Untuk memanfaatkan sepenuhnya kemampuan permesinan CNC, perancang harus mengikuti aturan manufaktur tertentu.Tapi ini bisa menjadi tantangan karena tidak ada standar industri yang spesifik.Pada artikel ini, kami telah menyusun panduan komprehensif dengan praktik desain terbaik untuk pemesinan CNC.
Kami fokus pada menggambarkan kelayakan sistem CNC modern, mengabaikan biaya terkait.Untuk panduan dalam merancang suku cadang yang hemat biaya untuk CNC, silakan merujuk ke artikel ini.
mesin CNC
Pemesinan CNC adalah teknologi pemesinan subtraktif.Di CNC, berbagai alat berputar berkecepatan tinggi (ribuan RPM) digunakan untuk menghilangkan material dari balok padat untuk menghasilkan suku cadang sesuai dengan model CAD.Logam dan plastik dapat diproses oleh CNC.
Bagian mesin CNC memiliki akurasi dimensi tinggi dan toleransi yang ketat.CNC cocok untuk produksi massal dan pekerjaan satu kali.Faktanya, permesinan CNC saat ini merupakan cara yang paling hemat biaya untuk menghasilkan prototipe logam, bahkan dibandingkan dengan pencetakan 3D.
Batasan desain utama CNC
CNC memberikan fleksibilitas desain yang hebat, tetapi ada beberapa batasan desain.Keterbatasan ini terkait dengan mekanika dasar dari proses pemotongan, terutama terkait dengan geometri pahat dan akses pahat.
1. Geometri alat
Alat CNC yang paling umum (pabrik akhir dan bor) berbentuk silinder dengan panjang pemotongan terbatas.
Ketika material dikeluarkan dari benda kerja, geometri pahat dipindahkan ke bagian mesin.Ini berarti bahwa, misalnya, sekecil apa pun alat yang digunakan, sudut internal bagian CNC selalu memiliki jari-jari.
2. Akses alat
Untuk menghilangkan material, pahat mendekati benda kerja langsung dari atas.Fungsi yang tidak dapat diakses dengan cara ini tidak dapat diproses CNC.
Ada satu pengecualian untuk aturan ini: undercut.Kita akan belajar bagaimana menggunakan undercut dalam desain di bagian selanjutnya.
Praktik desain yang baik adalah menyelaraskan semua fitur model (lubang, rongga, dinding vertikal, dll.) dengan salah satu dari enam arah utama.Aturan ini dianggap sebagai rekomendasi, bukan batasan, karena sistem CNC 5-sumbu memberikan kemampuan memegang benda kerja yang canggih.
Akses alat juga menjadi masalah saat mengerjakan fitur dengan rasio aspek besar.Misalnya, untuk mencapai dasar rongga yang dalam, diperlukan alat khusus dengan sumbu panjang.Ini mengurangi kekakuan efektor akhir, meningkatkan getaran, dan mengurangi akurasi yang dapat dicapai.
Pakar CNC merekomendasikan merancang bagian yang dapat dikerjakan dengan alat dengan diameter maksimum dan panjang sesingkat mungkin.
Aturan desain CNC
Salah satu tantangan yang sering dihadapi ketika merancang suku cadang untuk permesinan CNC adalah bahwa tidak ada standar industri khusus: pembuat perkakas dan perkakas mesin CNC terus-menerus meningkatkan kemampuan teknis mereka dan memperluas berbagai kemungkinan.
Dalam tabel berikut, kami merangkum nilai yang direkomendasikan dan layak dari fitur yang paling umum ditemui di bagian mesin CNC.
1. Rongga dan alur
Kedalaman rongga yang disarankan: 4 kali lebar rongga
Panjang pemotongan dari pabrik akhir terbatas (biasanya 3-4 kali diameternya).Ketika rasio lebar kedalaman kecil, defleksi pahat, pelepasan chip, dan getaran menjadi lebih menonjol.Membatasi kedalaman rongga hingga empat kali lebarnya memastikan hasil yang baik.
Jika kedalaman yang lebih besar diperlukan, pertimbangkan untuk merancang bagian dengan kedalaman rongga variabel (lihat gambar di atas untuk contoh).
Penggilingan rongga dalam: rongga dengan kedalaman lebih dari 6 kali diameter pahat dianggap sebagai rongga dalam.Rasio diameter pahat terhadap kedalaman rongga dapat menjadi 30:1 dengan menggunakan pahat khusus (menggunakan end mill dengan diameter 1 inci, kedalaman maksimum 30 cm).
2. Tepi bagian dalam
Radius sudut vertikal: disarankan x kedalaman rongga (atau lebih besar)
Menggunakan nilai radius sudut internal yang direkomendasikan memastikan bahwa pahat berdiameter yang sesuai dapat digunakan dan disejajarkan dengan pedoman untuk kedalaman rongga yang direkomendasikan.Meningkatkan radius sudut sedikit di atas nilai yang direkomendasikan (misalnya sebesar 1 mm) memungkinkan pahat untuk memotong sepanjang jalur melingkar alih-alih sudut 90 °.Ini lebih disukai karena dapat memperoleh kualitas permukaan akhir yang lebih tinggi.Jika sudut internal dengan ketajaman 90 ° diperlukan, pertimbangkan untuk menambahkan undercut berbentuk T alih-alih mengurangi radius sudut.
Jari-jari pelat bawah yang direkomendasikan adalah 0,5mm, 1mm atau tanpa jari-jari;Setiap radius layak
Tepi bawah dari pabrik akhir adalah tepi datar atau tepi sedikit bulat.Jari-jari lantai lainnya dapat diproses dengan alat kepala bola.Ini adalah praktik desain yang baik untuk menggunakan nilai yang direkomendasikan karena merupakan pilihan pertama masinis.
3. Dinding tipis
Ketebalan dinding minimum yang disarankan: 0,8 mm (logam) dan 1,5 mm (plastik);0.5mm (logam) dan 1.0mm (plastik) layak
Mengurangi ketebalan dinding akan mengurangi kekakuan material, sehingga meningkatkan getaran dalam proses pemesinan dan mengurangi akurasi yang dapat dicapai.Plastik cenderung melengkung (karena tegangan sisa) dan melunak (karena kenaikan suhu), sehingga disarankan untuk menggunakan ketebalan dinding minimum yang lebih besar.
4. Lubang
Diameter yang direkomendasikan ukuran bor standar;Diameter apa pun yang lebih besar dari 1mm dapat diterima
Gunakan bor atau gilingan akhir untuk membuat lubang mesin.Standarisasi ukuran mata bor (satuan metrik dan bahasa Inggris).Reamer dan pemotong bor digunakan untuk menyelesaikan lubang yang membutuhkan toleransi yang ketat.Untuk ukuran kurang dari 20 mm, diameter standar direkomendasikan.
Kedalaman maksimum yang direkomendasikan 4 x diameter nominal;Biasanya 10 x diameter nominal;40 x diameter nominal jika memungkinkan
Lubang berdiameter non standar harus diproses dengan pabrik akhir.Dalam hal ini, batas kedalaman rongga maksimum berlaku dan nilai kedalaman maksimum yang direkomendasikan harus digunakan.Gunakan bor khusus (diameter minimal 3 mm) untuk membuat lubang dengan kedalaman melebihi nilai tipikal.Lubang buta yang dikerjakan oleh bor memiliki pelat bawah berbentuk kerucut (sudut 135°), sedangkan lubang yang dikerjakan oleh end mill datar.Dalam pemesinan CNC, tidak ada preferensi khusus antara lubang tembus dan lubang buta.
5. Benang
Ukuran ulir minimum adalah m2;M6 atau lebih besar direkomendasikan
Benang internal dipotong dengan keran, dan benang eksternal dipotong dengan cetakan.Keran dan cetakan dapat digunakan untuk memotong ulir hingga m2.
Alat ulir CNC umum dan disukai oleh masinis karena membatasi risiko kerusakan keran.Alat ulir CNC dapat digunakan untuk memotong ulir ke M6.
Panjang ulir minimum adalah 1,5 x diameter nominal;3 x diameter nominal direkomendasikan
Sebagian besar beban yang diterapkan pada ulir ditanggung oleh beberapa gigi pertama (hingga 1,5 kali diameter nominal).Oleh karena itu, diperlukan tidak lebih dari 3 kali diameter nominal ulir.
Untuk ulir di lubang buta yang dipotong dengan keran (yaitu semua ulir yang lebih kecil dari M6), tambahkan panjang tanpa ulir sama dengan 1,5 x diameter nominal di bagian bawah lubang.
Ketika alat ulir CNC dapat digunakan (yaitu ulir lebih besar dari M6), lubang dapat melewati seluruh panjangnya.
6. Fitur kecil
Diameter lubang minimum yang direkomendasikan adalah 2,5 mm (0,1 inci);0,05 mm (0,005 in) adalah layak
Sebagian besar bengkel mesin akan dapat secara akurat mengerjakan rongga dan lubang menggunakan perkakas dengan diameter kurang dari 2,5 mm (0,1 inci).
Apa pun di bawah batas ini dianggap micromachining.Alat khusus (bor mikro) dan pengetahuan ahli diperlukan untuk memproses fitur tersebut (perubahan fisik dalam proses pemotongan berada dalam kisaran ini), jadi disarankan untuk tidak menggunakannya kecuali benar-benar diperlukan.
7. Toleransi
Standar: ± 0,125 mm (0,005 in)
Khas: ± 0,025 mm (0,001 in)
Layak: ± 0,0125 mm (0,0005 in)
Toleransi menentukan batas-batas dimensi yang dapat diterima.Toleransi yang dapat dicapai tergantung pada dimensi dasar dan geometri bagian.Nilai-nilai di atas adalah pedoman yang masuk akal.Jika tidak ada toleransi yang ditentukan, sebagian besar bengkel mesin akan menggunakan toleransi standar ± 0,125 mm (0,005 in).
8. Kata-kata dan huruf
Ukuran font yang disarankan adalah 20 (atau lebih besar), huruf 5mm
Karakter terukir lebih disukai karakter timbul karena lebih sedikit material yang dihilangkan.Disarankan untuk menggunakan font sans serif (seperti Arial atau Verdana) dengan ukuran minimal 20 poin.Banyak mesin CNC memiliki rutinitas yang telah diprogram sebelumnya untuk font-font ini.
Pengaturan mesin dan orientasi bagian
Diagram skema bagian-bagian yang perlu diatur beberapa kali adalah sebagai berikut:
Seperti disebutkan sebelumnya, akses pahat adalah salah satu batasan desain utama pemesinan CNC.Untuk mencapai semua permukaan model, benda kerja harus diputar beberapa kali.
Misalnya, bagian dari gambar di atas harus diputar tiga kali secara total: dua lubang dikerjakan di dua arah utama, dan yang ketiga masuk ke bagian belakang.
Setiap kali benda kerja berputar, mesin harus dikalibrasi ulang dan sistem koordinat baru harus ditentukan.
Penting untuk mempertimbangkan pengaturan mesin dalam desain karena dua alasan:
Jumlah total pengaturan mesin mempengaruhi biaya.Memutar dan menyetel kembali bagian memerlukan operasi manual dan meningkatkan total waktu pemrosesan.Jika bagian perlu diputar 3-4 kali, ini secara umum dapat diterima, tetapi melebihi batas ini berlebihan.
Untuk mendapatkan akurasi posisi relatif maksimum, dua fitur harus dikerjakan dalam pengaturan yang sama.Ini karena langkah panggilan baru menimbulkan kesalahan kecil (tetapi tidak dapat diabaikan).
Mesin CNC lima sumbu
Saat menggunakan mesin CNC 5-sumbu, kebutuhan akan beberapa pengaturan mesin dapat dihilangkan.Pemesinan CNC multi-sumbu dapat memproduksi suku cadang dengan geometri kompleks karena menyediakan 2 sumbu rotasi tambahan.
Pemesinan CNC lima sumbu memungkinkan pahat selalu bersinggungan dengan permukaan pemotongan.Jalur pahat yang lebih kompleks dan efisien dapat diikuti, menghasilkan permukaan akhir yang lebih baik dan waktu pemesinan yang lebih rendah.
Tentu saja, CNC 5-sumbu juga memiliki keterbatasan.Geometri pahat dasar dan pembatasan akses pahat masih berlaku (misalnya, bagian dengan geometri internal tidak dapat dikerjakan).Selain itu, biaya penggunaan sistem tersebut lebih tinggi.
Pemotongan desain
Undercut adalah fitur yang tidak dapat dikerjakan dengan alat potong standar karena beberapa permukaannya tidak dapat langsung diakses dari atas.
Ada dua jenis utama undercut: T-grooves dan pas.Undercut bisa satu sisi atau dua sisi dan diproses dengan alat khusus.
Alat pemotong T-groove pada dasarnya terbuat dari sisipan pemotongan horizontal yang terhubung ke sumbu vertikal.Lebar undercut dapat bervariasi antara 3 mm dan 40 mm.Disarankan untuk menggunakan dimensi standar untuk lebar (yaitu, penambahan milimeter penuh atau fraksi inci standar) karena alat lebih mungkin tersedia.
Untuk alat pas, sudut menentukan ukuran fitur.Alat pas 45° dan 60° dianggap standar.
Saat mendesain bagian dengan undercut pada dinding bagian dalam, ingatlah untuk menambahkan jarak yang cukup untuk pahat.Aturan praktis yang baik adalah menambahkan setidaknya empat kali kedalaman undercut antara dinding mesin dan dinding bagian dalam lainnya.
Untuk pahat standar, rasio tipikal antara diameter pemotongan dan diameter poros adalah 2:1, yang membatasi kedalaman pemotongan.Ketika undercut non-standar diperlukan, toko mesin biasanya membuat alat undercut yang disesuaikan dengan sendirinya.Hal ini meningkatkan waktu tunggu dan biaya dan harus dihindari sebanyak mungkin.
Alur berbentuk T (kiri), undercut alur pas (tengah) dan undercut unilateral (kanan) di dinding bagian dalam
Membuat gambar teknik
Perhatikan bahwa beberapa kriteria desain tidak dapat disertakan dalam file langkah atau IGES.Jika model Anda berisi satu atau lebih hal berikut, gambar teknis 2D harus disediakan:
Lubang atau poros berulir
Dimensi toleransi
Persyaratan permukaan akhir tertentu
Instruksi untuk operator alat mesin CNC
Aturan praktis
1. Rancang bagian-bagian yang dapat diproses dengan alat berdiameter terbesar.
2. Tambahkan fillet besar (setidaknya x kedalaman rongga) ke semua sudut vertikal internal.
3. Batasi kedalaman rongga hingga 4 kali lebarnya.
4. Sejajarkan fungsi utama desain di sepanjang salah satu dari enam arah utama.Jika ini tidak memungkinkan, mesin CNC 5-sumbu dapat dipilih.
5. Ketika desain Anda mencakup ulir, toleransi, spesifikasi permukaan akhir atau komentar lain dari operator mesin, harap kirimkan gambar teknis dengan gambar.
