Nein, wir werden nicht über die üblichen Grundsätze im CNC-Design sprechen, wie Verrundungen, dünne Wände oder tiefe Hohlräume. Sie sind wahrscheinlich bereits gut mit diesen Prinzipien vertraut. Als erfahrene Maschinenbauingenieure haben wir viele Male Designpraktiken erlebt, die verbessert werden können, um eine effiziente Fertigung, höhere Qualität und größere Präzision zu erreichen. Wenn Sie die folgenden sechs leicht zu übersehenden Überlegungen beim CNC-Teiledesign im Hinterkopf behalten, können Sie eine Welt voller Möglichkeiten erschließen und das Potenzial Ihrer Konstruktionen maximieren.
1. Qualität der Teile nach der Wärmebehandlung sicherstellen
Bei der Konstruktion von bearbeiteten Teilen ist es notwendig, die Qualität nachfolgender Prozesse wie der Wärmebehandlung zu berücksichtigen. Scharfe Kanten und Ecken von Teilen können während des Härtens zu Spannungskonzentrationen führen, was zu Rissen führt. Daher sollte vor dem Härten die Wurzel der Schulter einer schweren Stufenwelle mit Verrundungen konstruiert werden, und an der Wellenende und Schulter sollten Fasen angebracht werden, wie in Abbildung-1 gezeigt.
Zusätzlich kann eine ungleichmäßige Wandstärke des Teils während der Wärmebehandlung leicht zu Verformungen führen. Es ist ratsam, ein Prozessloch angemessen hinzuzufügen, um eine gleichmäßige Wandstärke zu erreichen und Verformungen während der Wärmebehandlung zu verhindern.
a) Ursprüngliches Design
b) Optimiertes Design
Abbildung-1: Wellenschulterstruktur für einfache Wärmebehandlung
2. Konstruktion für einfaches Spannen
Spannen in der CNC-Bearbeitung bezieht sich auf den Prozess des sicheren Befestigens oder Haltens eines Werkstücks während der Bearbeitungsoperationen, um Stabilität und Genauigkeit zu gewährleisten. Die Konstruktion von Komponenten für einfaches Spannen bedeutet, dass die Teile präzise positioniert und sicher eingespannt werden können, was die Bearbeitungseffizienz verbessert und die Teilequalität gewährleistet.
a) Ursprüngliches Design b) Optimiertes Design
Abbildung-2: Vergrößerung der Spannkontaktfläche
Wie in Abbildung-2 gezeigt, hat das Teil im ursprünglichen Design beim Spannen im Dreibackenfutter einen Punktkontakt mit den Backen, was das Werkstück nicht sicher hält. Im optimierten Design wird ein zylindrischer Abschnitt hinzugefügt, um die Kontaktfläche zwischen dem Werkstück und den Backen zu vergrößern, was das Spannen erleichtert und die Spannzuverlässigkeit verbessert.
3. Flansche oder Prozesslöcher zum großen flachen Werkstück hinzufügen
Das große flache Werkstück war anfangs schwierig sicher während des Bearbeitungsprozesses zu spannen. Durch das Hinzufügen von Flanschen zum Teil wird das Spannen des Werkstücks bequemer und zuverlässiger. Mit den Flanschen können Schrauben und Druckplatten verwendet werden, um das Werkstück sicher zu halten. Zusätzlich erleichtert die Einbeziehung von Flanschen das Heben und Handhaben des Werkstücks, was den Transport und die Manipulation erleichtert.
a) Ursprüngliches Design b) Optimiertes Design
Abbildung-3 Hinzufügen von Prozessflanschen oder Prozesslöchern
4. Reduzierung der Werkzeuglaufzeiten
a) Ursprüngliches Design
b) Optimiertes Design
Abbildung-4 Reduzierung der Werkzeuglaufzeiten
Durch die Reduzierung der Anzahl der Werkzeugdurchläufe können wir die Bearbeitungszeit und folglich die Bearbeitungskosten reduzieren. Wie im ursprünglichen Design von Abbildung-4 gezeigt, war es bei der Bearbeitung von Merkmalen mit unterschiedlichen Höhen notwendig, den Arbeitstisch einzeln anzuheben oder abzusenken, was die Bearbeitungszeit erhöhte. Im optimierten Design sind mehrere Merkmale mit unterschiedlichen Höhen so konzipiert, dass sie die gleiche Höhe haben. Dies ermöglicht die Bearbeitung aller Merkmale in einem einzigen Werkzeugdurchlauf, wodurch die Produktionseffizienz verbessert und die relative Positionsgenauigkeit leichter beibehalten werden kann.
5. Reduzierung der Bearbeitungsfläche
Die Reduzierung der Bearbeitungsfläche kann die Bearbeitungszeit und folglich die Kosten der mechanischen Bearbeitung reduzieren. Wie in Abbildung-5 gezeigt, hat die Unterseite der Lagerkomponente im ursprünglichen Design eine große Bearbeitungsfläche. Im verbesserten Design wurde die Bearbeitungsfläche durch optimiertes Design reduziert, was zu einer Abnahme des Bearbeitungsvolumens und des Werkzeugverbrauchs, verbesserter Bearbeitungseffizienz und reduzierten Bearbeitungskosten führte. Zusätzlich kann die Optimierung der Komponentenkonstruktion durch das Hinzufügen von konvexen Merkmalen oder Nuten auch dazu beitragen, die Bearbeitungsfläche zu reduzieren.
a) Ursprüngliches Design b) Optimiertes Design
Abbildung-5 Reduzierung der Bearbeitungsfläche
6. Konstruktion zur Gewährleistung der Positionsgenauigkeit
Oberflächen mit gegenseitigen Positionsgenauigkeitsanforderungen werden bevorzugt in einem einzigen Spannvorgang bearbeitet, was dazu beiträgt, die Positionsgenauigkeit zwischen den bearbeiteten Oberflächen zu gewährleisten und die Anzahl der Spannvorgänge zu reduzieren. In Abbildung-6 erfordern die inneren und äußeren zylindrischen Oberflächen eine Koaxialitätsgenauigkeit. Im ursprünglichen Design muss das Teil zweimal eingespannt werden, um die äußere zylindrische Oberfläche und das innere Loch separat zu bearbeiten, was es schwierig macht, die Koaxialitätsgenauigkeitsanforderungen zu erfüllen.
a) Ursprüngliches Design b) Optimiertes Design c) Optimiertes Design
Abbildung-6: Konstruktion des Teils zur Gewährleistung der Positionsgenauigkeit
Im verbesserten Design können durch das Hinzufügen einer erhöhten Plattformstruktur die inneren und äußeren zylindrischen Oberflächen in einem einzigen Spannvorgang bearbeitet werden, was es einfacher macht, die Koaxialitätsanforderungen zu erfüllen und gleichzeitig die Bearbeitungskosten zu reduzieren.
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