模块概述
该模块探讨了如何减少航空，医疗和机器人行业中出现的最复杂设计的努力。它指定了高精度，高几何复杂性和极端尺寸的风险降低策略。
你将学习
- When design parameters transition into the max effort region.
- 即使在制造性的边缘，也可以减少努力的技术。
- 何时从CNC加工过渡到另一个制造过程。
可制造性边缘CNC的机械设计
In the previous modules, the focus of DFM was on keeping overall effort to a minimum and keeping the design well within the manufacturability zone ofCNC machining。该模块将重点放在需要设计工程师将CNC加工推向可能的限制的应用程序上。
光学，航空和医疗产品的要求非常苛刻，包括高精度，大规模和微型零件尺寸以及复杂的几何形状。这些高级设计要求必须与高级加工技术相匹配，包括5轴加工，精密加工以及大规模或微型加工。但是，即使工程复杂的机械设计，也可以减少所需的努力。
高级设计要求将加工过程推向其生存能力的边缘。高级要求通常是满足绩效目标的必要条件，但是它们与成倍增加的制造业工作相关。此外，在制造性的边缘，最终零件将出现规格的较大风险。减轻这种风险是该地区最少努力制造的关键部分。
高精度机械设计的CNC加工
Some examples of high precision parts are:
- 高零件计数组件
- 光学组件的对齐
- 密封界面
- 轴承和其他移动机制
公差可以用于线性，例如长度，宽度和位置或GD＆T维度，例如表面平坦，并行性或垂直度。努力开始加速的交叉在[0.125mm]长度为3 mm，长度为±0.005。在这些公差下，任何偏差都是显着的，尤其是如果受控维度是从两个不同的设置加工的。由于更改过程是手动的，因此很难保持设置之间的注册准确性。
To reduce effort, limit very tight tolerances to as few dimensions as possible. You should also aim to design features with relative tolerances, so both features are machinable without changing setup. Increases in the stiffness of the tool-machine-part system also reduces effort because it minimizes errors during machining. This includes using tools above ⅛ in [3.18mm], to minimize deflection, and minimizing pocket depth, to increase tool stiffness. Finally, order additional quantities than you need, to compensate for any parts that are out of tolerance.
Transitioning to Grinding, Honing, Lapping, or EDM
虚构的金属能够击中[0.020mm]中的CNC加工耐受性±0.0007和±0.1英寸[2.54mm的塑料]。如果设计需要低于此阈值的公差，则该过程必须根据目标公差而更改为磨削，磨练，拍打或EDM。
高几何复杂性机械设计
许多应用需要复杂的几何形状，例如螺旋桨/叶轮或发动机块。这些几何形状的特征是内部或阻塞的非正交表面，表面正常不断变化。这种类型的设计几何形状只能使用5轴CNC加工制造。
5-Axis, Square End Mill*
如第2模块中所述，与3轴机器相比，使用5轴机器的制造工作明显更高，因为它的机械车间较少，并且其可用性较低。此外，5轴机器需要具有更高级专业知识的操作员。
Design geometries in the region can also have a very high removed material ratio for applications where weight is a concern. In those situations, be aware that internal stress warping can be significant, so you should maximize wall thickness as much as possible.
边缘计数和圆角
复杂几何形状的另一个效果是大量边缘。随着边缘数量的增长，即使是毛刺的时间也可能成为一个因素。为了最大程度地减少努力，只有在绝对必要的情况下呈圆角，并为其余边缘指定破坏。如果需要鱼片，请使用最大的半径或仅指定最小公差。这些选项为制造商提供了选择最简单的修饰方法的最自由。
过渡到3D打印
5轴CNC加工可以实现非常复杂的几何形状，但是该过程有限制。加工内部表面需要一种方法使工具从外部接触表面。这意味着即使对于5轴CNC，也无法使用具有极端底切或封闭室的几何形状。同样，随着工具覆盖率的增长，工具会削弱，准确的切割变得不可能。具有这些特征的几何形状是无法加工的，并且3D printing或者成型must be used.
CNC加工极端尺寸
大零件
Large parts are required in many industrial applications, such as motors and structural components. These parts are high effort because material sourcing is harder, they are challenging to setup and fixture, and large parts often require a long tool reach.
为了大大减少制造业的工作，将大部分分成一个组件。尽管这创造了三个工作，但实际上它的生产速度更快，更便宜。如果该零件无法分解，则将其设计成现有的库存规模，以简化采购并降低材料成本。同样，对于很大的尺寸，设置非常具有挑战性，并且需要大量时间，因此最小化设置更为重要。
过渡到超级CNC加工
在[914.4毫米]中的36英寸高度以上，很难找到预制库存。定制的库存可以采购，但成本非常高。同样，在这些尺寸下，材料将不符合标准的CNC机器，并且需要专门的大格式CNC机器。
Small Parts
On the small end, part sizes below 1 in [25.4 mm] in the long dimension are seen in many medical applications, as well as semiconductor and robotics applications. Both the parts and the tools are fragile at these scales, and it requires more effort to manage the cut forces precisely. Incorrect fixturing can easily deform the part, and tools are especially prone to deflection and breakage. Also, tool life is greatly reduced. For these very small parts, design around existing stock, if possible, and minimize volume machined to reduce effort. Additionally, it is best to have only one dimension less than 0.1 in, if possible. Intentionally designing in parallel surfaces can also greatly simplify fixturing.
过渡到微加工和EDM
对于低于[12.5 mm]的零件尺寸，长度或尺寸低于[0.4mm]的1/64尺寸，CNC加工不再是不可行的，而另一个过程（如微加工）或EDM是必须的。
Conclusion: High Complexity and Manufacturing Effort
随着设计复杂性接近CNC的可制造性边缘，努力开始成倍增长。在该地区，设计师仍然有可能弥补制造挑战并减少努力。减少努力有助于减轻制造的风险，并增加成功制造的机会。有关减少精力的技术，请参见下面的清单。
Maximum Effort DFM Checklist for CNC Machining
Download the checklist as a handy reference guide here!
Tolerance
- Define tight tolerance for only for critical dimensions
- 最大化机器 - 固定零件系统的刚度
- 选择最大工具尺寸
- 最小化切割深度
几何学
- 对于需要5轴CNC机器的几何形状而言，制造业的努力大大跳跃。随后的任何复杂性增加，只会产生增量努力。
- Edge and surfaces multiply exponentially increase deburring effort.
零件大小
- For large parts
- 将大零件分解为组件可以减少努力
- 设计围绕现有库存材料的部分
- For small parts
- 最小化切割深度
- Design parts around existing stock sizes
- 设计表面用于固定
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