सीएनसी मशीनिंग भागों को कैसे डिजाइन करें

सीएनसी मशीनिंग की क्षमता का पूरा उपयोग करने के लिए, डिजाइनरों को विशिष्ट विनिर्माण नियमों का पालन करना चाहिए।लेकिन यह एक चुनौती हो सकती है क्योंकि कोई विशिष्ट उद्योग मानक नहीं है।इस लेख में, हमने सीएनसी मशीनिंग के लिए सर्वोत्तम डिजाइन प्रथाओं के साथ एक व्यापक मार्गदर्शिका संकलित की है।

हम संबंधित लागतों की अनदेखी करते हुए आधुनिक सीएनसी प्रणालियों की व्यवहार्यता का वर्णन करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं।सीएनसी के लिए लागत प्रभावी भागों को डिजाइन करने पर मार्गदर्शन के लिए, कृपया इस लेख को देखें।
सीएनसी मशीनिंग
सीएनसी मशीनिंग एक घटिया मशीनिंग तकनीक है।सीएनसी में, सीएडी मॉडल के अनुसार भागों का उत्पादन करने के लिए ठोस ब्लॉक से सामग्री को हटाने के लिए विभिन्न उच्च गति घूर्णन (हजारों आरपीएम) उपकरण का उपयोग किया जाता है।धातु और प्लास्टिक को सीएनसी द्वारा संसाधित किया जा सकता है।
सीएनसी मशीनिंग भागों में उच्च आयामी सटीकता और सख्त सहनशीलता होती है।सीएनसी बड़े पैमाने पर उत्पादन और एक बार के काम के लिए उपयुक्त है।वास्तव में, सीएनसी मशीनिंग वर्तमान में 3 डी प्रिंटिंग की तुलना में धातु के प्रोटोटाइप का उत्पादन करने का सबसे अधिक लागत प्रभावी तरीका है।
सीएनसी की मुख्य डिजाइन सीमाएं
सीएनसी महान डिजाइन लचीलापन प्रदान करता है, लेकिन कुछ डिजाइन सीमाएं हैं।ये सीमाएं काटने की प्रक्रिया के बुनियादी यांत्रिकी से संबंधित हैं, मुख्य रूप से टूल ज्योमेट्री और टूल एक्सेस से संबंधित हैं।

1. उपकरण ज्यामिति
सबसे आम सीएनसी उपकरण (अंत मिल और ड्रिल) सीमित काटने की लंबाई के साथ बेलनाकार होते हैं।
जब सामग्री को वर्कपीस से हटा दिया जाता है, तो उपकरण की ज्यामिति को मशीनी भाग में स्थानांतरित कर दिया जाता है।इसका मतलब यह है कि, उदाहरण के लिए, कोई फर्क नहीं पड़ता कि कितना छोटा उपकरण उपयोग किया जाता है, सीएनसी भाग के आंतरिक कोण में हमेशा त्रिज्या होती है।

2. टूल एक्सेस
सामग्री को हटाने के लिए, उपकरण सीधे ऊपर से वर्कपीस तक पहुंचता है।जिन कार्यों को इस तरह से एक्सेस नहीं किया जा सकता है, उन्हें सीएनसी संसाधित नहीं किया जा सकता है।
इस नियम का एक अपवाद है: अंडरकट।हम अगले भाग में डिजाइन में अंडरकट का उपयोग करना सीखेंगे।
एक अच्छा डिजाइन अभ्यास छह मुख्य दिशाओं में से एक के साथ मॉडल की सभी विशेषताओं (छेद, गुहा, ऊर्ध्वाधर दीवारों, आदि) को संरेखित करना है।इस नियम को एक सिफारिश माना जाता है, सीमा नहीं, क्योंकि 5-अक्ष सीएनसी प्रणाली उन्नत वर्कपीस धारण क्षमता प्रदान करती है।
टूल एक्सेस भी एक समस्या है जब मशीनिंग में बड़े पहलू अनुपात होते हैं।उदाहरण के लिए, गहरी गुहा के तल तक पहुंचने के लिए, एक लंबी धुरी के साथ एक विशेष उपकरण की आवश्यकता होती है।यह अंत प्रभावक की कठोरता को कम करता है, कंपन को बढ़ाता है और प्राप्त करने योग्य सटीकता को कम करता है।
सीएनसी विशेषज्ञ उन भागों को डिजाइन करने की सलाह देते हैं जिन्हें अधिकतम संभव व्यास और कम से कम संभव लंबाई वाले उपकरणों के साथ बनाया जा सकता है।

सीएनसी डिजाइन नियम
सीएनसी मशीनिंग के लिए भागों को डिजाइन करते समय अक्सर आने वाली चुनौतियों में से एक यह है कि कोई विशिष्ट उद्योग मानक नहीं है: सीएनसी मशीन टूल और टूल निर्माता लगातार अपनी तकनीकी क्षमताओं में सुधार करते हैं और संभावनाओं की सीमा का विस्तार करते हैं।
निम्नलिखित तालिका में, हम सीएनसी मशीनिंग भागों में सामने आने वाली सबसे सामान्य विशेषताओं के अनुशंसित और व्यवहार्य मूल्यों को संक्षेप में प्रस्तुत करते हैं।

1. गुहा और नाली
अनुशंसित गुहा गहराई: 4 गुना गुहा चौड़ाई
अंतिम चक्की की काटने की लंबाई सीमित है (आमतौर पर इसके व्यास का 3-4 गुना)।जब गहराई की चौड़ाई का अनुपात छोटा होता है, तो उपकरण विक्षेपण, चिप निर्वहन और कंपन अधिक प्रमुख हो जाते हैं।गुहा की गहराई को उसकी चौड़ाई के चार गुना तक सीमित करने से अच्छे परिणाम मिलते हैं।
यदि अधिक गहराई की आवश्यकता है, तो एक चर गुहा गहराई के साथ एक भाग को डिजाइन करने पर विचार करें (उदाहरण के लिए ऊपर की आकृति देखें)।
डीप कैविटी मिलिंग: टूल व्यास के 6 गुना से अधिक गहराई वाली कैविटी को डीप कैविटी माना जाता है।विशेष उपकरणों का उपयोग करके उपकरण व्यास और गुहा गहराई का अनुपात 30:1 हो सकता है (1 इंच के व्यास के साथ अंत मिलों का उपयोग करके, अधिकतम गहराई 30 सेमी है)।

2. आंतरिक किनारा
लंबवत कोने त्रिज्या: अनुशंसित ⅓ x गुहा गहराई (या अधिक)
आंतरिक कोने के त्रिज्या के अनुशंसित मान का उपयोग करना सुनिश्चित करता है कि उपयुक्त व्यास उपकरण का उपयोग किया जा सकता है और अनुशंसित गुहा गहराई के लिए दिशानिर्देशों के साथ संरेखित किया जा सकता है।कोने की त्रिज्या को अनुशंसित मान से थोड़ा ऊपर (जैसे 1 मिमी) बढ़ाने से उपकरण को 90 ° कोण के बजाय एक वृत्ताकार पथ के साथ काटने की अनुमति मिलती है।यह पसंद किया जाता है क्योंकि यह एक उच्च गुणवत्ता वाली सतह खत्म कर सकता है।यदि 90 ° तीक्ष्णता के आंतरिक कोण की आवश्यकता है, तो कोण त्रिज्या को कम करने के बजाय एक टी-आकार का अंडरकट जोड़ने पर विचार करें।
अनुशंसित तल प्लेट त्रिज्या 0.5 मिमी, 1 मिमी या कोई त्रिज्या नहीं है;कोई भी त्रिज्या संभव है
एंड मिल का निचला किनारा एक सपाट किनारा या थोड़ा गोल किनारा होता है।अन्य फ्लोर रेडी को बॉल हेड टूल्स से प्रोसेस किया जा सकता है।अनुशंसित मूल्य का उपयोग करने के लिए यह एक अच्छा डिज़ाइन अभ्यास है क्योंकि यह मशीनिस्ट की पहली पसंद है।

3. पतली दीवार
अनुशंसित न्यूनतम दीवार मोटाई: 0.8 मिमी (धातु) और 1.5 मिमी (प्लास्टिक);0.5 मिमी (धातु) और 1.0 मिमी (प्लास्टिक) संभव हैं
दीवार की मोटाई कम करने से सामग्री की कठोरता कम हो जाएगी, जिससे मशीनिंग प्रक्रिया में कंपन बढ़ जाएगा और प्राप्त करने योग्य सटीकता कम हो जाएगी।प्लास्टिक ताना (अवशिष्ट तनाव के कारण) और नरम (तापमान वृद्धि के कारण) होता है, इसलिए दीवार की कम से कम मोटाई का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है।

4. होल
व्यास अनुशंसित मानक ड्रिल आकार;1 मिमी से अधिक का कोई भी व्यास स्वीकार्य है
मशीन के छेद के लिए एक ड्रिल या एंड मिल का उपयोग करें।ड्रिल बिट आकार (मीट्रिक और अंग्रेजी इकाइयों) का मानकीकरण।सख्त सहनशीलता की आवश्यकता वाले छिद्रों को खत्म करने के लिए रीमर और बोरिंग कटर का उपयोग किया जाता है।20 मिमी से कम आकार के लिए, मानक व्यास की सिफारिश की जाती है।
अधिकतम गहराई अनुशंसित 4 x नाममात्र व्यास;आमतौर पर 10 x नाममात्र व्यास;40 x नाममात्र व्यास जहां संभव हो
गैर मानक व्यास के छेदों को अंत मिलों के साथ संसाधित किया जाना चाहिए।इस मामले में, अधिकतम गुहा गहराई सीमा लागू होती है और अनुशंसित अधिकतम गहराई मान का उपयोग किया जाना चाहिए।मशीन के छेदों के लिए एक विशेष ड्रिल (न्यूनतम व्यास 3 मिमी) का उपयोग करें, जिसकी गहराई विशिष्ट मान से अधिक हो।ड्रिल द्वारा मशीनीकृत किए गए ब्लाइंड होल में एक शंक्वाकार नीचे की प्लेट (135 ° कोण) होती है, जबकि एंड मिल द्वारा मशीनीकृत किया गया छेद सपाट होता है।सीएनसी मशीनिंग में, थ्रू होल और ब्लाइंड होल के बीच कोई विशेष वरीयता नहीं है।

5. धागा
न्यूनतम धागा आकार एम 2 है;M6 या इससे बड़े की सिफारिश की जाती है
आंतरिक धागे को नल से काटा जाता है, और बाहरी धागे को डाई से काटा जाता है।धागों को m2 में काटने के लिए नल और डाई का उपयोग किया जा सकता है।
सीएनसी थ्रेडिंग उपकरण सामान्य हैं और मशीनिस्टों द्वारा पसंद किए जाते हैं क्योंकि वे नल के टूटने के जोखिम को सीमित करते हैं।थ्रेड को M6 में काटने के लिए सीएनसी थ्रेड टूल्स का उपयोग किया जा सकता है।
न्यूनतम धागा लंबाई 1.5 x नाममात्र व्यास है;3 x नाममात्र व्यास अनुशंसित
धागे पर लगाया गया अधिकांश भार कुछ पहले दांतों (नाममात्र व्यास के 1.5 गुना तक) द्वारा वहन किया जाता है।इसलिए, धागे के नाममात्र व्यास के 3 गुना से अधिक की आवश्यकता नहीं है।
नल से काटे गए ब्लाइंड होल में थ्रेड्स के लिए (अर्थात M6 से छोटे सभी थ्रेड्स), छेद के नीचे 1.5 x नाममात्र व्यास के बराबर एक नॉन थ्रेडेड लंबाई जोड़ें।
जब एक सीएनसी थ्रेड टूल का उपयोग किया जा सकता है (अर्थात धागा M6 से बड़ा है), तो होल अपनी पूरी लंबाई में चल सकता है।

6. छोटी विशेषताएं
न्यूनतम छेद व्यास 2.5 मिमी (0.1 इंच) होने की सिफारिश की जाती है;0.05 मिमी (0.005 इंच) संभव है
अधिकांश मशीन की दुकानें 2.5 मिमी (0.1 इंच) व्यास से कम के उपकरणों का उपयोग करके गुहाओं और छिद्रों को सटीक रूप से मशीन करने में सक्षम होंगी।
इस सीमा से नीचे की किसी भी चीज़ को माइक्रोमैचिनिंग माना जाता है।ऐसी विशेषताओं को संसाधित करने के लिए विशेष उपकरण (सूक्ष्म अभ्यास) और विशेषज्ञ ज्ञान की आवश्यकता होती है (काटने की प्रक्रिया में भौतिक परिवर्तन इस सीमा के भीतर होते हैं), इसलिए जब तक बिल्कुल आवश्यक न हो, उनका उपयोग करने से बचने की सिफारिश की जाती है।

7. सहिष्णुता
मानक: ± 0.125 मिमी (0.005 इंच)
विशिष्ट: ± 0.025 मिमी (0.001 इंच)
व्यवहार्य: ± 0.0125 मिमी (0.0005 इंच)
सहिष्णुता स्वीकार्य आयामों की सीमाओं को परिभाषित करती है।प्राप्त करने योग्य सहिष्णुता भाग के मूल आयामों और ज्यामिति पर निर्भर करती है।उपरोक्त मूल्य उचित दिशानिर्देश हैं।यदि कोई सहिष्णुता निर्दिष्ट नहीं है, तो अधिकांश मशीन की दुकानें मानक ± 0.125 मिमी (0.005 इंच) सहिष्णुता का उपयोग करेंगी।

8. शब्द और अक्षर
अनुशंसित फ़ॉन्ट आकार 20 (या बड़ा), 5 मिमी अक्षर है
उत्कीर्ण वर्ण अधिमानतः उभरा हुआ वर्ण होते हैं क्योंकि कम सामग्री को हटा दिया जाता है।कम से कम 20 अंकों के आकार के बिना सेरिफ़ फोंट (जैसे एरियल या वर्दाना) का उपयोग करने की अनुशंसा की जाती है।कई सीएनसी मशीनों में इन फोंट के लिए पूर्व क्रमादेशित दिनचर्या होती है।
मशीन सेटिंग्स और पार्ट ओरिएंटेशन
भागों का योजनाबद्ध आरेख जिन्हें कई बार सेट करने की आवश्यकता होती है, वे इस प्रकार हैं:
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, टूल एक्सेस सीएनसी मशीनिंग की मुख्य डिज़ाइन सीमाओं में से एक है।मॉडल की सभी सतहों तक पहुंचने के लिए, वर्कपीस को कई बार घुमाना होगा।
उदाहरण के लिए, उपरोक्त छवि का हिस्सा कुल तीन बार घुमाया जाना चाहिए: दो छेद दो मुख्य दिशाओं में मशीनीकृत होते हैं, और तीसरा भाग के पीछे प्रवेश करता है।

जब भी वर्कपीस घूमता है, मशीन को पुन: कैलिब्रेट किया जाना चाहिए और एक नई समन्वय प्रणाली को परिभाषित किया जाना चाहिए।
दो कारणों से डिजाइन में मशीन सेटिंग्स पर विचार करना महत्वपूर्ण है:
मशीन सेटिंग्स की कुल संख्या लागत को प्रभावित करती है।भागों को घुमाने और पुन: संरेखित करने के लिए मैन्युअल संचालन की आवश्यकता होती है और कुल प्रसंस्करण समय बढ़ जाता है।यदि भाग को 3-4 बार घुमाने की आवश्यकता है, तो यह आम तौर पर स्वीकार्य है, लेकिन इस सीमा से अधिक कोई भी अनावश्यक है।
अधिकतम सापेक्ष स्थितिगत सटीकता प्राप्त करने के लिए, एक ही सेटअप में दो विशेषताओं को मशीनीकृत किया जाना चाहिए।ऐसा इसलिए है क्योंकि नया कॉल चरण एक छोटी (लेकिन नगण्य नहीं) त्रुटि पेश करता है।

पांच अक्ष सीएनसी मशीनिंग
5-अक्ष सीएनसी मशीनिंग का उपयोग करते समय, कई मशीन सेटिंग्स की आवश्यकता को समाप्त किया जा सकता है।बहु अक्ष सीएनसी मशीनिंग जटिल ज्यामिति के साथ भागों का निर्माण कर सकती है क्योंकि वे 2 अतिरिक्त घूर्णी अक्ष प्रदान करते हैं।
पांच अक्ष सीएनसी मशीनिंग उपकरण को हमेशा काटने की सतह के स्पर्शरेखा की अनुमति देता है।अधिक जटिल और कुशल उपकरण पथों का पालन किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप बेहतर सतह खत्म और कम मशीनिंग समय होता है।
बेशक, 5-अक्ष सीएनसी की भी अपनी सीमाएं हैं।मूल उपकरण ज्यामिति और उपकरण पहुंच प्रतिबंध अभी भी लागू होते हैं (उदाहरण के लिए, आंतरिक ज्यामिति वाले भागों को मशीनीकृत नहीं किया जा सकता है)।इसके अलावा, ऐसी प्रणालियों का उपयोग करने की लागत अधिक है।

डिजाइन अंडरकट
अंडरकट्स ऐसी विशेषताएं हैं जिन्हें मानक कटिंग टूल्स के साथ मशीनीकृत नहीं किया जा सकता है क्योंकि उनकी कुछ सतहों को सीधे ऊपर से एक्सेस नहीं किया जा सकता है।
दो मुख्य प्रकार के अंडरकट हैं: टी-ग्रूव और डोवेटेल।अंडरकट एक तरफा या दो तरफा हो सकता है और विशेष उपकरणों के साथ संसाधित किया जा सकता है।

टी-ग्रूव कटिंग टूल मूल रूप से एक क्षैतिज कटिंग इंसर्ट से बना होता है जो एक ऊर्ध्वाधर अक्ष से जुड़ा होता है।अंडरकट की चौड़ाई 3 मिमी और 40 मिमी के बीच भिन्न हो सकती है।चौड़ाई के लिए मानक आयामों का उपयोग करने की अनुशंसा की जाती है (यानी, पूर्ण मिलीमीटर वृद्धि या मानक इंच अंश) क्योंकि उपकरण उपलब्ध होने की अधिक संभावना है।
डोवेटेल टूल्स के लिए, एंगल फीचर साइज को परिभाषित करता है।45 ° और 60 ° डोवेलटेल उपकरण मानक माने जाते हैं।
आंतरिक दीवार पर अंडरकट्स के साथ भागों को डिजाइन करते समय, उपकरण के लिए पर्याप्त निकासी जोड़ना याद रखें।अंगूठे का एक अच्छा नियम मशीनी दीवार और किसी अन्य आंतरिक दीवार के बीच कम से कम चार गुना गहराई जोड़ना है।
मानक उपकरणों के लिए, काटने के व्यास और शाफ्ट व्यास के बीच विशिष्ट अनुपात 2:1 है, जो काटने की गहराई को सीमित करता है।जब गैर-मानक अंडरकट की आवश्यकता होती है, तो मशीन की दुकान आमतौर पर स्वयं के द्वारा अनुकूलित अंडरकट उपकरण बनाती है।इससे लीड समय और लागत बढ़ जाती है और जितना संभव हो इससे बचा जाना चाहिए।

टी-आकार का खांचा (बाएं), डोवेटेल ग्रूव अंडरकट (मध्य) और एकतरफा अंडरकट (दाएं) भीतरी दीवार पर
तकनीकी चित्र तैयार करना
ध्यान दें कि कुछ डिज़ाइन मानदंड चरण या IGES फ़ाइलों में शामिल नहीं किए जा सकते हैं।यदि आपके मॉडल में निम्न में से एक या अधिक शामिल हैं, तो 2D तकनीकी आरेखण अवश्य प्रदान किए जाने चाहिए:
पिरोया छेद या शाफ्ट
सहिष्णुता आयाम
विशिष्ट सतह खत्म आवश्यकताएं
सीएनसी मशीन टूल ऑपरेटरों के लिए निर्देश

अंगूठे का नियम
1. उन हिस्सों को डिज़ाइन करें जिन्हें सबसे बड़े व्यास उपकरण के साथ संसाधित किया जा सकता है।
2. सभी आंतरिक ऊर्ध्वाधर कोणों में बड़े पट्टिका (कम से कम ⅓ x गुहा गहराई) जोड़ें।
3. गुहा की गहराई को इसकी चौड़ाई से 4 गुना तक सीमित करें।
4. डिजाइन के मुख्य कार्यों को छह मुख्य दिशाओं में से एक के साथ संरेखित करें।यदि यह संभव नहीं है, तो 5-अक्ष सीएनसी मशीनिंग का चयन किया जा सकता है।
5. जब आपके डिज़ाइन में थ्रेड, टॉलरेंस, सरफेस फ़िनिश विनिर्देश या मशीन ऑपरेटर की अन्य टिप्पणियाँ शामिल हों, तो कृपया ड्रॉइंग के साथ तकनीकी ड्रॉइंग सबमिट करें।