Thiết kế CNC được xem là bước quan trọng không thể thiếu trong quá trình gia công. Nắm rõ các quy tắc thiết kế, sản phẩm gia công sẽ đạt chất lượng cao hơn và tiết kiệm được rất nhiều chi phí cho doanh nghiệp. Thông qua công đoạn này, người vận hành cũng có thể hiểu được các công việc cần làm và xác định được những dụng cụ cần thiết.
1. Thiết kế CNC là gì?
Thiết kế CNC là một quy trình trong đó người thiết kế sẽ tạo các bản vẽ về những bộ phận cần gia công. Kèm theo đó là những thông số chi tiết và các yêu cầu về chất lượng gia công cần đạt được.
Trong thiết kế CNC, để người thiết kế cần phải lưu ý và tuân thủ những quy tắc cơ bản để tạo ra một bản vẽ chất lượng, đúng với yêu cầu của khách hàng.
Thiết kế CNC
2. Những điều hạn chế và cần tránh trong thiết kế CNC
Trong thiết kế CNC, bạn sẽ phải thiết kế ra các bản vẽ kỹ thuật cơ khí. Quá trình này có thể gặp các lỗi làm ảnh hưởng đến quá trình gia công và chất lượng sản phẩm.
Do đó bạn cần hiểu được các hạn chế có thể xảy ra khi thiết kế CNC. Để từ đó giảm thiểu các lỗi, sai số không mong muốn.
Các hạn chế trong thiết kế CNC chủ yếu là do tính cơ học của quá trình gia công, hình dạng công cụ và khả năng tiếp cận công cụ.
2.1. Hình học của công cụ
Phần lớn các công cụ cắt CNC có hình trụ và có chiều dài cắt hạn chế. Khi các công cụ này loại bỏ vật liệu khỏi phôi, chúng sẽ chuyển hình học sang bộ phận mà chúng đang gia công.
Ví dụ, các góc bên trong của một mảnh luôn có bán kính. Điều này đúng ngay cả khi bạn gia công chúng bằng một công cụ cắt cực kỳ nhỏ. Đây chính là hạn chế đầu tiên trong thiết kế CNC. Thiết kế không thể can thiệp vào hình dạng hình học của dụng cụ tác động vào vật liệu.
2.2. Quyền tiếp cận của công cụ
Các công cụ gia công CNC có phạm vi tiếp cận hạn chế, điều này tạo ra những hạn chế nhất định trong thiết kế. Bạn phải áp dụng các công cụ cắt lên phôi trực tiếp từ phía trên. Bạn không thể máy móc áp dụng những tính năng vì bạn không thể truy cập từ góc máy.
Chính vì vậy, thực hiện theo các đề xuất thiết kế nhất định. Ví dụ căn chỉnh tất cả các tính năng của bộ phận theo một trong sáu hướng chính. Điều này có thể tránh gặp phải những vấn đề liên quan đến quyền truy cập công cụ.
3. Những yếu tố cần quan tâm khi thiết kế CNC
3.1. Dung sai
Trong thiết kế CNC, dung sai cơ khí cho nhà sản xuất biết kích thước của một bộ phận. Vì chúng phải khớp với kích thước được chỉ định trong bản vẽ kỹ thuật. Dung sai chặt chẽ hơn có nghĩa là kích thước phải gần như chính xác.
Đặc biệt, không phải tất cả các kích thước bộ phận đều yêu cầu dung sai nhỏ nhất. Ví dụ nếu một chi tiết không phải là một bộ phận của hệ thống cơ học. Lúc này dung sai chênh lệch vài micromet không ảnh hưởng đến chức năng của bộ phận đó.
Nguyên mẫu cũng vậy, thường có thể được gia công CNC với dung sai khá lỏng, sau đó có thể được siết chặt cho phần cuối cùng nếu cần.
3.2. Số lõi
Nhiều bộ phận được gia công bằng máy CNC kết hợp các khoang vì lý do cơ khí hoặc lắp đặt, hoặc để giảm khối lượng. Tuy nhiên, trong thiết kế CNC, kích thước của dụng cụ cắt sẽ xác định độ sâu của các lõi này.
Nói chung, một hốc đã gia công không được sâu hơn bốn lần chiều rộng của hốc. Điều này giúp tránh bị lệch dụng cụ và ngăn phôi bị kẹt trong khoang và gây ra sự cố.
3.3. Độ dày
Mặc dù máy CNC có thể tạo ra các đường cắt rất nhỏ trên phôi, nhưng việc gia công các thành mỏng có thể dẫn đến thiếu ổn định. Khi gia công nhựa, thành rất mỏng có thể dễ dàng bị biến dạng. Vì vậy tốt nhất nên giữ cho thành có độ dày hợp lý.
Cuối cùng những bức tường này có thể mỏng đến mức nào phụ thuộc vào máy móc và vật liệu được sử dụng. Kim loại có tính đàn hồi cao hơn và có thể – ở mức độ giãn – mỏng đến nửa milimet. Mặt khác, các bức tường được gia công bằng nhựa phải có độ dày tối thiểu gấp đôi độ dày đó.
3.4. Ren
Các bộ phận được gia công bằng máy CNC thường có ren cho vít hoặc các chốt khác. Không giống như các bộ phận được in 3D. Cũng như các lỗ và khoan, ren được tạo bằng vòi chỉ nên đi sâu vào phần được gia công.
Các yếu tố quan trọng trong thiết kế CNC
3.5. Lỗ
Trong thiết kế CNC, các bộ phận được gia công có thể kết hợp các lỗ tròn được tạo ra bằng cách sử dụng mũi khoan hoặc dao phay ngón. Có những giới hạn đối với độ sâu của những lỗ này.
Nói chung, các dao phay ngón tạo ra các lỗ có bề mặt hoàn thiện tốt hơn và mang lại sự linh hoạt hơn về kích thước lỗ. Tuy nhiên, chúng bị giới hạn về chiều dài.
3.6. Text (văn bản)
Thêm văn bản vào một bộ phận được gia công là một cách chắc chắn để làm cho chúng được nhận dàng dễ dàng hơn. Văn bản chìm được thực hiện nhanh hơn và rẻ hơn so với văn bản nâng cao.
Mỗi ký tự phải cách nhau ít nhất nửa milimet để tránh biến dạng. Phông chữ phải luôn luôn là sans serif.
3.7. Các cạnh bên trong
Khi thiết kế các cạnh bên trong, bán kính góc dọc được khuyến nghị là một phần ba chiều sâu khoang hoặc hơn. Lúc này, chúng ta nên sử dụng một công cụ có đường kính tuân theo các nguyên tắc về độ sâu khoang được đề xuất.
Để có được lớp hoàn thiện bề mặt có chất lượng cao hơn, tốt nhất là bạn nên có bán kính góc cao hơn một chút so với lượng được khuyến nghị. Điều này cho phép công cụ cắt dọc theo một đường tròn, thay vì một góc 90 độ. Tuy nhiên, nếu muốn một góc 90 độ, bạn nên sử dụng kiểu cắt xương chữ T thay vì chọn giảm bán kính góc.
3.8. Đường cắt (undercuts)
Undercuts có hai loại chính: rãnh chữ T và dovetail undercuts.
Khe chữ T là những đường cắt ngang và dụng cụ cắt rãnh chữ T do đó sử dụng các lưỡi cắt ngang được lắp vào trục quay thẳng đứng tiêu chuẩn. Điều này cho phép máy 3 trục tiêu chuẩn có thể cắt ngang thay vì hướng xuống, cho phép máy tạo ra các đường cắt ngang.
Dovetail undercuts liên quan đến các góc chéo. Để tạo kiểu cắt này, hãy sử dụng dụng cụ dovetail có bề mặt hình nón. Những công cụ này thường được tìm thấy nhất với góc 45 ° hoặc 60 °.
4. Những quy tắc cần nhớ khi thiết kế CNC
Khi thiết kế CNC, cần thiết kế các bộ phận để các công cụ có đường kính lớn nhất có thể gia công chúng.
Đảm bảo các tính năng của thiết kế phù hợp với một trong sáu hướng chính. Nếu điều này không khả thi, bạn có thể áp dụng gia công CNC năm trục.
Mỗi khi bộ phận được kẹp vào vise và định vị. Đây được gọi là một thiết lập. Giảm số lượng thiết lập sẽ giảm thời gian của máy, giúp tiết kiệm chi phí hơn.
Dao phay đầu ngắn có đường kính lớn sẽ cho thời gian gia công nhanh nhất, tiết kiệm chi phí nhất.
Fillet bên trong phải càng lớn càng tốt. Điều này cho phép sử dụng một dụng cụ có đường kính lớn, làm giảm thời gian gia công. Theo quy tắc chung, bán kính phải nhỏ hơn một phần ba chiều cao. Vì vậy, một hốc sâu 12mm nên sử dụng bán kính bên trong ít nhất là 4 mm. Có thể có fillet bên trong nhỏ hơn, nhưng chi phí một phần sẽ tăng lên tương ứng.
Giảm số lượng thiết lập làm tăng độ chính xác của bộ phận. Vì tất cả các đường đi của dao phải bắt nguồn từ máy cắt quay từ hướng thẳng đứng, nên bất kỳ chi tiết nào ở mặt bên đều yêu cầu chi tiết phải được tháo ra khỏi chấu và kẹp lại. Việc này rất mất thời gian và dễ sinh ra lỗi vì bộ phận phải được định vị lại để chương trình tiếp tục.
Giữ chiều cao nhỏ hơn bốn lần chiều rộng. Thiết kế dụng cụ quá cao sẽ tạo rung động đáng kể trong quá trình gia công. Điều này gây ra dung sai và độ hoàn thiện bề mặt kém.
Định vị chi tiết gia công
5. Các phần mềm thiết kế CNC phổ biến hiện nay
5.1. Phần mềm AutoCAD
AutoCAD là một trong những phần mềm thiết kế CNC cơ khí phổ biến nhất hiện nay.
Phần mềm AutoCAD được liên kết với máy tính để mô phỏng, trình bày bản vẽ, hình mẫu,… dưới dạng 2D hoặc 3D.
Chúng có thể giao tiếp được với các phần mềm khác như AutoCAD, Mechanical Desktop, Moldflow, Visi,….
Giao diện phần mềm AutoCAD 2021
Các tính năng cơ bản của phần mềm bao gồm:
- Ghi kích thước thông minh
- Tự động đánh số chi tiết kết hợp với tạo danh mục vật liệu BOMs
- Quản lý Layer thông minh
- Tính toán tối ưu hóa chi tiết máy
- Xuất bản vẽ 2D từ file Autodesk Inventor, IGES, STEP
- Sử dụng phân tích tĩnh trong SolidWorks Simulation.
5.2. Phần mềm Siemens NX
Phần mềm Siemens NX cung cấp một tổng thể các giải pháp CAD/CAM/CAE. Hỗ trợ thiết kế, gia công và phân tích cực kỳ hiệu quả.
Giao diện phần mềm Siemens NX 2021
Các tính năng chính của phần mềm Siemens NX:
- Modeling: Thiết kế Solid và Surface kết hợp
- Shape Studio: Bộ dụng cụ giúp mô hình hóa bề mặt và phân tích bề mặt
- Sheet Metal: thiết kế tấm cho nhiều lĩnh vực: NX sheet Metal, Aerospace Sheet Metal và Forming/Flatting.
- Assembly: Lắp ráp các chi tiết nhỏ thành một cụm máy lớn
- Synchronous modeling: Bộ công cụ hiệu chỉnh, thay đổi kích thước, kết cấu thông qua các file hoặc các phần mềm khác
- Manufacturing: Tạo ra các chương trình gia công cho các thiết bị gia công CNC
- Routing Electrical: Thiết kế mạch điện.
- PCB Xchange: Thiết kế khối cho mô hình bo mạch CPU.
- Routing Mechanical: Thiết kế đường ống cơ khí.
- Mold Wizard: Thiết kế khuôn ép nhựa, tích hợp thư viện khuôn với những công cụ nâng cao hỗ trợ thiết kế.
- Progressive Die Wizard: Thiết kế khuôn dập liên hoàn.
- NX Human: Tạo mô hình cơ thể người, mô phỏng xe hơi.
- Weld Assistant: Công nghệ hàn, hỗ trợ tính toán mối hàn.
- Ship Design: Thiết kế tàu.
5.3. Phần mềm Solidworks
- Solidworks là một phần mềm thiết kế 3D theo tham số. Mô hình hóa chi tiết và các lắp ghép, mô phỏng hoạt họa…
- Solidworks Professional cung cấp thêm các tiện ích như thư viện chi tiết tiêu chuẩn, công cụ tự động hóa tính toán giá thành sản phẩm, tìm kiếm lỗi thiết kế, PhotoView 360,….
- Solidworks Premium còn hỗ trợ đầy đủ các tính năng khác như CAD, 2D Drawings, thiết kế tái sử dụng và tự động hoá Animation và Visualization. Hơn nữa còn có thể chuyển đổi các định dạng CAD, các công cụ phân tích đơn giản, hiệu suất các công cụ.
- Solidworks Visualize cho phép tạo ra các hình ảnh chất lượng, ảnh động hay các nội dung 3D chỉ trong vài phút hay vài giây.
- Solidworks Electrical tích hợp thiết kế cơ khí và thiết kế điện.
- Solidworks PCB sở hữu các tính năng thiết kế bản vẽ mạch điện tử Altium.
Giao diện phần mềm Solidworks 2021
Các tính năng cơ bản của phần mềm Solidworks:
- Thiết kế mô hình 3D chi tiết
- Thiết kế lắp ghép và cụm lắp ghép
- Xuất bản vẽ dễ dàng
- Tính năng Tab và Slot
- Tính năng gia công CAD
- Phân tích động lực học
Thiết kế CNC là một quá trình không đơn giản để tạo ra một sản phẩm đảm bảo độ chính xác và hình dáng đạt chuẩn như mong muốn. Người vận hành cần hiểu rõ và nắm bắt chính xác các nguyên tắc cũng như các yếu tố quan trọng trong thiết kế. Giúp quá trình tạo ra sản phẩm được diễn ra thuận lợi và nhanh chóng hơn do thiết kế CNC chính xác.
Hãy theo dõi trang Máy CNC nhập khẩu để cập nhật thêm nhiều kiến thức hữu ích về gia công.
