Деталь, изготовленная на станке с ЧПУ: руководство по проектированию.

Правильная обработка детали на станке с ЧПУ начинается задолго до вращения шпинделя. Независимо от того, разрабатываете ли вы аэрокосмические кронштейны, автомобильные разъемы или медицинские инструменты, разница между хорошим и отличным проектом часто сводится к технологичности производства. В LVMA, где мы с 2018 года поддерживаем клиентов по всему миру, поставляя прецизионные компоненты, мы видим, как одни и те же дорогостоящие ошибки проектирования повторяются в разных отраслях — и большинство из них можно предотвратить.

Почему дизайн — первый шаг к точности

Грамотно спроектированная деталь снижает количество брака, сокращает сроки выполнения заказа и обеспечивает стабильность размеров в разных производственных партиях. По данным ASM International, на решения, принятые на ранних этапах разработки, приходится примерно 70% конечных производственных затрат. Согласование действий инженеров и токарей на этапе концепции — посредством проектирования с учетом технологичности (DFM) — является наиболее эффективным способом защиты этих инвестиций.

Начните с функциональности, затем оптимизируйте.

Каждая функция с вашей стороны должна быть на своем месте. Начните с выполнения всех функциональных требований, а затем ищите возможности для упрощения:

• Замените закругленные скругленные кромки на скошенные там, где это позволяет функциональность — их быстрее обрабатывать на станке.
• Удалите лишние выступы и выступы, которые увеличивают количество операционных шагов.
• Для сокращения времени на переналадку объедините обработанные поверхности в одну плоскость или диаметр.

Снижение сложности напрямую снижает затраты, особенно для Компоненты, изготовленные на станках с ЧПУ с высокой точностью. Производится в средних и больших объемах.

Почему точность допусков не всегда лучше?

Одна из самых распространенных ошибок, допускаемых конструкторами, — это завышенные допуски. Как отмечается в книге Шигли «Проектирование в машиностроении», чрезмерная точность ограничивает возможности производства и увеличивает стоимость. Допуски должны отражать реальные функциональные потребности, а не служить в качестве буфера безопасности.

Современный Компоненты, изготовленные на станках с ЧПУ с высокой точностью.Можно достичь допусков до ±0,0002", но для стабильного соответствия этим параметрам требуется нечто большее, чем просто квалифицированное оборудование. Жесткость зажимного приспособления, терморегулирование и состояние инструмента — все это играет важную роль. В LVMA наши линии прецизионной обработки с ЧПУ построены на основе контроля процесса, а не только возможностей станка, — потому что спецификация имеет значение только в том случае, если она воспроизводима.

Практические советы по соблюдению допусков

• Размеры определяются по одной базовой линии, чтобы избежать суммарных ошибок допуска.
• Избегайте указания допусков, требующих использования нестандартных измерительных приборов.
• Характеристики конструкции должны быть измеримы с помощью микрометров, штангенциркулей и стандартных измерительных щупов координатно-измерительной машины.

Выбор материала определяет стратегию обработки.

Выбор материала — это не только инженерное, но и технологическое решение. Аэрокосмические сплавы, такие как титан и инконель, требуют низких скоростей резания, подачи охлаждающей жидкости под высоким давлением и острого твердосплавного инструмента. Нержавеющая сталь требует использования пластин с покрытием и тщательного контроля подачи охлаждающей жидкости для предотвращения упрочнения при обработке.

На производственной базе LVMA мы работаем с медью, алюминием, железом, цинком и конструкционными пластмассами — для каждого материала разработаны индивидуальные технологические параметры. Неправильное сочетание материала и процесса приводит к излишним затратам на оснастку, увеличению времени цикла и риску смещения размеров в рамках всей партии.

Проектирование с учетом требований к креплению и доступу

Детали, которые сложно закрепить на станке, дороги в производстве. При проектировании учитывайте следующие принципы:

• Обеспечьте большую плоскую монтажную поверхность с параллельными зажимными поверхностями.
• Убедитесь, что стандартные фрезы могут достигать всех элементов без специальной заточки.
• Сведите к минимуму количество этапов перепозиционирования — каждая повторная установка является потенциальным источником ошибки позиционирования.

Для прецизионные токарные детали, изготовленные на станках с ЧПУ.Это означает проектирование цилиндрических элементов таким образом, чтобы они, по возможности, имели общую ось, и избегание прерывистых резов, которые сокращают срок службы инструмента и препятствуют использованию более быстрых твердосплавных инструментов.

Толщина стенки и структурная целостность

Тонкие стенки деформируются под действием сил резания и давления зажима. Детали со стенками толщиной менее 1 мм, глубокими узкими углублениями или длинными незакрепленными участками требуют специальной оснастки — и по-прежнему несут повышенный риск дефектов размеров.

В тех случаях, когда тонкие секции неизбежны, следует рассмотреть возможность разделения детали. Два более простых компонента, собранные после механической обработки, часто оказываются более экономичными и надежными с точки зрения размеров, чем один сложный компонент. Это принцип проектирования с учетом технологичности производства (DFM), который мы регулярно применяем в LVMA при рассмотрении предложений заказчиков.

Стандарты на инструментальную оснастку снижают затраты в больших масштабах.

Использование стандартного инструмента — зенковок под углом 90°, 120° и 60°; стандартных диаметров концевых фрез; распространенных размеров сверл — позволяет избежать дорогостоящих фасонных фрез. Если вы не работаете в очень больших объемах, где стоимость специального инструмента быстро окупается, стандартный инструмент почти всегда является лучшим выбором.Детали, изготовленные методом высокоточной токарной обработки на станках с ЧПУ, и фрезерованные компоненты.похожи.

Процедура проверки должна быть заложена в саму конструкцию.

Деталь, которую сложно измерить, трудно проверить. Детали, расположенные глубоко внутри полостей, или поверхности с допусками, требующие использования специальных измерительных приборов, замедляют контроль качества в процессе производства и повышают риск отгрузки некачественных деталей.

В компании LVMA проверка размеров интегрирована на всех этапах производства, а не добавляется в конце. Для проверки критически важных размеров мы используем координатно-измерительные машины и оптические измерительные инструменты, а наша система управления качеством обеспечивает полную прослеживаемость от сертификата на сырье до отчета о заключительном контроле качества.

Заключение

Проектирование детали, изготовленной на станке с ЧПУ, с учетом технологичности производства означает не только учет геометрии. Допуски должны отражать реальные функциональные потребности. Материалы должны соответствовать возможностям технологического процесса. Закрепки, доступ к инструменту и контроль качества — все это влияет на возможность стабильного серийного производства данной детали.

В LVMA мы используем комплексный подход, означающий, что эти факторы оцениваются на этапе проектирования, а не после того, как первая партия деталей окажется некачественной. Независимо от того, разрабатываете ли вы прецизионные компоненты, изготовленные на станках с ЧПУ, для электрических систем, автомобильных узлов или специализированного оборудования, хорошо продуманный процесс проектирования является основой для надежных результатов.