CNC制造能力的设计要求

管理增量制造工作

在第一个模块中，我们探索了可制造区的最小出力区域的设计要求。在最小努力区域内的设计具有较大的可接受顺应性和更简单的几何形状。大多数设计更复杂，属于增量工作区域。该区域的设计有一个设计需求，导致更高的制造工作，例如更严格的GD&T要求，更高的几何复杂性，或更苛刻的外观和感觉。

在该地区，努力以比至少努力区域更高的速度增加。每个参数的特点是其自己的努力函数，以不同的速率缩放。下面的示意图给出了每个参数的相对速率。

如果一个设计有多个高要求，那么制造工作就会混合。例如，当更紧的公差与更大的零件尺寸相结合时，制造工作量会成倍增加。

增量区域的数控加工努力

在增量区域中管理工作量的关键是尽可能多地降低工作量。由于复合效应，如果增量区域中有多个参数，而不是只有一个参数，那么工作量会大得多。

所需要的平衡是在满足设计要求的同时尽可能减少每个参数的工作量。让我们来看看每一个主要参数，看看它们是如何推动制造工作的数控加工．

线性公差和GD＆T努力缩放

更严格的公差要求需要配合零件，弯曲，和功能几何形状，如风扇叶片轮廓。公差是下列参数的函数

• 机位置精度
• 工具错误
• 喋喋不休
• 削减部队
• 部分刚度
• 配准误差(特征之间的公差)
• 夹具位置错误
• 机器和部件的温度

要求越窄，误差的来源越多，就需要付出更多的努力来满足公差要求。在设置过程中需要更加小心，以尽量减少错误。机器也必须以较慢的速度运行，以减少颤振和刀具偏转。此外，有效的工具寿命降低，导致更高的消耗性成本。

减少公差工作

为了减少工作量，只对关键尺寸(如配合表面)指定更紧的公差，而对非关键尺寸放宽公差。Fictiv支持单个部件的多个公差。在您上传的图纸上指定所需的公差。您还应该尽可能地减少错误源的数量。例如，通过在零件上增加夹紧功能，消除对软钳口的需要。

CNC机器自由度和几何复杂性

从模块1，最简单的几何图形是可加工的三轴数控，而不使用3D加工。

最少的努力CNC加工- 3轴无3D加工，方立铣刀*

当几何图形包括与工具不正交的表面法线时，有必要使用更复杂的技术。加工更高几何复杂性的第一步是三维加工和3+2加工。3+2加工使用标准的三轴铣床，加上一个可以在两轴旋转的夹具。3+2加工具有与五轴机床相同的自由度，但夹具在加工过程中会移动。这允许加工有限数量的非正交表面到任何表面粗糙度。然而，不断变化的曲面是不可制造的，因为设置的数量是无限增长的。

3 + 2加工，方形立铣刀*

3D加工使用标准的3轴设置，除了z轴在切割过程中不断变化。这种技术允许铣削外部非正交或复合表面，以牺牲更高的表面粗糙度。

3轴三维加工，方形立铣刀*

如果零件几何形状具有内部复合表面或需要刀具和夹具同时运动，则需要全五轴机床(见模块3)。

几何复杂性增加了制造的工作量，因为所需的机器数量有限，编程更具挑战性，并且需要具有更高级专业知识的机械师来运行它们。设计人员可能以期望的加工方法为目标，但最终由制造商决定哪一种方法最适合设计。

更高的几何复杂性也会导致更高的努力，如果没有平面夹具。在这种情况下，制造商将需要创建一个定制的软颚夹具，以匹配几何形状，这需要额外的制造时间和材料成本。

工具和增量工作

特殊的几何形状，如下切和窄槽，需要扩展基本的Least Effort工具集，包括:

• 牛的鼻子
• 键盘刀具
• 切割锯

这些工具增加了工作量，因为它们需要额外的编程，通常还需要额外的设置。定制的地面工具也可以，但以增加交货时间和成本为代价。这大大增加了制造工作量，只有在绝对需要的情况下才应该使用。也可以制造非标准螺纹，但不可能使用标准螺纹检查器来验证螺纹。

减少几何工作

加工技术设定了与设计相关的总体努力。如果可能的话，调整设计几何形状，因此可以使用3D加工或3 + 2加工与5轴。之后，通过限制需要加工的面的数量来减少所需的设置数。最后，限制专门几何形状所需的刀具更改的数量，如狭缝。

数控零件尺寸缩放

对于长度大于6的铣削部件，制造业开始增加，因为固定性变得更加困难。在长尺寸上保持紧张的宽度也更加困难。此外，还有较大的尺寸，材料变得越难以源，物理重量变得显着。

当零件尺寸缩小到3英寸(25.4毫米)以下时，材料变得更弱，翘曲成为一个问题。夹具可以很容易地使这些尺寸的零件变形，机器运行较慢，以最大限度地减少切割力。

一个特殊的情况是薄板，它可能很大，但厚度小于0.1英寸。加工这种几何形状是极具挑战性的，因为很难防止翘曲。设计到最接近的厚度可以消除这个问题。在Fictiv，任何小于0.1英寸的尺寸将被调整到最接近的厚度。

减小零件尺寸

对于许多设计，零件的尺寸是由应用程序确定的，因此减少工作量的选择是有限的。一个例子是，新的需求意味着部件的尺寸必须增加。在这种情况下，保持1维低于6英寸将意味着低努力标准夹具仍然可用。

材料的努力比例

结构部件可能需要高强度以抵抗静态或动态载荷。柔性部件需要具有高弹性和疲劳强度的材料。该材料设定了制造业的基线。更硬的材料需要更慢的切割速度和更快的磨损工具。另一方面，它们可以承受更高的负载，因此，较薄的几何形状是可能的。塑料部件，虽然它们更柔软，受到热变形的影响，但仍然具有较窄的公差更具挑战性。下表显示了从不同材料加工相同几何体的相对努力。

材料相对努力

努力	金属	塑料
至少	铝 黄铜	缩醛树脂 PTFE.
增量	铜 青铜 钢 铸铁	腹肌 PPS HDPE 丙烯酸 尼龙
最大	不锈钢 A2工具钢 钛	聚丙烯 聚碳酸酯 超高分子量 偷看 聚醚酰亚胺

减少材料工作

如果材料按照设计要求是固定的，那么其相关的加工工作也是固定的。如果有灵活性，那么考虑具有更好的可加工性的材料。此外，不要与材料所能提供的东西作斗争。例如，试图将窄公差加工成塑料要付出更高的努力，因为塑料的热稳定性比金属低。在这种情况下，转换到金属材料可能会更低的努力。

CNC铣削精加工和缩放

除了内在的圆角和断裂边缘，每一个额外的完成表面或圆角边缘增加了努力。虽然这看起来微不足道，但操作的数量可能会变得很大，特别是对于内部特性。光滑的表面粗糙度需要缓慢的机器通过和潜在的更多的工具更换。鱼片被努力分开如下:

低	内部垂直边缘。外部垂直边缘,
增量	外部水平边缘
高的	内水平边，非正交边

圆角外边缘也增加了制造的工作量，因为工具必须放置得非常精确，或者必须使用3D加工。内部水平边或非正交边可能会遇到可达性问题或复杂的刀具路径。

可以增加大量努力的另一个操作是雕刻。用于转向部件的专业字体需要额外的铣削设置。为了帮助减少雕刻的努力，FICTIV提供标准配置文件，具有预定义和验证的字体。

减少外观和感觉的努力

外观和觉得可能没有最戏剧性的努力功能，但如果触摸了许多表面或边缘，它可能导致大量努力。对于表面粗糙度，在CNC中可以进行精细的饰面，但其他过程，如电抛光，可以产生更好的结果。考虑加入另一个制造步骤与机器到细粗糙度的努力的额外努力。对于鱼片，最小化内部水平边缘的切割深度，或者使用斗牛糖工具在一步中将圆角机器机。

结论:降低制造业的努力

增量工作区域是大多数设计所在的区域，因为大多数设计至少有一个参数驱动更高的工作。这个区域的设计是在最大化设计性能和最小化制造工作量之间的平衡。在数控加工中，这一区域的努力是由公差和零件几何形状主导的，尽管任何参数都可能产生显著的努力。请参阅下面的列表，了解在该区域减少工作量的技术摘要。

CNC加工的增量工作量DFM清单

在这里下载清单作为一个方便的参考指南!