Hướng dẫn tối ưu thiết kế trong gia công CNC – Phần 1

Hướng dẫn toàn diện tối ưu thiết kế trong gia công CNC để giúp bạn đạt được kết quả tốt nhất cho các sản phẩm và chi tiết gia công CNC của bạn.

Mục lục:

✅ Giới thiệu

✅ Gia công CNC là gì?

✅ Hạn của chế thiết kế trong gia công CNC

✅ Lựa chọn vật liệu

✅ Bề mặt hoàn thiện

✅ Mẹo nhanh để tối đa hóa gia công CNC

Cùng chúng tôi bắt đầu các nội dung dưới đây nhé:

✅ Giới thiệu

Mặc dù các sản phẩm thực tế được gia công ra trong nhà xưởng nhưng quá trình sản xuất đã thực sự bắt đầu từ lâu trước khi máy phay và tiện CNC được bật lên. Tất cả bắt đầu với quá trình thiết kế.

Quá trình thiết kế không chỉ là một bước thiết yếu để đưa ra các kích thước và cấu trúc của một sản phẩm hoặc một chi tiết, mà nó thực sự có thể làm giảm quá trình sản xuất xuống bằng cách tính đến những hạn chế nhất định trong công nghệ sản xuất.

Để đảm bảo rằng khách hàng của chúng tôi tận dụng tối đa các dịch vụ sản xuất của chúng tôi, chúng tôi đã biên soạn một hướng dẫn thiết kế hoàn chỉnh cho Gia công CNC chứa đầy các thực hành thiết kế hữu ích.

Trong hướng dẫn thiết kế gia công CNC, chúng tôi sẽ đề cập đến các khái niệm cơ bản về gia công CNC là gì, các hạn chế khi thiết kế quy trình gia công, các dịch vụ CNC cụ thể của chúng tôi, cách chọn vật liệu tốt nhất cho dự án của bạn và hơn thế nữa.

Hướng dẫn thiết kế gia công CNC của chúng tôi có thể giúp bạn không chỉ tối đa hóa đơn hàng sản phẩm mà còn giữ chi phí thấp.

✅ Gia công CNC là gì?

Nói một cách đơn giản nhất, Máy tính hỗ trợ điều khiển số (CNC) là một công nghệ sản xuất, tạo ra các sản phẩm, chi tiết cơ khí hoàn thiện bằng cách cắt gọt, loại bỏ các lớp vật liệu khỏi một khối vật liệu rắn. Phay CNC, một trong những loại Máy gia công CNC chính sử dụng các dụng cụ cắt quay với tốc độ vài nghìn vòng / phút (RPM) để loại bỏ chính xác vật liệu cho đến khi đạt được hình dạng chính xác. Ngoài phay, gia công CNC cũng có thể sử dụng máy tiện và máy khoan để sản xuất các bộ phận hoặc tính năng.

Là một quy trình sản xuất được điều khiển bằng máy tính, gia công CNC sản xuất các chi tiết dựa trên mô hình. Việc thiết kế model được hỗ trợ máy tính (CAD) sau đó được gửi đến máy CNC thông qua phần mềm gia công hỗ trợ máy tính (CAM).

Máy CNC hoạt động trên một số lượng trục khác nhau. Một máy CNC 3 trục truyền thống có thể thao tác và gia công các chi tiết dọc theo ba trục tuyến tính: X, Y và Z.

Kỹ thuật này hiệu quả nhất cho gia công các chi tiết tương đối đơn giản.

Một máy 5 trục có khả năng làm việc dọc theo ba trục tuyến tính cũng như xung quanh hai trục quay. Điều này cho phép thực hiện các vết cắt phức tạp hơn và sâu hơn, mở rộng tiềm năng thiết kế của các chi tiết có hình dáng và cấu tạo phức tạp.

Do độ chính xác, tốc độ và tự động hóa của gia công CNC, nó đã trở thành một trong những quy trình sản xuất được sử dụng rộng rãi nhất.

Một trong những công nghệ phổ biến nhất được sử dụng là sản xuất các sản phẩm nguyên mẫu kim loại. Vì hiện tại đây là một trong những cách hiệu quả nhất để sản xuất hàng loạt nhỏ hoặc gia công sản phẩm đơn chiếc kim loại. CNC Machining cũng có khả năng mở rộng cao, có nghĩa là nó có thể được sử dụng để sản xuất một lần và tạo mẫu cũng như sản xuất số lượng từ ​​trung bình đến hàng loạt.

Gia công CNC cung cấp một số lợi thế cho các nhà sản xuất, bao gồm mức độ tự động hóa cao, độ tin cậy tuyệt vời, độ lặp lại và độ chính xác hình học cao. Quá trình cũng cung cấp chất lượng cao của bề mặt hoàn thiện cho các chi tiết và cung cấp độ bền tốt.

Mặc dù tất cả những lợi thế này đều giúp ích rất nhiều cho chúng ta, tuy nhiên vẫn có những hạn chế nhất định đối với Gia công CNC. May mắn thay, nếu những hạn chế này được tính đến trong quá trình thiết kế, thời gian và chi phí sản xuất sẽ có cơ hội giảm xuống và quá trình sản xuất có thể được tối ưu hóa.

✅ Hạn chế thiết kế cho gia công CNC

Gia công CNC là một quy trình sản xuất phổ biến vì khả năng sản xuất nhiều chi tiết khác nhau, từ hình dạng 2D đơn giản đến cấu trúc 3D phức tạp. Tuy nhiên, giống như mọi công nghệ sản xuất, dù sao gia công CNC vẫn có một số hạn chế về thiết kế. Chúng tôi đã chia nhỏ chúng xuống bên dưới để đảm bảo rằng sản phẩm của bạn được thiết kế tối ưu để đáp ứng các khả năng Gia công CNC của chúng tôi.

Dung sai

Khi gửi một thiết kế cho việc gia công, sẽ rất hữu ích khi thiết kế đó chỉ ra một dung sai hoặc phạm vi dung sai chấp nhận được cho một kích thước nào đó. Dung sai phải được xác định để đáp ứng các chức năng cần thiết của một chi tiết nhất định. Mặc dù gia công CNC có khả năng đạt được dung sai cực kỳ chặt chẽ, nhưng điều quan trọng cần lưu ý là dung sai chặt chẽ hơn so với tiêu chuẩn dịch vụ của chúng tôi thường có thể phải chịu thời gian sản xuất lâu hơn và chi phí cao hơn.

Nếu không có dung sai cụ thể được chỉ định trên thiết kế sản phẩm, thông thường các đơn vị gia công với máy móc tốt duy trì dung sai tiêu chuẩn là +/- -.005, đối với các chi tiết kim loại và +/-. 010 cho các chi tiết bằng nhựa. Có thể dung sai chặt chẽ hơn, mặc dù có thể tốn nhiều thời gian hơn để đạt được vì tốc độ trục chính phải được giảm để tính độ chính xác cao hơn.

Góc độ

Với phay CNC, điều quan trọng cần lưu ý là tất cả các cạnh hoặc thành dọc bên trong sẽ có phải có bán kính, thay vì một góc vuông. Điều này là do các công cụ cắt được sử dụng trong phay CNC có dạng hình trụ và vát góc, có nghĩa là chúng không thể tạo ra cạnh thẳng. Loại góc này được gọi là fillet góc bên trong.

Khi thiết kế một chi tiết, tính đến các góc fillet bên trong có thể giúp một quy trình sản xuất hiệu quả hơn. Ví dụ, nên chỉ định bán kính không chuẩn để cho phép dao cụ cắt tự do cắt và xoay góc mà không phải dừng và định vị lại. Ngoài ra, fillet có bán kính lớn hơn sẽ giúp gia công nhanh hơn và rẻ hơn so với bán kính nhỏ hơn.

Phay Undercuts

Vì các tính năng không thể được tạo ra bằng các dao cụ phay tiêu chuẩn, nên việc cắt xén đưa ra một số thách thức khi Gia công CNC. Và nếu có thể, nên tránh làm vậy. Đối với gia công đơn chiếc, nếu một hình học undercut có kích thước phi tiêu chuẩn, nó sẽ dẫn đến yêu cầu phải có một dụng cụ cắt tùy chỉnh để gia công nguyên công đó. Thường gọi là dao customize (dao đặc biệt).

Điều này sẽ làm tăng thời gian gia công và chi phí đáng kể. Do đó, nếu một tính năng undercut là cần thiết trong phần của bạn, hãy đảm bảo rằng nó có kích thước tiêu chuẩn.

Thứ hai, vì các dụng cụ cắt CNC bị giới hạn về chiều dài, nên không được gia công quá sâu. Undercuts quá sâu hoặc được đặt trong một khu vực khó tiếp cận sẽ không thể thực hiện vì các công cụ CNC sẽ không thể với tới chúng.

Độ dày của thành (wall)

Với Gia công CNC, cũng như các quy trình sản xuất khác, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng thiết kế chi tiết của bạn tuân thủ độ dày thành tối thiểu. Nói chung, nên chọn độ dày thành dày nhất có thể và để tránh các thành hoặc các vách quá mỏng. Điều này là do các vị trí thành mỏng hoặc mịn dễ bị rung động do dao cụ CNC có thể gây ra vỡ hoặc hư hỏng.

Độ dày thành tối thiểu tiêu chuẩn cho các kim loại gia công CNC là ~0,76 mm và ~1,5 mm cho nhựa.

Gia công ren

Khi một chi tiết đã được gia công theo kích thước và hình dáng đã chỉ định của nó, có thể thêm các ren bằng cách sử dụng mũi taro, dao định hình hoặc dao phay ren. Khi thiết kế chi tiết của bạn, sẽ rất hữu ích khi chọn kích thước ren lớn nhất có thể, vì các mũi taro nhỏ hơn có nguy cơ bị vỡ cao hơn trong quá trình sản xuất.

Nếu có thể, cũng nên tránh các ren sâu, vì các lỗ sâu trong chi tiết của bạn có thể phải chịu chi phí sản xuất cao hơn (nếu sử dụng một dao cụ tùy chỉnh là cần thiết). Tương tự như vậy, việc bám vào các kích thước ren tùy chỉnh trong thiết kế chi tiết của bạn có thể giúp giảm chi phí và thời gian sản xuất.

Phay CNC

 Chúng tôi cung cấp một loạt các dịch vụ Gia công CNC, bao gồm một trong những quy trình CNC phổ biến nhất như Phay CNC, Tiện CNC.

Trong gia công phay CNC, phôi gia công được gắn trên bàn máy, nơi các dụng cụ cắt như dao, mũi khoan quay cắt gọt đi các phần kim loại không cần thiết. Các dụng cụ cắt này quay với tốc độ cực nhanh hàng nghìn vòng quay mỗi phút (RPM) để loại bỏ vật liệu để tạo ra sản phẩm cuối cùng.

Để giúp cho quá trình phay CNC hiệu quả nhất có thể, lớp vật liệu ban đầu cần loại bỏ được cắt bỏ bằng các dao phay thô lớn hơn với tốc độ RPM thấp hơn, ăn phôi dầy hơn. Điều này cho phép loại bỏ nhanh chóng phần lớn vật liệu. Khi chi tiết được thành hình với lượng dư, các dụng cụ có độ chính xác cao hơn ăn mỏng khi gia công tinh. Khi chi tiết đã được gia công ra theo kích thước, nó được kiểm tra cẩn thận để đảm bảo rằng dung sai yêu cầu được đáp ứng và chất lượng đạt tiêu chuẩn. Từ đó, chi tiết có thể được xử lý sau và giao cho khách hàng.

Mẹo nhanh cho gia công phay CNC

Bám sát các góc bên trong tròn: vì phay CNC sử dụng các công cụ quay tròn, không thể tạo ra một góc bên trong sắc nét.

Sử dụng bán kính lớn nhất có thể: dụng cụ cắt được sử dụng càng lớn, vật liệu có thể được loại bỏ càng nhanh. Đảm bảo rằng bán kính bên trong lớn nhất có thể được tích hợp vào thiết kế sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình gia công của các dao phay ngón.

Tiện CNC

Trong quy trình tiện CNC, một phôi được gắn vào mâm cặp quay, giúp di chuyển chi tiết khi các dụng cụ cắt cố định thực hiện công việc của chúng. CNC Turn rất phù hợp để sản xuất các chi tiết tròn xoay, có tính đối xứng dọc theo trục trung tâm của chúng và thường nhanh hơn và rẻ hơn so với các sản phẩm phay CNC.

Dao tiện CNC, hoặc máy tiện, vẫn đứng yên khi phôi được quay ở tốc độ cao, tiếp xúc để loại bỏ chính xác vật liệu cho đến khi đạt được hình học cuối cùng.

Do bản chất của tiện CNC, quy trình này chủ yếu được sử dụng để sản xuất các bộ phận hình trụ, tuy nhiên cũng có thể sản xuất các cấu hình không trụ bằng hệ thống tiện và phay CNC đa trục trên các máy tiện phay CNC.

Mẹo nhanh cho tiện CNC

Tránh xa việc các góc bên trong được thiết kế vuông góc: như Phay CNC, Tiện CNC có khả năng tạo ra các góc tròn, cả bên ngoài lẫn bên trong.

Đối xứng, nhưng không quá mỏng hoặc dài: nếu một thiết kế chi tiết quá dài hoặc mỏng, vòng quay trong quá trình sản xuất có thể trở nên không ổn định gây ra vấn đề sản xuất. Đơn giản là võng, đảo gây ra độ côn.

Xem tiếp Phần 2