更好適合CNC加工的零件設(shè)計(jì)思路和限制
簡(jiǎn)介：
產(chǎn)品的物理體現(xiàn)發(fā)生在車間；
然而，制造過程在數(shù)控銑削和車削機(jī)床啟動(dòng)之前就開始了。它從關(guān)鍵的設(shè)計(jì)階段開始，這對(duì)于確定產(chǎn)品或其零件的尺寸和結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。
在設(shè)計(jì)階段充分考慮生產(chǎn)技術(shù)的限制，可以通過減少潛在的障礙來促進(jìn)制造階段。
本指南提供了基于對(duì)數(shù)控加工、其設(shè)計(jì)限制、特定數(shù)控服務(wù)的深入了解的有價(jià)值的設(shè)計(jì)技巧、最佳實(shí)踐、材料選擇建議以及注意事項(xiàng)。我們希望本指南不僅可以幫助您最大限度地提高產(chǎn)品產(chǎn)量，還可以確保預(yù)算最小化。
什么是數(shù)控加工？
數(shù)控加工是一種通過從固體塊或坯料上去除材料層來制造最終產(chǎn)品的減法制造方法。該過程涉及使用高速旋轉(zhuǎn)的切削工具來銑削材料，直到創(chuàng)建出想要的形狀。數(shù)控銑削是數(shù)控加工的關(guān)鍵類型之一，它使用切削工具，而車床和鉆頭則用于在成品上創(chuàng)建特征。
CAD模型用于指導(dǎo)數(shù)控機(jī)床如何創(chuàng)建設(shè)計(jì)，并且機(jī)床在不同數(shù)量的軸上運(yùn)行。3軸機(jī)床在三個(gè)線性軸X、Y和Z上工作，而5軸機(jī)床在三個(gè)線性軸周圍的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上工作。
數(shù)控加工為制造商提供了許多優(yōu)勢(shì)，包括高度自動(dòng)化、可靠性、出色的可重復(fù)性和精確的幾何精度。它還提供高質(zhì)量的表面光潔度和耐用的零件。
數(shù)控加工的設(shè)計(jì)限制：
然而，數(shù)控加工存在一些限制。幸運(yùn)的是，通過結(jié)合考慮這些限制的設(shè)計(jì)考慮因素，制造商可以優(yōu)化生產(chǎn)過程、降低成本并最大限度地減少生產(chǎn)時(shí)間。
公差：
在提交零件設(shè)計(jì)進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，包括零件尺寸的可接受公差是有幫助的。公差應(yīng)根據(jù)零件所需的功能來確定。
數(shù)控加工可以達(dá)到非常嚴(yán)格的公差；但是，值得注意的是，公差比我們的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格可能會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)和成本增加。
如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)中沒有指定具體公差，我們將按照ISO 2768標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行服務(wù)，將金屬零件的公差保持在+/-0.127mm，將塑料零件的公差保持在+/-0.254mm。更嚴(yán)格的公差可以實(shí)現(xiàn)，但可能需要更長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)樾枰档蚏PM轉(zhuǎn)速以滿足更高精度要求。
角度：
數(shù)控銑削使用圓柱形刀具生成內(nèi)角圓角，而不是直角，從而在內(nèi)部垂直邊緣或墻壁上產(chǎn)生半徑。這是因?yàn)閿?shù)控銑削中使用的切削刀具是圓柱形的，無法產(chǎn)生直邊。在設(shè)計(jì)零件進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，必須考慮到這一點(diǎn)。
非標(biāo)準(zhǔn)半徑可以提高生產(chǎn)效率，因?yàn)榍邢鞯毒呖梢宰杂汕懈詈娃D(zhuǎn)向角落，而無需停止和重新定位。較大半徑的圓角比小半徑的圓角銑削速度更快、成本更低。
底切：
底切是無法使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控銑削工具生產(chǎn)的特征，在數(shù)控加工時(shí)會(huì)帶來許多挑戰(zhàn)。因此，如果可能，必須避免它們。如果底切幾何形狀沒有標(biāo)準(zhǔn)尺寸，則需要生產(chǎn)定制加工工具才能生產(chǎn)，這將大大增加加工時(shí)間和成本。因此，如果零件中需要底切特征，請(qǐng)確保其具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸。
此外，應(yīng)避免太深或位于難以觸及的區(qū)域的底切。這是因?yàn)閿?shù)控工具的長(zhǎng)度有限，太深的底切可能無法生產(chǎn)，因?yàn)閿?shù)控工具可能無法訪問它們。
壁厚：
在為數(shù)控加工設(shè)計(jì)零件時(shí)，最小壁厚是一個(gè)重要的考慮因素。建議選擇盡可能厚的壁厚，并避免薄壁，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀渍駝?dòng)，可能導(dǎo)致刀具斷裂或損壞。
數(shù)控加工金屬的標(biāo)準(zhǔn)最小壁厚為0.030英寸（約0.76毫米），塑料的標(biāo)準(zhǔn)最小壁厚為0.060英寸（約1.5毫米）。遵守這些標(biāo)準(zhǔn)可以確保最佳生產(chǎn)和成本效益。
螺紋：
一旦零件加工到指定的尺寸和形狀，就可以使用切削絲錐、成型絲錐或螺紋銑刀添加螺紋。在設(shè)計(jì)零件時(shí)，建議選擇盡可能大的螺紋尺寸，因?yàn)檩^小的絲錐在生產(chǎn)過程中容易斷裂。此外，最好避免使用深螺紋，因?yàn)槿绻枰ㄖ乒ぞ?，可能?huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本更高。此外，在零件設(shè)計(jì)中遵循標(biāo)準(zhǔn)螺紋尺寸可以幫助降低成本和生產(chǎn)時(shí)間。
數(shù)控銑削：
在零件通，我們提供一系列數(shù)控加工服務(wù)，其中包括最常見的數(shù)控加工工藝之一：數(shù)控銑削。在這個(gè)過程中，將材料毛坯安裝在機(jī)床床上，使用諸如立銑刀之類的旋轉(zhuǎn)切削工具來切削原材料。這些工具以每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)的極高速度旋轉(zhuǎn)，以去除材料并創(chuàng)建最終零件。
為了使數(shù)控銑削過程盡可能高效，最初要移除的材料使用較大的工具以更高的轉(zhuǎn)速切割掉。這使得大部分材料可以快速移除。當(dāng)零件快要切割成形狀時(shí)，使用轉(zhuǎn)速較少的更高精度工具來完成零件。
一旦零件成功切割到尺寸，就會(huì)仔細(xì)檢查以確保符合所需的公差并且質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。從那里，零件可以進(jìn)行后處理并交付給客戶。
數(shù)控銑削的快速提示：
堅(jiān)持使用圓形內(nèi)角：由于數(shù)控銑削使用圓形旋轉(zhuǎn)工具，因此無法創(chuàng)建銳角內(nèi)角。
盡可能使用最大半徑：使用的切削刀具越大，移除材料的速度就越快。確保將盡可能大的內(nèi)角半徑集成到設(shè)計(jì)中，這將有助于數(shù)控銑削過程。
數(shù)控車削：
在數(shù)控車削過程中，將材料毛坯安裝在旋轉(zhuǎn)卡盤上，旋轉(zhuǎn)卡盤在固定刀具工作時(shí)移動(dòng)零件。數(shù)控車削非常適合生產(chǎn)沿其中心軸對(duì)稱的零件，并且通常比數(shù)控銑削產(chǎn)品更快、更便宜。
數(shù)控車削刀具（或車床）在原材料高速旋轉(zhuǎn)時(shí)保持靜止，與之接觸以精確去除材料，直到獲得最終幾何形狀。由于數(shù)控車削的性質(zhì)，該過程主要用于生產(chǎn)圓柱形零件，但是也可以使用多軸數(shù)控車削和銑削系統(tǒng)生產(chǎn)非圓柱形輪廓。
數(shù)控車削的快速提示：
遠(yuǎn)離尖銳的內(nèi)角：與數(shù)控銑削一樣，數(shù)控車削能夠制造外部和內(nèi)部的圓角。對(duì)稱，但不要太薄或太長(zhǎng)：如果零件設(shè)計(jì)太長(zhǎng)或太薄，生產(chǎn)過程中的旋轉(zhuǎn)可能會(huì)變得不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致制造問題。
材料選擇：
作為一種減材制造工藝，數(shù)控加工使用一塊原材料（金屬或塑料）來制造零件。該塊被稱為材料毛坯。無論您使用什么材料，在生產(chǎn)過程之前選擇正確尺寸的材料毛坯都至關(guān)重要。通常，明智的做法是選擇一個(gè)毛坯，其每個(gè)尺寸至少比最終零件的尺寸大0.125”（約0.3厘米），以考慮原始材料的任何不一致性。同時(shí)，重要的是不要使用太大的毛坯，以最大限度地減少材料浪費(fèi)。在訂購數(shù)控加工零件之前要牢記的另一件關(guān)鍵事情是，您的材料選擇會(huì)影響生產(chǎn)時(shí)間和成本。這是因?yàn)槟承┎牧系目杉庸ば员绕渌牧细?，這意味著它們更容易和更快地加工。更快的加工速度最終會(huì)轉(zhuǎn)化為更低的生產(chǎn)成本。
金屬：
一般來說，延展性好的金屬更容易加工，因?yàn)镃NC銑床可以更輕松地切割它們并實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)速。例如，黃銅由于其良好的延展性，是最容易加工的金屬之一。鋁合金也非常適合CNC加工，生產(chǎn)時(shí)間很快。
另一方面，鋼是一種堅(jiān)固的金屬，其可加工性比鋁低得多，這意味著生產(chǎn)速度會(huì)較慢且成本較高。然而，需要注意的是，不同等級(jí)的鋼根據(jù)其碳含量具有不同的可加工性水平。碳含量非常低和非常高的鋼通常難以加工。
例如，碳含量相對(duì)較低的不銹鋼304很難加工，因?yàn)樗鼤?huì)變得粘稠并且硬化速度過快。硫和磷等添加劑可以使不銹鋼更容易加工，如不銹鋼303的可加工性更好所示。
為了說明這些金屬的可加工性，碳鋼的加工時(shí)間通常是鋁的四倍，而不銹鋼的加工時(shí)間則是鋁的兩倍。
我們?yōu)镃NC加工提供以下金屬合金：
鋁
6061 T6、7075 T651、5052、2024、1060、LY12 2A12、1100、3003、3004、5083、5754、6082、6063、6083、7050、5A12、5A02
黃銅
黃銅C360、黃銅260、C932 M07軸承青銅
銅
銅H62、銅H65、銅H70、銅H80、銅H90、銅合金特殊
聚合物：
雖然可以加工熱塑性塑料，但聚合物的材料特性可能會(huì)給CNC加工帶來挑戰(zhàn)。首先，由于熱導(dǎo)率較低，許多熱塑性塑料在接觸CNC銑床或鉆頭時(shí)會(huì)熔化或翹曲。盡管如此，對(duì)于不需要金屬強(qiáng)度和剛性的零件，熱塑性塑料可以提供更便宜的替代品。
在熱塑性塑料的范圍內(nèi)，Delrin（POM）、高密度聚乙烯（HDPE）和ABS具有良好的可加工性。雖然PEEK、Ultem、尼龍和許多復(fù)合材料因其強(qiáng)度和耐用性而受到歡迎，但它們更難加工。
我們?yōu)镃NC加工提供以下熱塑性塑料：
ABS
ABS米色、ABS藍(lán)色、ABS黑色
ABS阻燃、透明ABS特殊
亞克力Delrin
POM白色、POM黑色、POM特殊
HDPE尼龍
數(shù)控加工表面處理：
數(shù)控加工過程的最后一步是后處理。在零件通，我們提供多種表面處理方法來完成您的最終零件并使其達(dá)到您的特定要求。需要注意的是，使用數(shù)控加工，后處理是可選的，因?yàn)榧庸ち慵馁|(zhì)量已經(jīng)很高（見機(jī)加工）。
陽極氧化（II型或III型）：
陽極氧化為機(jī)加工零件提供了出色的耐腐蝕性，提高了表面的硬度和耐磨性，同時(shí)散熱。陽極氧化是涂漆和底漆最常見的表面處理方法，因?yàn)樗峁┝烁哔|(zhì)量的表面處理。我們提供兩種類型的陽極氧化：II型，具有耐腐蝕性；和III型，更厚并增加了耐磨層。兩種陽極氧化工藝都允許廣泛的顏色飾面。
機(jī)加工：
機(jī)加工表面處理不需要后處理，可為零件提供最快的周轉(zhuǎn)時(shí)間。機(jī)加工零件的表面光潔度與125μin Ra相當(dāng)，而要求可以提高到63、32或16 Raμin。在最終零件上仍可能看到輕微的工具痕跡。
粉末涂料：
在粉末涂料過程中，粉末涂料直接噴涂在機(jī)加工零件上。然后將涂覆的零件在烘箱中烘烤，形成耐用、耐磨和耐腐蝕的層。粉末涂料過程中提供多種顏色選擇。
噴丸：
噴丸是將小玻璃珠受控地吹向機(jī)加工零件表面。這種技術(shù)產(chǎn)生具有啞光紋理的光滑表面。在噴丸處理中，使用各種材料（如沙子、石榴石、胡桃殼和金屬珠）來清潔零件或?yàn)楹罄m(xù)的表面處理做準(zhǔn)備。
快速提示以優(yōu)化您產(chǎn)品的數(shù)控加工：
保持設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單
如果可能，盡可能保持零件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，通常會(huì)縮短生產(chǎn)時(shí)間，從而降低成本。這是因?yàn)閺?fù)雜結(jié)構(gòu)和表面的創(chuàng)建使用了許多小切口，這些切口比平面表面上更簡(jiǎn)單、更大的切口需要更長(zhǎng)的執(zhí)行時(shí)間。
盡量減少刀具更換：
遵循保持簡(jiǎn)單的提示，確保零件設(shè)計(jì)集成一致的內(nèi)角半徑和孔尺寸，可以大大減少加工時(shí)間。換句話說，盡可能使用相同的尺寸將減少所需的刀具更換次數(shù)，每次刀具更換都會(huì)增加額外的時(shí)間和成本。
明智地選擇材料：
如前所述，材料選擇對(duì)數(shù)控加工的生產(chǎn)時(shí)間和成本有很大影響。如果可能，選擇具有良好可加工性的材料，例如黃銅或鋁。對(duì)于不需要金屬剛度和強(qiáng)度的應(yīng)用，數(shù)控加工塑料材料也有助于降低成本，因?yàn)椴牧厦鞲阋恕?br /> 考慮公差和壁厚：
對(duì)于數(shù)控加工，較高的公差和較薄的壁厚通常意味著較高的成本，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)更高精度切割所需的時(shí)間。如果您的產(chǎn)品或零件有允許的公差范圍，請(qǐng)選擇較低的公差以減少生產(chǎn)時(shí)間和成本。壁厚度也是如此：在可能的情況下，選擇較大的壁厚公差。
盡量一種表面處理：
數(shù)控加工過程的最后階段，表面處理，也會(huì)影響整個(gè)項(xiàng)目的成本。為您的零件或產(chǎn)品選擇單一表面可以提高時(shí)間和成本效率。如果需要多種表面處理，仍然有助于盡量減少所需的不同表面處理的數(shù)量。
好適合CNC加工的零件設(shè)計(jì)思路和限制
12-08-2024
