March 29, 2024
Gia công CNC là một quy trình sản xuất linh hoạt có thể tạo ra nhiều loại bộ phận với độ chính xác và độ lặp lại cao.Đây là một quy trình sản xuất thiết yếu để sản xuất các bộ phận phức tạp, có độ chính xác cao cho các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm hàng không vũ trụ, ô tô, chăm sóc sức khỏe và điện tử.
Nhưng vấn đề ở đây là: đạt được sự hoàn hảo trong gia công CNC không chỉ là về máy móc.Đó là một loại hình nghệ thuật, đòi hỏi con mắt thiết kế tinh tường và sự hiểu biết sâu sắc về quy trình.Trong hướng dẫn này, chúng tôi làm sáng tỏ những bí mật của thiết kế gia công CNC.Từ các phương pháp thực hành chung tốt nhất cho đến các mẹo dành riêng cho các hoạt động CNC khác nhau, chúng tôi sẽ đi sâu vào cách điêu khắc các thiết kế của bạn để đạt được hiệu suất CNC cao nhất.Chào mừng bạn đến với sự giao thoa giữa đổi mới và độ chính xác, nơi mọi hướng dẫn chúng tôi chia sẻ đều là một bước hướng tới sự xuất sắc trong sản xuất.
Trong gia công CNC, quá trình phát triển của một bộ phận tiến triển từ khái niệm ban đầu đến dạng vật lý thông qua quy trình chính xác và công nghệ tiên tiến.Ban đầu, một nhà thiết kế CNC tạo ra thiết kế bằng phần mềm CAD tiên tiến.Thiết kế này sau đó được chuyển đổi thành mã G, mã chỉ thị cho máy CNC.Theo mã này, máy CNC sử dụng các công cụ cắt chuyên dụng để điêu khắc chi tiết từ một khối rắn một cách có phương pháp.
Các máy CNC như phay đứng, phay ngang và máy tiện có thể hoạt động trên nhiều trục khác nhau.Để tạo ra các chi tiết tương đối đơn giản, máy 3 trục truyền thống có thể thao tác các chi tiết dọc theo ba trục tuyến tính (X, Y và Z).Gia công 5 trục có thể hoạt động dọc theo ba trục tuyến tính và xung quanh hai trục quay để tạo ra các bộ phận phức tạp hơn.
Quy trình sản xuất chủ quan cho phép sản xuất các bộ phận phức tạp và có độ chính xác cao bằng nhiều vật liệu khác nhau như kim loại, nhựa và vật liệu tổng hợp.Hơn nữa, nó nhanh, tự động, chính xác và có thể mở rộng, giúp nó có thể áp dụng trong tạo mẫu, sản xuất một lần và sản xuất quy mô lớn.
Hiểu được gia công CNC là gì sẽ đặt nền tảng cho việc đánh giá cao tầm quan trọng của việc tuân thủ các nguyên tắc thiết kế.Những thực hành này rất cần thiết để giảm chi phí và duy trì tiêu chuẩn cao về chất lượng và độ chính xác.
Các bề mặt không phẳng và góc nghiêng rất phức tạp và khó khăn đối với máy, điều này có thể dẫn đến tốc độ cắt chậm hơn, thời gian gia công dài hơn và tăng độ mòn dụng cụ.Ngoài ra, những bề mặt này có thể gây khó khăn hơn cho việc đạt được chất lượng bộ phận ổn định và dung sai chặt chẽ.Để tránh các bề mặt không phẳng và góc nghiêng trong thiết kế của bạn:
Các philê bên trong là các góc tròn hoặc phần chuyển tiếp trong một bộ phận có thể làm giảm sự tập trung ứng suất và cải thiện độ bền của bộ phận đó.Việc tăng kích thước của các miếng phi lê này sẽ nâng cao chất lượng và hiệu quả của hoạt động gia công bằng cách:
Undercut là các vết lõm hoặc vết khía ở các góc của bộ phận cho phép tiếp cận dụng cụ tốt hơn và cải thiện khả năng loại bỏ vật liệu trong quá trình gia công.Một thiết kế undercut được tối ưu hóa cho gia công CNC sẽ:
Tuy nhiên, việc tạo các đường cắt có thể là một nhiệm vụ phức tạp và đầy thử thách vì khó có thể tiếp cận được chúng bằng các công cụ cắt tiêu chuẩn.Hơn nữa, có thể cần phải sử dụng các công cụ chuyên dụng hoặc gia công nhiều trục để gia công các đường khoét chân.Giảm thiểu kích thước và độ phức tạp của các đường cắt có thể giúp đạt được kết quả tốt hơn.Những điều sau đây cần được cân nhắc khi thiết kế undercut:
| Khuyến khích | |
| Kích thước cắt xén | 3 mm đến 40 mm |
| Giải phóng mặt bằng | độ sâu gấp 4 lần |
Dung sai tiêu chuẩn đảm bảo rằng các bộ phận CNC hoàn thiện đáp ứng các thông số kỹ thuật và yêu cầu chức năng mong muốn.Dung sai chặt chẽ không cần thiết có thể làm tăng chi phí và thời gian gia công.
Bằng cách chỉ định dung sai gia công CNC tiêu chuẩn, nhà sản xuất có thể giảm nhu cầu về các hoạt động thứ cấp và cải thiện hiệu quả tổng thể của quy trình gia công.
| Khuyến khích | khả thi | |
| Dung sai | ±0,1 mm | ±0,02 mm |
Khi tạo văn bản hoặc chữ, công cụ phải có khả năng duy trì chiều rộng, chiều cao và khoảng cách không đổi trong suốt quá trình gia công.Bất kỳ sự thay đổi nào trong các yếu tố này đều có thể dẫn đến sản phẩm cuối cùng không đáp ứng các thông số kỹ thuật thiết kế.
Bạn cần xem xét phông chữ và kích thước của văn bản hoặc chữ.Văn bản quá nhỏ có thể khó đọc hoặc có thể không đáp ứng các thông số kỹ thuật mong muốn trong khi văn bản quá lớn có thể gây lệch dao hoặc ảnh hưởng đến độ chính xác và độ chính xác của quá trình gia công.Để giải quyết những thách thức này, một số phương pháp thiết kế tốt được các kỹ sư và nhà thiết kế khuyến nghị:
Máy CNC có nhiều khả năng khác nhau dựa trên kích thước và công suất của chúng.Một số máy có thể quá nhỏ để chứa các bộ phận lớn, trong khi những máy khác có thể không xử lý được các bộ phận quá nhỏ.Do đó, các bộ phận cần thiết kế nên xem xét cẩn thận kích thước bộ phận và chọn máy phù hợp cho phù hợp.
Ngoài kích thước của máy, kích thước bộ phận cũng có thể ảnh hưởng đến tốc độ của quá trình gia công.Các bộ phận lớn hơn có thời gian gia công lâu hơn và chi phí sản xuất cao hơn vì các kỹ sư cần loại bỏ nhiều vật liệu hơn trong quá trình gia công so với các bộ phận nhỏ hơn.
| Kích thước tối đa | Kích thước tối thiểu | |
| Phay CNC | 4000×1500×600 mm 157,5×59,1×23,6 inch. | 4×4 mm 0,1×0,1 in. |
| Máy CNC | 200×500 mm 7,9×19,7 inch. | 2×2 mm 0,079×0,079 in. |
Vật liệu mềm hơn dễ gia công hơn, dẫn đến tốc độ cắt nhanh hơn, giảm độ mài mòn của dụng cụ cũng như thời gian và chi phí gia công thấp hơn.Ngoài ra, chúng ít bị nứt hoặc biến dạng trong quá trình gia công, giúp cải thiện chất lượng bộ phận và giảm thời gian xử lý sau gia công.Tuy nhiên, chỉ chọn chất liệu mềm nếu mục đích sử dụng và ứng dụng cuối cùng của sản phẩm cho phép.
Nhu cầu thay đổi công cụ và thiết lập giữ phôi cao hơn trong chu trình gia công sẽ dẫn đến quy trình tốn kém và tốn thời gian.Bạn có thể xem xét các mẹo sau để giảm thiểu việc thay đổi và thiết lập công cụ:
Tối ưu hóa các bộ phận CNC để giảm chi phí và thời gian sản xuất bao gồm việc điều chỉnh thiết kế với khả năng của các công cụ phay CNC tiêu chuẩn.Bằng cách chọn các thiết kế phù hợp với kích thước và khả năng của các công cụ tiêu chuẩn này, nhu cầu về các công cụ tùy chỉnh hoặc đặc biệt có thể được giảm thiểu đáng kể.
Một ví dụ thực tế là thiết kế các miếng philê bên trong.Bạn nên tránh các thông số kỹ thuật yêu cầu bán kính nhỏ hơn mức mà các dụng cụ cắt CNC tiêu chuẩn có thể đáp ứng.Việc tạo ra các tính năng như vậy đòi hỏi phải chuyển sang các công cụ nhỏ hơn, có thể tùy chỉnh, điều này có thể dẫn đến tăng thời gian và chi phí mà có thể không chứng minh được lợi ích.Do đó, việc duy trì trong giới hạn khả năng của công cụ tiêu chuẩn là yếu tố quan trọng cần cân nhắc để sản xuất các bộ phận CNC hiệu quả.
Phay CNC có những hạn chế cố hữu, một trong số đó là không có khả năng tạo ra các góc sắc nét bên trong.Hạn chế này phát sinh từ hình dạng tròn của dụng cụ phay CNC.Để giải quyết vấn đề này, các kỹ sư thường sử dụng các góc có bán kính trong thiết kế của họ.Bán kính của các góc này ít nhất phải bằng một nửa đường kính của dao phay.Ví dụ: với máy cắt 1/4”, bán kính tối thiểu cho các miếng phi lê không được nhỏ hơn 1/8”.
Để giải quyết thách thức về yêu cầu góc nhọn trong các bộ phận, các phương pháp thiết kế cụ thể được sử dụng.Bao gồm các:
Một phương pháp thiết kế tốt là độ sâu cắt cuối cùng không được vượt quá các tỷ lệ nhất định dựa trên vật liệu được gia công.Ví dụ, với nhựa, tỷ lệ này không được lớn hơn 15 lần đường kính của máy nghiền cuối, nhôm không quá 10 lần và giới hạn của thép là 5 lần.Điều này là do các dụng cụ dài hơn dễ bị lệch và rung hơn, dẫn đến bề mặt không hoàn hảo.
Hơn nữa, bán kính phi lê bên trong cũng phụ thuộc vào đường kính của dụng cụ cắt.Nếu một rãnh rộng 0,55” cho một bộ phận thép được gia công CNC bằng dao phay cuối 0,5” thì độ sâu không được vượt quá 2,75”.Hơn nữa, có thể khó có được các dao phay ngón có tỷ lệ chiều dài trên đường kính cao.Do đó, nên giảm độ sâu của rãnh hoặc tính năng hoặc tăng đường kính của dụng cụ cắt.
| Khuyến khích | khả thi | |
| Độ sâu khoang | chiều rộng khoang gấp 4 lần | 10 lần đường kính dụng cụ hoặc 25 cm |
Kích thước dụng cụ cắt được sử dụng trong máy phay CNC cần được xem xét trong giai đoạn thiết kế.Máy cắt lớn hơn sẽ loại bỏ nhiều vật liệu hơn trong một lượt, giảm thời gian và chi phí gia công.
Để tận dụng tối đa khả năng của máy cắt lớn hơn, hãy thiết kế các góc bên trong và phi lê của bạn với bán kính lớn nhất có thể, tốt nhất là lớn hơn 0,8 mm.
Một mẹo bổ sung là làm cho các miếng phi lê lớn hơn một chút so với bán kính của máy nghiền cuối, chẳng hạn như bán kính 3,3mm thay vì 3,175mm.Điều này tạo ra đường cắt mượt mà hơn và tạo ra độ hoàn thiện mịn hơn trên bộ phận gia công của bạn.
| Khuyến khích | |
| Bán kính góc trong | ⅓ lần độ sâu khoang (hoặc lớn hơn) |
Điều quan trọng cần lưu ý là thành mỏng ở các bộ phận có thể tạo ra những thách thức đáng kể trong quá trình gia công, đặc biệt là về việc duy trì độ cứng và độ chính xác của kích thước.Để tránh những khó khăn này, bạn có thể thiết kế các bức tường có độ dày tối thiểu 0,25mm cho các bộ phận kim loại và 0,50mm cho các bộ phận bằng nhựa vì chúng có thể chịu được sự khắc nghiệt của quá trình sản xuất.
| Khuyến khích | khả thi | |
| Độ dày của tường | 1,5 mm (nhựa), 0,8 mm (kim loại) | 1,0 mm (nhựa), 0,5 mm (kim loại) |
Các góc sắc nét bên trong và bên ngoài trong thiết kế bộ phận có thể là một thách thức trong quá trình gia công.Để khắc phục vấn đề này, nên:
Sự không ổn định là mối quan tâm chung khi nói đến các bộ phận dài và mỏng.Bộ phận quay có thể dễ dàng va chạm vào dụng cụ, tạo ra lớp hoàn thiện không hoàn hảo.Để chống lại điều này, hãy sử dụng các mẹo thiết kế CNC sau đây.
Trong quá trình vận hành tiện CNC, hãy chú ý đến lượng vật liệu được gia công.Gia công quá mức có thể dẫn đến ứng suất quá mức trên bộ phận, trong khi thành mỏng có thể làm giảm độ cứng và khó duy trì dung sai chặt chẽ.
Theo hướng dẫn, độ dày thành của các bộ phận tiện phải ở mức tối thiểu là 0,02 inch để đảm bảo độ ổn định và chính xác trong quá trình sản xuất.
| Khuyến khích | khả thi | |
| Độ dày của tường | 1,5 mm (nhựa), 0,8 mm (kim loại) | 1,0 mm (nhựa), 0,5 mm (kim loại) |
Độ sâu lý tưởng của lỗ khoan phải cân bằng độ ổn định của dụng cụ và độ bền của vật liệu được gia công.Khoan quá nông có thể dẫn đến khớp nối yếu và giảm khả năng giữ vít trong khi khoan quá sâu có thể khiến mũi khoan bị gãy hoặc cong, dẫn đến độ chính xác và độ hoàn thiện bề mặt kém.
Để xác định độ sâu lỗ tối ưu, bạn phải xem xét kích thước của mũi khoan, độ cứng và độ dày của vật liệu, độ bền cần thiết cho ứng dụng dự định và độ ổn định tổng thể của thiết lập máy.Nên khoan lỗ vừa đủ sâu để chứa vít hoặc dây buộc, để lại một số vật liệu để hỗ trợ.Nếu cần có mũi khoan thì lỗ phải được khoan sâu hơn để có thể đặt mũi khoan.
| Khuyến khích | khả thi | |
| Hố sâu | 4 lần đường kính danh nghĩa | 40 lần đường kính danh nghĩa |
Hiểu được sự khác biệt giữa lỗ xuyên và lỗ mù là rất quan trọng vì cả hai đều yêu cầu các kỹ thuật và công cụ khoan khác nhau.
Lỗ xuyên là lỗ kéo dài hoàn toàn xuyên qua phôi từ đầu này đến đầu kia.Nhìn chung, nó dễ sản xuất hơn vì mũi khoan phải đi vào và thoát ra khỏi bộ phận ở các phía đối diện.Các lỗ thông qua được áp dụng trong việc buộc, lắp và định tuyến các bộ phận điện và cơ khí.
Mặt khác, các lỗ mù không đi xuyên suốt phôi và dừng lại ở một độ sâu cụ thể.Chúng được áp dụng trong việc tạo ra các hốc, hốc hoặc hốc bên trong phôi và thường khó sản xuất hơn so với việc tạo ra các lỗ xuyên qua.Các lỗ mù yêu cầu các mũi khoan CNC đặc biệt và tốc độ cắt để đảm bảo rằng lưỡi cắt không xuyên qua phần đáy của bộ phận.
| xuyên qua lỗ | Lỗ mù |
| Mẹo 1: Xác định kích thước mũi khoan chính xác | Mẹo 1: Nó phải dài hơn 25% so với độ sâu cần thiết |
| Mẹo 2: Duy trì độ cứng | Mẹo 2: Sử dụng mũi khoan tâm |
| Mẹo 3: Sử dụng chất lỏng cắt thích hợp | Mẹo 3: Đảm bảo đủ độ sâu lỗ trên đầu mũi khoan |
| Mẹo 4: Theo dõi tốc độ khoan | Mẹo 4: Giảm tốc độ và tốc độ tiến dao |
| Mẹo 5: Đi sâu vào từng giai đoạn | Mẹo 5: Tránh doa |
Lỗ một phần xảy ra khi mũi khoan không xuyên qua hoàn toàn vật liệu và có thể do nhiều yếu tố khác nhau gây ra như gãy mũi khoan, chọn mũi khoan không chính xác hoặc các thông số không chính xác như tốc độ, bước tiến và độ sâu cắt.Vì vậy, bạn nên chọn mũi khoan phù hợp, duy trì đúng thông số và sử dụng chất làm mát để tản nhiệt.
Trong khi khoan, hãy nhớ rằng việc giao các lỗ với các khoang hiện có ở các bộ phận có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cấu trúc của nó.Bạn có thể tránh điều này bằng cách đặt các điểm khoan cách xa các khoang hiện có.Tuy nhiên, nếu lỗ khoan phải đi qua khoang, phương pháp làm việc là đảm bảo rằng trục tâm của nó không giao nhau với khoang để duy trì sự ổn định của bộ phận.
Tối ưu hóa thiết kế của bạn cho các kích thước máy khoan tiêu chuẩn để tiết kiệm thời gian và tiền bạc, đồng thời giúp các cửa hàng máy móc sản xuất bộ phận của bạn dễ dàng hơn mà không cần dụng cụ tùy chỉnh tốn kém.
Hãy cân nhắc sử dụng kích thước mũi khoan tiêu chuẩn như 0,12” thay vì kích thước chính xác hơn nhưng ít phổ biến hơn như 0,123”.Ngoài ra, hãy cố gắng hạn chế số lượng kích thước mũi khoan khác nhau được sử dụng trong thiết kế CNC của bạn, vì nhiều kích cỡ sẽ làm tăng thời gian và công sức cần thiết cho việc thay đổi công cụ trong quá trình gia công.
| Khuyến khích | khả thi | |
| Kích thước khoan | Mũi khoan tiêu chuẩn (0,12”) | Bất kỳ đường kính nào lớn hơn 1 mm |
Lỗ ren cho phép gắn bu lông, ốc vít và các ốc vít có ren khác.Đảm bảo chỉ định độ sâu chính xác của ren để dây buộc ren có đủ độ ăn khớp để giữ các bộ phận lại với nhau.Sợi chỉ càng sâu thì độ bám của dây buộc càng mạnh.
Loại vật liệu có thể ảnh hưởng đến loại ren.Một mặt, vật liệu mềm có thể yêu cầu sợi nông hơn.Mặt khác, vật liệu cứng hơn có thể cần sợi sâu hơn.
Khi chỉ định các lỗ ren trong bản vẽ, hãy sử dụng chú thích ren rõ ràng và chính xác để đảm bảo tiêu chuẩn, bước ren và độ sâu ren chính xác.Đảm bảo có đủ khoảng trống để lắp và tháo dây buộc có ren mà không buộc hoặc tước ren.
| Khuyến khích | khả thi | |
| Chiều dài chủ đề | 3 lần đường kính danh nghĩa | 1,5 lần đường kính danh nghĩa |
Một mẹo quan trọng khác để đạt được kết quả chính xác và chính xác là tránh chạm sâu.Vòi càng dài thì nguy cơ rung và lệch khi hoạt động càng lớn, dẫn đến sản phẩm cuối cùng không hoàn hảo.Vòi có đường kính lớn hơn 3 lần là vòi sâu và có thể gây ra thách thức đáng kể.
Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, ngay cả mũi taro có đường kính gấp 1,5 lần cũng sẽ mang lại khả năng bám ren dồi dào, do đó loại bỏ nhu cầu mũi taro sâu.Sử dụng taro sâu làm tăng nguy cơ gãy dụng cụ, ren bị lỗi và giảm độ chính xác, khiến nó trở thành một khía cạnh không mong muốn trong thiết kế gia công CNC.
| Khuyến khích | khả thi | |
| Kích thước nhấn | 0,5 lần đường kính | đường kính gấp 1,5 lần |
