Design für CNC-Bearbeitung: 10 Tipps zur Verbesserung Ihrer CADs
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10 Tipps zur Verbesserung Ihrer CAD-Designs für die CNC-Bearbeitung

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Juli 23, 5:38 pm

Durch Beachtung einiger weniger Tipps können Sie Ihre Designs für die CNC-Bearbeitung deutlich verbessern. CAD-Softwarepakete erleichtern den Entwurf von mechanischen Konstruktionen, Designs für die CNC-Bearbeitung benötigen jedoch noch immer eine hohe Präzision und Genauigkeit, um qualitativ hochwertige Designs zu erstellen. Dieser Artikel beschreibt 10 Tipps, wie Sie Ihre CAD-Designs verbessern können.

1. Vermeiden Sie den Entwurf unnötig dünner Wände

Dünne Wände sind für bestimmte Projekte, wie Drohnenbauteile oder Pfeifen, unabdinglich. Bei der Erstellung von CAD-Designs für die CNC-Bearbeitung können Sie Ihre Modelle durch die Vermeidung von zu dünnen Wänden verbessern. Studien haben gezeigt, dass die Wandstärke proportional zur Festigkeit des Materials ist. Eine Verringerung der Wandstärke würde die Festigkeit des Materials beeinträchtigen. Durch die verringerte Festigkeit kommt es während der CNC-Bearbeitung zu stärkeren Vibrationen und damit zu einer verringerten erreichbaren Genauigkeit. Die Standard-Mindeststärke für Wände beträgt 0,794 mm für Metalle und 1,5 mm für Kunststoffe.

Avoid designing excessively thin walls

In Fällen, in denen dünnere Wände notwendig sind, sind andere Fertigungsverfahren wie die Blechbearbeitung sinnvoller und kostengünstiger.

2. Vermeiden Sie den Entwurf von Bauteilen, die sich nicht mit einer CNC-Maschine fertigen lassen

Nicht alle Merkmale und Bauteile können maschinengefertigt werden. Ähnlich wie zu dünnen Wänden erschweren auch unnötige Merkmale die anschließende Umsetzung und Maschinenfertigung. Die Kenntnis der Möglichkeiten und Grenzen der CNC-Maschinen ist bei der Erstellung von CNC-Designs oft von großem Vorteil, da dies Ihnen helfen würde, nur Merkmale zu entwerfen, die auch von der Maschine angefertigt werden können.

Ein Beispiel für ein Merkmal, das nicht von CNC-Bohr-, Fräs- oder Drehmaschinen hergestellt werden können, sind „gebogene Löcher“. Falls dieses oder andere Merkmale jedoch für Ihren Entwurf notwendig sind, können andere Fertigungsverfahren wie die Funkenerosion (EDM) eingesetzt werden.

Avoid designing features that cannot be CNC machined

3. Vermeiden Sie übermäßige Toleranzangaben

Von Konstrukteuren wird erwarten, notwendige Toleranzen anzugeben. Hierbei sollte jedoch beachtet werden, dass übermäßig oder unnötig angegebene Toleranzen die Bearbeitungsdauer und Bearbeitungskosten erhöhen. Unterschiedliche CNC-Maschinen haben unterschiedliche Toleranzstandards. Wenn Sie für bestimmte Maße keine Toleranzen angeben, würde die Maschine für das jeweilige Maß die Standard-Toleranz anwenden. Um Zeit und Geld zu sparen, sollten enge Toleranzen nur angegeben werden, wo sie auch wirklich nötig sind. Außerdem ist es wichtig, homogene Toleranzen einzuhalten, da dies ebenfalls die Bearbeitungsdauer verkürzen kann.

Avoid excessive use of tolerances

4. Vermeiden Sie den Entwurf unnötiger ästhetischer Merkmale

Wie in den vorherigen Tipps bereits genannt, sind einige Merkmale nur ästhetisch und können nicht effizient angefertigt werden. Bevor man sich dazu entscheidet, Material nur für das äußere Erscheinungsbild abzutragen, sollte man bedenken, wie viel Material und abgetragen werden muss und mit welchem Verfahren dies geschehen soll. Als Konstrukteur sollte man sich immer fragen: „Welche Bearbeitungsverfahren muss man für die Fertigung dieses Merkmals einsetzen?“ oder „ist dies ein 5-achsiger oder ein 3-achsiger Bearbeitungsprozess?“. Sie können Ihre Designs deutlich verbessern, wenn Sie mehr Wert auf die Genauigkeit notwendiger Merkmale legen anstelle auf ästhetische Merkmale, da auch Nachbearbeitungsprozesse wie Elektropolieren eingesetzt werden können, um eine gute Ästhetik zu erreichen.

5. Entwerfen Sie Hohlräume mit bestimmten Tiefen-Breiten-Verhältnissen

Sie können Ihren Entwurf verbessern, wenn Sie bei der Konstruktion von Hohlräumen das Verhältnis von Tiefe und Breite beachten. Zu tiefe Hohlräume können zu durchhängenden Werkzeugen, Werkzeugdurchbiegung, erschwerter Spanabfuhr und Werkzeugbruch führen.

Hohlräume, die tiefer sind als das Sechsfache des Werkzeugdurchmessers, werden als tief angesehen und sollten maximal eine Tiefe von dem Vierfachen der Hohlraumbreite haben. Ein 15 mm breiter Hohlraum sollte zum Bespiel nicht tiefer als 60 mm sein.

Design cavities with accurate depth-to-width ratios

6. Geben Sie bei inneren Kanten Radien an

Aufgrund der Werkzeugform kann der Entwurf innerer Kanten das eingesetzte Werkzeug belasten. Da die meisten Schneidewerkzeuge zylindrisch sind und keine scharfen inneren Kanten anfertigen können, ist es beim Design wichtig innere Radien anzugeben. Um Werkzeugverschleiß zu vermeiden, sollte man innere Radien entwerfen, die das Werkzeug nicht unnötig belasten. Eine gute Faustregel besagt, dass der Radius etwa 130% des Radius des Fräswerkzeugs betragen soll. Falls Ihr Fräswerkzeug einen Radius von 5 mm hat, wird empfohlen bei allen inneren Winkeln einen Radius von 6,5 mm anzugeben. Dieser zusätzliche Radius verringert die Werkzeugbelastung und verbessert die Bearbeitungsgeschwindigkeit.

Add radii when designing internal edges

Falls innere 90°-Winkel ein unabdinglicher Bestandteil des Designs sind, kann man Hinterschneidung einsetzen anstatt den Kantenradius zu reduzieren.

7. Gewindelängen begrenzen

Es ist allgemein bekannt, dass der Hauptanteil der Stärke einer Gewindeverbindung vor allem in den ersten Gewindeumdrehungen stattfindet. Daher sind lange Gewinde oft unnötig. Beim Entwurf von Gewindebohrungen können Sie Ihr Design verbessern, indem Sie gerade ausreichend lange Gewindebohrungen konstruieren. Gewinde, die länger als das Dreifache des Lochdurchmessers sind, sind nicht notwendig.

Limit thread length
Bei der Konstruktion von Sacklöchern empfiehlt sich eine Länge ohne Gewinde am Ende der Bohrung. Wenn schließlich ein CNC-Gewindewerkzeug eingesetzt wird, kann die Bohrung vollständig mit einem Gewinde versehen werden.

8. Vermeiden Sie den Entwurf zu kleiner Merkmale

Die meisten CNC-Maschinen besitzen einen minimalen Werkzeugdurchmesser von 2,5 mm. Die Fertigung von Merkmalen kleiner als 2,5 mm ist daher mit großen Schwierigkeiten verbunden. Zu kleine Merkmale können nur mit Spezialwerkzeugen hergestellt werden, dies würde die Bearbeitungsdauer und Bearbeitungskosten erhöhen. Daher sollten zu kleine Merkmale möglichst vermieden werden.

Avoid designing too small features

9. Entwerfen Sie Bohrungen mit Standardlochgrößen

Standardlochgrößen können mit Standard-Bohrkronen gefräst werden. Dies spart Bearbeitungszeit und –kosten, da Bohrungen abweichender Größe stattdessen mit Schaftfräsern gefertigt werden müssten.

Bei nicht standardisierten Lochgrößen sollte man die Faustregel für die Tiefe eines Hohlraums verwenden, d.h. die Tiefe sollte das Vierfache des Hohlraumdurchmessers betragen.

Design holes with standard sizes

10. Vermeiden Sie unnötige Texte und Beschriftungen

Der Entwurf von Bauteilen mit Texten und Beschriftungen ist unnötig. Bedenken Sie, dass Verfahren zur Oberflächenveredlung wie Polieren und Lackieren eingesetzt werden können, um Texte auf die Oberfläche eines bearbeiteten Bauteils anzubringen. Das Entwerfen von Texten für die Maschinenbearbeitung würde nur die Bearbeitungsdauer und die Bearbeitungskosten erhöhen.

Wenn Texte und Beschriftungen jedoch Teil der Designanforderungen sind, sollte man die folgenden Regeln beachten:

  • Man sollte eingravierte Texte verwenden, da so weniger Material abgetragen werden muss.
  • Falls Ihre Design-Software keine spezielle Schriftart hat, empfiehlt sich die Verwendung von San Serif mit 20pt. Das liegt daran, dass diese Schriftart keine zusätzlichen Linien (Serif) am Ende jedes Schriftzugs aufweist. Diese zusätzlichen Linien erhöhen die Bearbeitungskosten. Außerdem empfiehlt sich die Verwendung der Schriftgröße 20. Alle kleineren Schriftgrößen werden als kleine Merkmale angesehen und sind daher schwieriger und teurer in der Fertigung.

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