Gia công CNC các bộ phận kim loại: Những điều mọi kỹ sư nên biết trước khi viết bản in

Gia công CNC các bộ phận kim loại: Những điều mọi kỹ sư nên biết trước khi viết bản in

Hầu hết các vấn đề về kích thước trên các bộ phận được gia công CNC không bắt đầu ở xưởng mà bắt đầu từ bản vẽ. Dung sai chặt chẽ hơn mức quy trình có thể giữ, độ dày thành dễ gây ra tiếng ồn ào, chú thích luồng thiếu lớp dung sai của nó. Vào thời điểm các bộ phận được giao đến và không được kiểm tra, nguyên nhân cốt lõi đã có từ ba tuần trước và nằm trong một bản PDF.

Bài viết này cung cấp cho bạn kiến ​​thức làm việc thực tế về cáchGia công CNC các bộ phận kim loạithực sự hoạt động - những gì quy trình có thể và không thể làm, việc lựa chọn vật liệu ảnh hưởng như thế nào đến mọi thứ ở khâu tiếp theo và cách viết một bản in giúp bạn có được những phần tốt trong lần chạy đầu tiên. Không có lý thuyết vì lợi ích riêng của nó. Mọi thứ ở đây đều liên quan đến những quyết định mà bạn sẽ đưa ra trong công việc thực tế.

Thực chất gia công CNC là gì?

CNC là viết tắt của Điều khiển số máy tính. Máy đọc chương trình - thường được tạo từ mô hình CAD của bạn - và di chuyển công cụ cắt dọc theo các đường dẫn chính xác để loại bỏ vật liệu khỏi phôi kim loại. Người vận hành thiết lập máy, tải chương trình và giám sát quá trình chạy. Máy thực hiện hình học.

Đó là phiên bản đơn giản. Phần quan trọng đối với công việc của bạn là đây:Gia công CNC là một quá trình trừ. Bạn bắt đầu với nhiều tài liệu hơn mức bạn cần và cắt bỏ mọi thứ không phù hợp. Điều này về cơ bản khác với đúc, rèn hoặc sản xuất bồi đắp (in 3D) và nó có ý nghĩa đối với việc hình học nào là khả thi, dung sai nào có thể đạt được và cấu trúc chi phí trông như thế nào.

Hãy nghĩ về nó giống như việc khắc một hình người từ một khối gỗ. Các công cụ của nhà điêu khắc xác định chi tiết có thể đẹp đến mức nào. Bản thân gỗ - thớ gỗ, độ cứng, cách nó phản ứng với việc cắt - quyết định liệu các chi tiết đó có giữ được hình dạng hay không. TRONGQuy trình sản xuất bộ phận kim loại CNC, cái máy là nhà điêu khắc và vật liệu là gỗ. Cả hai đều quan trọng.

Ba thao tác CNC phổ biến nhất bạn sẽ gặp phải:

Phay CNC- dụng cụ cắt quay và di chuyển dọc theo phôi cố định. Được sử dụng cho các bề mặt phẳng, túi, khe, đường viền 3D phức tạp. Nếu bộ phận của bạn có các đặc điểm trông giống như được chạm khắc từ một khối thì có thể nó đã được phay.

tiện CNC- phôi quay trong khi dụng cụ cắt vẫn tương đối cố định. Dùng cho các chi tiết hình trụ: trục, bạc lót, vòi phun, các chi tiết có ren. Nếu bộ phận của bạn tròn và đối xứng quanh một trục thì có thể nó đã bị quay.

Máy tiện CNC Thụy Sĩ- một dạng tiện chuyên dụng trong đó phôi được đỡ rất gần vùng cắt, cho phép gia công các chi tiết dài, mảnh với dung sai chặt chẽ mà không bị lệch. Tiêu chuẩn dành cho chốt y tế, đầu nối thu nhỏ, bộ phận đồng hồ và bất kỳ bộ phận chính xác nào có tỷ lệ chiều dài-trên-đường kính cao.

Nhiều bộ phận thực yêu cầu nhiều thao tác - chẳng hạn như trục quay có rãnh then được phay hoặc vỏ được phay có lỗ quay và có ren.

Lựa chọn vật liệu ảnh hưởng như thế nào đến các bộ phận kim loại được gia công CNC?

Đây là câu hỏi mà các kỹ sư mới đánh giá thấp nhất. Vật liệu bạn chỉ định không chỉ xác định các thuộc tính-sử dụng cuối cùng của bộ phận - mà nó còn xác định mức độ dễ hay khó khi gia công bộ phận đó, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí, dung sai có thể đạt được và độ hoàn thiện bề mặt.

Đây là tài liệu tham khảo thiết thực về các kim loại bạn sẽ gặp thường xuyên nhất trongSo sánh vật liệu gia công kim loại CNC:

Một số điều mà bảng này sẽ không nói trực tiếp với bạn. Nhôm gia công nhanh và dễ dàng giữ được dung sai chặt chẽ - đó là lựa chọn mặc định khi trọng lượng và chi phí quan trọng hơn độ bền tối đa. Vật liệu thép không gỉ-cứng lại khi bạn cắt, nghĩa là dụng cụ cùn hoặc tốc độ tiến dao sai có thể thực sự làm thay đổi đặc tính vật liệu ở phần cắt giữa-bề mặt. Titanium là kim loại hàng không vũ trụ phổ biến nhất đối với máy móc: nó tạo ra nhiệt độ cực cao, có độ dẫn nhiệt thấp và sẽ phá hủy dụng cụ nhanh hơn bất kỳ vật liệu nào khác trong danh sách này. Nếu bản in của bạn có chữ titan, hãy dự kiến ​​chi phí và thời gian thực hiện sẽ phản ánh điều đó.

Gia công CNC thực sự có thể giữ được những dung sai nào?

Đây là nơi mà hầu hết những người mới bắt đầu viết bản in đều gây ra vấn đề. Hiểu biếtcác bộ phận gia công CNC có dung sai chặt chẽbắt đầu bằng việc hiểu "tiêu chuẩn" nghĩa là gì.

Dung sai gia công CNC tiêu chuẩn thường là ±0,05mm (±0,002") đối với hầu hết các lỗ, mặt, kích thước tổng thể của hầu hết các chi tiết kim loại -. Điều này có thể đạt được trên mọi máy CNC hiện đại mà không cần thiết lập đặc biệt và nó phù hợp với phần lớn các tính năng chức năng trên một bộ phận cơ khí điển hình.

Vấn đề mà các kỹ sư gặp rắc rối là chỉ định ±0,005mm trên mọi kích thước trên bản vẽ, bất kể các kích thước đó có yêu cầu chức năng đó hay không. Dung sai chặt chẽ hơn có nghĩa là thời gian chu kỳ dài hơn, thay đổi công cụ thường xuyên hơn, môi trường-được kiểm soát nhiệt độ và kiểm tra CMM 100% trên các kích thước quan trọng. Mỗi bước chặt chẽ hơn sẽ tốn kém hơn đáng kể. Nếu không cần thiết thì đừng gọi ra ngoài.

Đây là tài liệu tham khảo thực tế về ý nghĩa thực sự của các dải dung sai khác nhau trong sản xuất:

Khoảng cách kiến ​​thức cản trở các kỹ sư mới:dung sai và độ hoàn thiện bề mặt không giống nhau và việc chỉ ra cái này không ảnh hưởng đến cái kia.Lỗ khoan có thể có kích thước trong phạm vi ±0,005mm nhưng có độ nhám bề mặt Ra 1,6µm -, điều này có thể hoàn toàn ổn đối với khớp ép nhưng hoàn toàn sai đối với phốt trượt. Luôn chỉ định cả Ra (độ nhám bề mặt) và dung sai kích thước cho các đối tượng mà cả hai đều quan trọng. Nếu bản in của bạn chỉ có một, một cửa hàng tốt sẽ yêu cầu. Một cửa hàng ít cẩn thận hơn sẽ chỉ đặt máy theo mặc định của họ.

Khi nào thì Gia công CNC là đúng quy trình - và khi nào thì không?

Gia công CNC không phải lúc nào cũng là câu trả lời tốt nhất. Đối với các kỹ sư mới đang đánh giá lộ trình quy trình, đây là cách suy nghĩ kỹ về lộ trình đó:

Quy trình sản xuất các bộ phận kim loại CNC tỏa sáng ở không gian có-khối lượng trung bình, độ phức tạp-cao, dung sai{2}chặt chẽ. Đây là phương pháp thực tế duy nhất để sản xuất giá đỡ hàng không vũ trụ bằng titan với các góc ghép và lỗ khoan ±0,01mm cho sản phẩm đầu tiên trong vòng hai tuần. Đó không phải là câu trả lời đúng đắn cho việc sản xuất hàng triệu khung thép giống hệt nhau có thể được đóng dấu trong một khoảng thời gian ngắn.

Sai lầm của người mới bắt đầu gây tốn kém nhất: Độ dày của tường

Hãy hỏi bất kỳ thợ máy có kinh nghiệm nào họ thấy thường xuyên nhất trên-bản in kỹ thuật lần đầu tiên và câu trả lời thường giống nhau: độ dày thành quá mỏng so với vật liệu và quy trình.

Đây là lý do tại sao nó quan trọng. Khi dụng cụ cắt loại bỏ vật liệu khỏi một bức tường mỏng, lực cắt có thể làm chệch hướng bức tường thay vì cắt xuyên qua nó một cách sạch sẽ. Bộ phận uốn cong dưới dụng cụ, đàn hồi trở lại và kích thước thu được lớn hơn dự định của chương trình. Bạn có những bức tường sai lệch 0,1–0,3mm so với thông số kỹ thuật và không có quá trình điều chỉnh nào có thể khắc phục được điều đó - vấn đề là hình học.

Hướng dẫn chung cho các bộ phận CNC kim loại:

Đối với nhôm, duy trì độ dày thành tối thiểu 0,8mm trên các tính năng gia công. Đối với thép và thép không gỉ, 1.0mm. Đối với titan, 1,5mm trở lên trừ khi bộ phận được thiết kế đặc biệt với các miếng lót hoặc các tính năng hỗ trợ giúp làm cứng phần đó trong quá trình gia công. Đây không phải là giới hạn cứng - thợ máy có kinh nghiệm có thể mỏng hơn với các đồ gá và đường chạy dao phù hợp - nhưng nếu bộ phận của bạn có thành bên dưới những con số này, hãy gắn cờ rõ ràng khi bạn gửi bản in. Một cửa hàng tốt sẽ cho bạn biết họ dự định xử lý vấn đề đó như thế nào. Một cửa hàng trích dẫn nó mà không bình luận hoặc chưa đọc kỹ bản vẽ hoặc đang có ý định thử xem điều gì sẽ xảy ra.

5 trục và 3 trục: Ý nghĩa của các con số đối với phần của bạn

Bạn sẽ thấy các cửa hàng quảng cáo "gia công CNC 5 trục" như một tính năng cao cấp. Đây là ý nghĩa thực sự của điều đó đối với bạn và khi nào nó quan trọng.

Máy 3{2}}trục di chuyển theo X, Y và Z. Nó có thể chạm đến đỉnh và bốn cạnh của một bộ phận, nhưng nó yêu cầu tái định vị (cố định lại) để gia công các mặt bổ sung. Mỗi lần sửa lại đều tiềm ẩn lỗi căn chỉnh và tốn thêm thời gian thiết lập.

Máy 5{1}}trục bổ sung khả năng xoay quanh hai trục bổ sung, nghĩa là dụng cụ cắt có thể tiếp cận phôi từ hầu hết mọi hướng mà không cần cố định lại. Về phần bạn, điều này có hai ý nghĩa thực tế:

Hình học phức tạp trong một thiết lập duy nhất.Các tính năng trên nhiều mặt, góc ghép, đường cắt và tường côn đều có thể được gia công trong một thiết lập. Trên máy 3{2}}trục, những thiết lập này có thể yêu cầu ba hoặc bốn thiết lập - mỗi thiết lập đều cộng thêm chi phí và lỗi căn chỉnh tích lũy.

Dung sai tốt hơn trên các bộ phận có nhiều{0}}mặt.Khi tất cả các tính năng quan trọng được gia công trong một thiết lập duy nhất so với một mốc thời gian duy nhất, mối quan hệ hình học giữa các tính năng đó sẽ chính xác hơn so với khi chúng được gia công qua nhiều lần{0}}cố định lại. Vìcác bộ phận gia công CNC có dung sai chặt chẽví dụ: trong đó lỗ khoan trên một mặt phải đồng tâm chính xác với đặc điểm trên mặt liền kề, 5 trục thường là câu trả lời đúng.

Không phải mọi bộ phận đều cần 5 trục. Một giá đỡ đơn giản với các tính năng chỉ có trên máy một hoặc hai mặt hoàn toàn tốt trên 3 trục. Việc nâng cấp chỉ có ý nghĩa khi hình dạng bộ phận thực sự yêu cầu nó.

Nếu bạn đang chỉ định các bộ phận kim loại chính xác - thì đây là cách MID Precision có thể trợ giúp

Nếu bạn đang chỉ định một bộ phận cần dung sai dưới ±0,02mm, các vật liệu như titan hoặc thép không gỉ cấp -y tế hoặc hình học nhiều mặt-phức tạp yêu cầu gia công 5 trục thì đó chính xác là những công việc mà nhóm của chúng tôi thực hiện hàng ngày.

Của chúng tôiKhả năng gia công CNCbao gồm phay 3-trục, 4- trục và 5 trục, tiện CNC, tiện CNC Thụy Sĩ cho các bộ phận chính xác có đường kính nhỏ và gia công kim loại tấm. Chúng tôi giữ dung sai ±0,002mm đối với các đặc điểm đủ tiêu chuẩn và độ nhám bề mặt ở Ra 0,02µm. Phạm vi vật liệu của chúng tôi bao gồm hợp kim nhôm, thép không gỉ, titan, đồng, đồng thau và nhựa kỹ thuật - tất cả đều có khả năng truy xuất nguồn gốc nguyên liệu đầy đủ từ chứng nhận tồn kho thô đến báo cáo kiểm tra cuối cùng.

Dành cho các kỹ sư mới tìm nguồn cung ứngbộ phận kim loại gia công CNC chính xác từ Trung Quốc, chúng tôi cung cấp bản đánh giá DFM miễn phí với mỗi báo giá. Điều đó có nghĩa là trước khi cắt bất cứ thứ gì, chúng tôi sẽ xem xét bản vẽ của bạn để tìm các vấn đề về độ dày thành, chú thích dung sai không phù hợp với khả năng xử lý, thông số ren cần làm rõ và bất kỳ tính năng nào sẽ được hưởng lợi từ việc điều chỉnh thiết kế. Chúng tôi gắn cờ bằng văn bản - bạn quyết định có thay đổi nó hay không.

Nếu bộ phận của bạn nằm trong sản phẩm cuối cùng được quản lý - thiết bị y tế, lắp ráp hàng không vũ trụ, thiết bị bán dẫn - thì hệ thống chất lượng tuân thủ ISO 13485- của chúng tôi sẽ tạo ra tài liệu mà nhóm tuân thủ của bạn cần: báo cáo kiểm tra bài viết đầu tiên, chứng chỉ vật liệu, báo cáo kích thước CMM và hồ sơ hành động khắc phục nếu có bất kỳ điều gì không tuân thủ.

Gửi cho chúng tôi bản vẽ của bạnvà chúng tôi sẽ quay lại với báo giá và ghi chú DFM trong vòng 24 giờ. Nếu bạn vẫn đang ở giai đoạn thiết kế và muốn có thông tin đầu vào của quy trình trước khi bản in hoàn tất,nhận đánh giá thiết kế miễn phí- chúng tôi thường có thể xác định các điểm rủi ro về chi phí và chất lượng trong bản vẽ trong vòng một giờ.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Bản vẽ của tôi ghi "±0,01mm trên tất cả các kích thước." Điều đó có thực tế không?

Có thể đạt được về mặt kỹ thuật - nhưng không thực tế hoặc không hiệu quả về mặt chi phí-như một chú thích chung. ±0,01mm trên mọi kích thước trên một bộ phận khiến thời gian kiểm tra và thời gian chu trình gia công cao hơn đáng kể so với mức cần thiết. Cách tiếp cận phù hợp là chỉ xác định ±0,01mm trên các kích thước có chức năng yêu cầu nó - thường là lỗ ổ trục, bề mặt bịt kín, giao diện tiếp giáp - và sử dụng khối dung sai chung (ISO 2768-m hoặc tương tự) cho mọi thứ khác. Điều này giúp giảm chi phí và làm cho thợ máy hiểu rõ các tính năng quan trọng.

Hỏi: Làm cách nào để biết bộ phận của tôi cần gia công 3 trục hay 5 trục?

Nếu tất cả các tính năng mà phần của bạn yêu cầu có thể được truy cập từ trên cùng và bốn cạnh của khối mà không cần xoay thì trục 3-thường là đủ. Nếu bạn có các góc ghép, các đặc điểm trên nhiều hơn hai mặt phải được giữ trong mối quan hệ hình học chính xác hoặc các đường cắt dưới không thể tiếp cận được bằng đường chạy dao thẳng thì trục 5{5}} là điều đáng để thảo luận. Khi nghi ngờ, hãy chia sẻ tệp CAD của bạn với cửa hàng và yêu cầu họ cho lời khuyên - đây là một câu hỏi dài 5 phút giúp tiết kiệm rất nhiều chi phí sửa chữa lại.

Hỏi: Sự khác biệt giữa độ nhám bề mặt Ra 0,8 và Ra 3.2 - là gì và nó có quan trọng đối với tôi không?

Ra là độ nhám trung bình của bề mặt - số càng nhỏ nghĩa là mịn hơn. Ra 3,2µm là tiêu chuẩn dành cho-lớp hoàn thiện được gia công. Ra 0,8µm yêu cầu phải qua bước hoàn thiện hoặc đánh bóng nhẹ. Ra 0,4µm trở xuống thường yêu cầu các hoạt động hoàn thiện chuyên dụng. Đối với hầu hết các đặc điểm cấu trúc, Ra 3,2µm là phù hợp. Để bịt kín các bề mặt, khớp trượt và bất kỳ bề mặt nào tiếp xúc với mô sinh học hoặc chất lỏng, thường cần Ra 0,8µm hoặc cao hơn. Hãy chỉ định rõ ràng về các tính năng đó - đừng cho rằng cửa hàng sẽ mặc định hoàn thiện tốt hơn trừ khi bản in yêu cầu điều đó.

Hỏi: Gia công CNC có thể tạo ra hình dạng chi tiết giống như đúc không?

Thường thì có, nhưng không phải luôn luôn. Gia công CNC có thể tạo ra hầu hết các hình học mà vật đúc có thể, cùng với các tính năng mà vật đúc không thể - như lỗ mù sâu, góc bên trong sắc nét và lỗ ren chính xác. Sự cân bằng là khối lượng: quá trình đúc có chi phí gia công cao nhưng chi phí trên mỗi bộ phận thấp ở khối lượng lớn. CNC có chi phí thiết lập thấp nhưng chi phí trên mỗi bộ phận lại cao hơn. Đối với khối lượng dưới vài nghìn chiếc, CNC thường tiết kiệm hơn. Trên mức đó, điểm hòa vốn-phụ thuộc vào độ phức tạp của bộ phận và vật liệu.