの間で変わるかもしれない。用具が利用できるために本当らしいので幅(すなわち、完全なミリメートルの増分か標準的なインチの一部分)のために標準的な次元を使用することを推薦する。
あり用具のために、角度は形状を定義する。45の°および60の°のあり用具は標準と考慮される。
内部の壁の切り込みが付いている部分を設計した場合、用具のための十分な整理を加えることを覚えなさい。よい目分量は値下げされた深さも少なくとも機械で造られた壁と他のどの内部の壁間の4倍の加えることである。
標準的な用具のために、切断直径と切込み歯丈を限るシャフトの直径間の典型的な比率は2:1である。標準外切り込みが要求されるとき、機械工場は通常カスタマイズされた値下げされた用具を単独で作る。これは調達期間および費用を増加し、できるだけ避けるべきである。


T-shaped溝(左)、ありの溝は(中間)および内部の壁の一方的な切り込み(右の)価格を下げた
起草の技術的なデッサン
ある設計基準がステップかIGESファイルに含んでいることができないことに注目しなさい。あなたのモデルが次の1つ以上を含んでいれば、第2技術的なデッサンは提供されなければならない:
通された穴かシャフト
許容次元
比表面積の終わりの条件
CNCの工作機械オペレータのための指示


目分量
1.設計大口径用具によって処理することができる部品。
2.すべての内部対頂角に大きい肉付け(少なくとも⅓ xキャビティ深さ)を加えなさい。
3.限界4倍へのキャビティの深さ幅。
4. 6つの主要な方向の1つに沿う設計の主関数を一直線に並べなさい。これが可能でなければ、5軸線CNCの機械化は選ぶことができる。
5。あなたの設計は機械操作員の糸、許容、表面の終わりの指定または他のコメントが含まれているとき、デッサンが付いている技術的なデッサンを堤出しなさい。