Hoe onderdelen te ontwerpen met behulp van CNC-machines?

Voor de meeste mensen bestaat de kennis over productie- en prototypingtechnologieën van vandaag voornamelijk uit wat ze op school leren of wat ze tegenkomen op internet.

Velen zijn op zijn minst vaag bekend met het proces van 3D-printen, dat duurzame en milieuvriendelijke productiemogelijkheden kan bieden. Maar hoewel 3D-printen steeds populairder wordt, kan het nog steeds niet tippen aan de mogelijkheden die worden geboden door de verscheidenheid aan CNC-machines die door talloze bedrijven over de hele wereld worden gebruikt.

Hoewel het veel minder bekend is bij mensen buiten de industrie, werd CNC-bewerking niet minder dan revolutionair toen het werd geïntroduceerd, en het blijft een onvervangbare productiemethode die van vitaal belang is voor een reeks industrieën, waaronder de ruimtevaart, de geneeskunde en de auto-industrie.

Maar wat zijn CNC-machines? En hoe kun je ze gebruiken om verschillende onderdelen te ontwerpen?

Laten we eens kijken naar het proces van het ontwerpen van onderdelen met CNC-bewerking en de beslissingen die u hieronder moet nemen.

Wat is CNC-bewerking?

CNC-machines (Computer Numerical Control) zijn een soort bewerking waarbij computeraanwijzingen worden gebruikt om specifieke taken en bewegingen uit te voeren.

Het neemt een voorraadstuk materiaal en gebruikt vervolgens een reeks boren, draaibanken en frezen om het weg te snijden totdat het onderdeel voldoet aan de exacte afmetingen van het digitale ontwerp dat als basis werd gebruikt.

In tegenstelling tot 3D-printen, waarbij materialen samen worden gegoten om een ​​vorm te vormen, is CNC-bewerking een subtractief proces dat lagen van het materiaal wegsnijdt totdat de gewenste vorm is bereikt.

Een ander belangrijk onderscheid is het CNC-proces zelf. In tegenstelling tot handmatig bediende machines is het proces met CNC-technologie volledig geautomatiseerd, waardoor er veel minder toezicht nodig is om een ​​project uit te voeren.

Bovendien betekent het geautomatiseerde proces ook dat de kans op menselijke fouten tot een minimum wordt beperkt en dat elk exemplaar van het onderdeel identiek is aan het origineel, tot in de kleinste herkenbare details.

Maar hoewel het proces zeer efficiënt kan zijn, zijn er veel dingen waarmee rekening moet worden gehouden om kostbare fouten te voorkomen en ervoor te zorgen dat het project soepel verloopt.

Laten we enkele van de belangrijkste overwegingen met betrekking tot CNC-machines bespreken om u een beter begrip te geven van het proces achter het ontwerpen van verschillende onderdelen.

Soorten CNC-machines

Hoewel CNC-machines misschien een specifieke term lijken, omvat het in feite een reeks verschillende machinetypes, zoals een CNC-freesmachine of een draaibankmachine.

Verschillende machines hebben hun eigen sterke punten, evenals typische toepassingen, die belangrijk zijn om te weten als u de beste resultaten wilt bereiken.

Een draaibank is een populaire optie, vooral voor het ontwerpen van cilindrische vormen, omdat het veelzijdigheid en kosteneffectiviteit biedt die moeilijk te evenaren zijn door andere soorten productie.

Een andere standaardoptie is de CNC-routermachine , die gereedschapspaden in 3-assen routeert, wat een breed scala aan mogelijkheden biedt voor het maken van onderdelen en tegelijkertijd het verspilde materiaal tot een minimum beperkt.

Dan heb je twee soorten freesmachines – verticale CNC-freesmachines en horizontale CNC-freesmachines . Ze gebruiken allebei een snijgereedschap dat is uitgelijnd met het bed van de machine, met als belangrijkste verschil dat een van hen verticaal is en de andere horizontaal.

Mogelijke materialen

Bij het ontwerpen en vervaardigen van een onderdeel is een van de eerste belangrijke beslissingen die u moet nemen het type materiaal dat u wilt gebruiken.

En het goede nieuws is dat er een breed scala aan materiaalopties is om uit te kiezen wanneer u CNC-machines gebruikt voor het maken van prototypes of het vervaardigen van uw onderdelen.

Enkele van de mogelijke factoren waarmee u rekening moet houden bij het maken van een keuze, zijn onder meer hoe duurzaam en hard u het nodig heeft, de stijfheid, weerstand tegen verschillende chemicaliën en mechanische functies. In sommige gevallen kunnen esthetische overwegingen ook een rol spelen, hoewel de andere factoren op de eerste plaats moeten komen.

Het mooie van CNC-machines is dat ze een grote verscheidenheid aan verschillende metalen aankunnen, waaronder staal, koper, messing en aluminium, om er maar een paar te noemen. Dit betekent dat u uw ontwerp kunt aanpassen aan de unieke vereisten en kunt profiteren van de unieke eigenschappen van verschillende soorten metalen.

In sommige gevallen is plastic misschien logischer, wat CNC-machines ook gemakkelijk aankunnen. Nylon is waarschijnlijk de meest populaire optie, maar je kunt ook ABS, polycarbonaat, Delrin en zelfs PTFE gebruiken als je een optie nodig hebt met een lage vochtopname.

Fit-vereisten

Er is een reden waarom NASA en andere ruimtevaartprogramma's op grote schaal gebruik maken van CNC-bewerking - het is een productieproces dat helpt bij het bereiken van ongeëvenaarde precisie bij elk afzonderlijk onderdeel.

Maar hoewel de technologie ongelooflijk nauwkeurig is, is er meestal nog steeds een tolerantie voor hoeveel een dimensie kan afwijken, zelfs als de aantallen over het algemeen minimaal zijn.

De standaard tolerantie voor CNC-machines is ± 0,125 millimeter, wat bijna niet te merken is. Maar zelfs dat kan een te grote tolerantie zijn in situaties waar elke fractie van een millimeter belangrijk is, en het is mogelijk om de tolerantie aan te scherpen tot ± 0,050 mm of zelfs minder.

Bij het ontwerpen van een onderdeel moet u precies weten hoeveel toleranties u kunt toestaan ​​en de mogelijke voordelen van het minimaliseren van afwijkingen afwegen tegen de hogere kosten van het verminderen van de toleranties boven de normen.

Bedenk dat CNC-machines in de meeste gevallen al ongelooflijk nauwkeurig zijn, dus het is waarschijnlijk dat onvolkomenheden geen invloed zullen hebben op de prestaties en pasvorm van uw onderdeel.

U moet ook nadenken over het ontwerp van uw onderdeel en hoe het kan worden gewijzigd om beter te passen bij de mogelijkheden van CNC-machines.

Als uw ontwerp bijvoorbeeld gaten vereist, kunt u mogelijk de kosten verlagen door het helemaal door te laten gaan in plaats van dat de machine slechts een deel van de weg in het materiaal boort.

Je moet ook overwegen hoe dun je de muren kunt maken. Dat hangt niet alleen af ​​van het ontwerp zelf, maar ook van het materiaal dat u uiteindelijk kiest voor uw project.

Vermijd ten slotte complexe functies voor uw onderdeel, omdat dit de selectie van CNC-machines die de taak aankunnen, kan beperken. Overweeg namelijk of u ondersnijdingen met zwaluwstaart of T-groef nodig heeft, omdat deze speciaal gereedschap en veel inspanning vereisen.

Afwerkingsopties

Een andere belangrijke overweging bij het ontwerpen van onderdelen met behulp van CNC-machines is de afwerking die u wilt dat uw onderdelen hebben. Er zijn nogal wat opties om uit te kiezen, dus u moet overwegen of u onvolkomenheden in de afwerking die de prestaties van het onderdeel niet beïnvloeden, kunt toestaan.

Bij gebruik van een CNC-freesmachine is het waarschijnlijk dat een gefreesde afwerking, hoewel zeer nauwkeurig, zichtbare gereedschapssporen achterlaat, wat een impact kan hebben op de esthetiek van het onderdeel.

Anodiseren is een andere mogelijke afwerking - het is een proces waarbij een oxidefilm op metalen onderdelen wordt toegevoegd met behulp van elektrolyten. Dit type afwerking heeft een paar verschillende varianten, waarvan sommige meer geschikt zijn voor ruimtevaart en andere beter geschikt zijn voor motoronderdelen en een reeks andere toepassingen.

U kunt ook kiezen voor de optie parelstralen, waarbij eventuele oppervlakteafzettingen worden verwijderd door onder hoge druk fijne glasparels aan te brengen. Kraalstralen wordt als een goede keuze beschouwd als u uw onderdeel esthetisch aantrekkelijker wilt maken. Toch gaat het proces gepaard met handwerk, wat betekent dat er altijd de mogelijkheid is van onvolkomenheden.

Belangrijke tips

Zoals u zich kunt voorstellen, kan het gebruik van CNC-machines om onderdelen te ontwerpen een ingewikkeld proces zijn dat veel belangrijke beslissingen met zich meebrengt, dus hier zijn een paar tips die u zullen helpen de beste resultaten te behalen.

Wees bijvoorbeeld heel voorzichtig met het vertrouwd raken met de beperkingen van de materialen en het type bewerking dat u wilt gebruiken. CNC-bewerking heeft zijn sterke en zwakke punten en sommige onderdelen zijn gewoon niet bij uitstek geschikt om met deze technologie te worden gemaakt.

Dunne muren, kleine details en zelfs ongebruikelijke holtes kunnen niet alleen uw projectkosten de hoogte in jagen, maar het onderdeel ook veel minder stabiel maken.

Elk onderdeelontwerp is echter uniek, dus soms is de enige manier om ervoor te zorgen dat u de gewenste resultaten behaalt, het raadplegen van mensen die eerder met soortgelijke situaties te maken hebben gehad.

Als u een betrouwbaar CNC-bewerkingsbedrijf kiest, kunnen zij uw onderdeelvereisten bekijken en u advies geven over welke gereedschappen en machines het meest geschikt zijn om de klus te klaren.

Een ervaren specialist kan ook naar uw ontwerp kijken en suggesties doen over de beste te gebruiken materialen, de afwerking die aan uw behoeften voldoet en welke machine u de meest kosteneffectieve oplossing zou bieden, evenals de meest consistente en betrouwbare resultaten .

Ze kunnen u ook specifieke inzichten bieden in verschillende situaties, waardoor kostbare problemen zoals vervorming van onderdelen bij CNC-bewerking van aluminium worden voorkomen.

Soms zult u merken dat schijnbaar kleine wijzigingen in het ontwerp die geen invloed hebben op de prestaties van uw onderdeel, de productiekosten aanzienlijk kunnen verlagen, dus het is zeker de moeite waard om aan het begin van het hele proces de tijd te nemen om uw opties te verkennen.