Parti lavorate a CNCfare riferimento a componenti prodotti utilizzando apparecchiature CNC. La lavorazione CNC, abbreviazione di Computer Numerical Control machining, è un metodo di produzione preciso che è ormai diventato un processo ampiamente utilizzato nella produzione moderna.
L'attrezzatura utilizzata nella lavorazione CNC è chiamataMacchina utensile CNC(o semplicemente "macchina CNC"), anche se le convenzioni di denominazione regionali differiscono. Nella regione cinese del delta del fiume Yangtze, viene spesso chiamato "centro di lavoro", mentre nella regione del delta del fiume delle Perle viene comunemente definito "fresatrice CNC" o "fresatrice computerizzata".
Tipi comuni di macchine CNC
Tornio CNC– Funziona ruotando il pezzo trattenuto nel mandrino mentre l'utensile da taglio si muove lungo due assi per produrre parti cilindriche.
Fresatrice CNC– Tipicamente utilizzato per parti piatte, ma i modelli più avanzati con gradi di libertà aggiuntivi possono produrre forme complesse. Nella maggior parte dei casi, il pezzo rimane fermo mentre il mandrino ruota l'utensile da taglio lungo tre assi (o quattro/cinque su macchine avanzate). In alcuni modelli, il mandrino è fisso e il pezzo si sposta nel percorso di taglio.
Perforatrice CNC– Simile alle fresatrici ma progettata per tagliare lungo un solo asse (asse Z), con la punta del trapano che avanza direttamente verso il basso nel pezzo.
Rettificatrice CNC– Utilizza una mola per ottenere finiture superficiali di alta qualità, spesso come processo di finitura su metalli temprati per rimuovere piccole quantità di materiale.
Lavorazione CNC vs. lavorazione tradizionale
Rispetto ai metodi di lavorazione convenzionali, la lavorazione CNC offre maggiore precisione e flessibilità, ma il costo può essere più elevato rispetto ad altri processi di produzione come lo stampaggio a iniezione, la pressofusione o lo stampaggio.
I principali fattori che influenzano i costi di lavorazione CNC includono:
1.Attrezzature per la lavorazione
Il costo dell'attrezzatura include il prezzo di acquisto, i costi operativi, le spese di manutenzione, i costi degli utensili e le spese di utilizzo del sistema CNC. Più la macchina è costosa e complessa, maggiore è il costo per pezzo.
Le fresatrici sono generalmente più costose dei torni a causa dei loro componenti mobili più complessi, della maggiore difficoltà di configurazione e della capacità di eseguire lavorazioni più complesse. Pertanto, ove possibile, progettare le parti in modo che siano lavorabili su un tornio piuttosto che richiedere la fresatura.
Il costo varia anche in base al tipo di fresatrice. Le macchine con più assi sono più costose. Sebbene le macchine a 5 assi possano produrre geometrie complesse in modo più rapido e accurato (riducendo il tempo di ciclo), sono più costose delle macchine a 3 assi.
2.Costi di progettazione
I costi di progettazione includono la modellazione CAD, l'ottimizzazione CAE e la programmazione CAM. I costi CAD/CAE potrebbero non essere sempre attribuiti ai costi parziali, ma dipende dall'accordo cliente-fornitore. Poiché i costi di progettazione sono fissi, la produzione di quantità maggiori riduce il costo unitario.
3.Costi dei materiali
Il costo del materiale è una delle componenti più importanti del costo delle parti ed è determinato da:
- Costo della materia prima– I prezzi variano in base al tipo di materiale e alla posizione del mercato. Scegli i materiali in base ai requisiti funzionali, non a quelli inutilmente performanti (e costosi). Ad esempio, l'acciaio inossidabile 316 è significativamente più costoso del 304.
- Utilizzo del materiale– Ridurre gli sprechi progettando parti che richiedono meno materiale. In alcuni casi, è consigliabile dividere una parte complessa in due parti più semplici per un assemblaggio successivo.
- Lavorabilità– I materiali più facili da tagliare (ad es. l'alluminio) riducono i tempi e i costi di lavorazione, mentre i materiali più duri (ad es. l'acciaio inossidabile) richiedono utensili più costosi e aumentano l'usura, aumentando i costi.
4.Volume di produzione
I costi unitari diminuiscono in modo significativo all'aumentare del volume di produzione a causa della condivisione dei costi di progettazione e configurazione. La programmazione e l'impostazione della macchina sono in genere attività una tantum per un lotto.
5.Requisiti speciali
Tolleranze più strette aumentano la difficoltà di lavorazione e i tassi di scarto, aumentando i costi. Requisiti di finitura superficiale più elevati possono richiedere processi aggiuntivi come la rettifica, che aumenta anche i costi.
La post-elaborazione (ad esempio, trattamento termico, anodizzazione, placcatura) può migliorare le prestazioni o l'aspetto, ma anche aumentare i costi. L'applicazione di finiture superficiali diverse a diverse aree della stessa parte aumenta significativamente i costi: le finiture uniformi sono più economiche.
6.Fattori di progettazione strutturale
La complessità di una parte influisce direttamente sui costi. Le geometrie complesse spesso richiedono macchinari avanzati, più configurazioni, tempi di lavorazione più lunghi e ispezioni più rigorose. Le principali considerazioni sulla progettazione includono:
(1) Evita le pareti sottili
Le pareti sottili sono fragili, soggette a vibrazioni e deformazioni e richiedono velocità di taglio lente. Per le parti metalliche, lo spessore della parete deve essere di >0,8 mm; per parti in plastica, >1,5 mm.
(2) Evitare le caratteristiche non lavorabili
Ad esempio, gli angoli interni perfetti a 90° non possono essere fresati direttamente perché le frese a candela hanno una forma cilindrica, con conseguente angolo raccordato. Se sono necessari angoli acuti, è necessaria l'elettroerosione (Electrical Discharge Machining), che è più costosa. Ove possibile, progettare invece con raggi interni.
(3) Utilizzare raggi di angolo interni più grandi
Raggi piccoli richiedono utensili più piccoli e velocità più basse, aumentando i tempi e i costi di lavorazione. Una regola generale: il raggio di punta (R) dovrebbe essere almeno 1/3 della profondità della cavità (D) e idealmente 1,3× del raggio dell'utensile.
(4) Limita profondità cavità
Le cavità profonde richiedono più tempo e presentano sfide di flessione e asportazione di truciolo dell'utensile. Di norma, la profondità della cavità non deve essere superiore a quattro volte la larghezza della cavità.
(5) Ridurre al minimo le superfici curve complesse
Le superfici curve richiedono utensili più piccoli e una lavorazione più lenta. Ove possibile, sostituire gli spigoli arrotondati con smussi per risparmiare tempo e costi.
(6) Lunghezza filettatura limite
Filettature più lunghe di tre volte il diametro del foro raramente aumentano la resistenza, ma aumentano il tempo di lavorazione. Per i fori ciechi, lasciare un'area di scarico pari ad almeno la metà del diametro nella parte inferiore.
(7) Fori di progettazione secondo dimensioni standard
L'utilizzo di punte di dimensioni standard è più veloce ed economico rispetto alla fresatura di diametri di foro personalizzati. La profondità consigliata è di ≤10× il diametro della punta.
(8) Riduci a icona le impostazioni
Progetta le parti in modo che tutte le funzioni possano essere lavorate nel minor numero possibile di configurazioni per ridurre la manipolazione, il riposizionamento e la necessità di attrezzature personalizzate.
(9) Evita testo o incisioni non necessari
L'incisione del testo aumenta il tempo di lavorazione. Se è necessario del testo, prendere in considerazione la serigrafia o la marcatura laser e utilizzare semplici caratteri sans-serif di almeno 20 pt.
Conclusione
Ottimizzando la progettazione strutturale tenendo conto dell'efficienza dei costi, evitando inutili complessità, selezionando materiali appropriati e riducendo i tempi di configurazione e lavorazione, è possibile ridurre significativamente i costi di lavorazione CNC senza sacrificare la funzionalità o la qualità.
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