更好適合CNC加工的零件設(shè)計思路和限制
簡介：
產(chǎn)品的物理體現(xiàn)發(fā)生在車間；
然而，制造過程在數(shù)控銑削和車削機床啟動之前就開始了。它從關(guān)鍵的設(shè)計階段開始，這對于確定產(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制造階段。
本指南提供了基于對數(shù)控加工、其設(shè)計限制、特定數(shù)控服務(wù)的深入了解的有價值的設(shè)計技巧、最佳實踐、材料選擇建議以及注意事項。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)控機床如何創(chuàng)建設(shè)計，并且機床在不同數(shù)量的軸上運行。3軸機床在三個線性軸X、Y和Z上工作，而5軸機床在三個線性軸周圍的兩個旋轉(zhuǎn)軸上工作。
數(shù)控加工為制造商提供了許多優(yōu)勢，包括高度自動化、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)計限制：
然而，數(shù)控加工存在一些限制。幸運的是，通過結(jié)合考慮這些限制的設(shè)計考慮因素，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)時間。
公差：
在提交零件設(shè)計進行生產(chǎn)時，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)格可能會導(dǎo)致生產(chǎn)時間延長和成本增加。
如果產(chǎn)品設(shè)計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)格的公差可以實現(xiàn)，但可能需要更長時間，因為需要降低RPM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。這是因為數(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)計零件進行生產(chǎn)時，必須考慮到這一點。
非標(biāo)準(zhǔn)半徑可以提高生產(chǎn)效率，因為切削刀具可以自由切割和轉(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)控加工時會帶來許多挑戰(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間和成本。因此，如果零件中需要底切特征，請確保其具有標(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。這是因為數(shù)控工具的長度有限，太深的底切可能無法生產(chǎn)，因為數(shù)控工具可能無法訪問它們。
壁厚：
在為數(shù)控加工設(shè)計零件時，最小壁厚是一個重要的考慮因素。建議選擇盡可能厚的壁厚，并避免薄壁，因為它們?nèi)菀渍駝樱赡軐?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)計零件時，建議選擇盡可能大的螺紋尺寸，因為較小的絲錐在生產(chǎn)過程中容易斷裂。此外，最好避免使用深螺紋，因為如果需要定制工具，可能會導(dǎo)致生產(chǎn)成本更高。此外，在零件設(shè)計中遵循標(biāo)準(zhǔn)螺紋尺寸可以幫助降低成本和生產(chǎn)時間。
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。在這個過程中，將材料毛坯安裝在機床床上，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，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，就會仔細檢查以確保符合所需的公差并且質(zhì)量達到標(biāo)準(zhǔn)。從那里，零件可以進行后處理并交付給客戶。
數(shù)控銑削的快速提示：
堅持使用圓形內(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移動零件。數(shù)控車削非常適合生產(chǎn)沿其中心軸對稱的零件，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。對稱，但不要太薄或太長：如果零件設(shè)計太長或太薄，生產(chǎn)過程中的旋轉(zhuǎn)可能會變得不穩(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毛坯，其每個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，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。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，您的材料選擇會影響生產(chǎn)時間和成本。這是因為某些材料的可加工性比其他材料更好，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，因為CNC銑床可以更輕松地切割它們并實現(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)時間很快。
另一方面，鋼是一種堅固的金屬，其可加工性比鋁低得多，這意味著生產(chǎn)速度會較慢且成本較高。然而，需要注意的是，不同等級的鋼根據(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，碳含量相對較低的不銹鋼304很難加工，因為它會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，碳鋼的加工時間通常是鋁的四倍，而不銹鋼的加工時間則是鋁的兩倍。
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銑床或鉆頭時會熔化或翹曲。盡管如此，對于不需要金屬強度和剛性的零件，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，因為加工零件的質(zhì)量已經(jīng)很高（見機加工）。
陽極氧化（II型或III型）：
陽極氧化為機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，同時散熱。陽極氧化是涂漆和底漆最常見的表面處理方法，因為它提供了高質(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。
機加工：
機加工表面處理不需要后處理，可為零件提供最快的周轉(zhuǎn)時間。機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）來清潔零件或為后續(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)計簡單
如果可能，盡可能保持零件設(shè)計簡單，通常會縮短生產(chǎn)時間，從而降低成本。這是因為復(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單、更大的切口需要更長的執(zhí)行時間。
盡量減少刀具更換：
遵循保持簡單的提示，確保零件設(shè)計集成一致的內(nèi)角半徑和孔尺寸，可以大大減少加工時間。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)，每次刀具更換都會增加額外的時間和成本。
明智地選擇材料：
如前所述，材料選擇對數(shù)控加工的生產(chǎn)時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。對于不需要金屬剛度和強度的應(yīng)用，數(shù)控加工塑料材料也有助于降低成本，因為材料毛坯更便宜。
考慮公差和壁厚：
對于數(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，因為實現(xiàn)更高精度切割所需的時間。如果您的產(chǎn)品或零件有允許的公差范圍，請選擇較低的公差以減少生產(chǎn)時間和成本。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，也會影響整個項目的成本。為您的零件或產(chǎn)品選擇單一表面可以提高時間和成本效率。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)計思路和限制
12-08-2024
