Конструирование проекта для производства и сборки

Не все конструкции легко изготавливать на станках с ЧПУ. Фактически, можно сконструировать такое изделие, которое вообще невозможно изготовить. Довольно легко создать деталь, которая будет излишне сложной или дорогостоящим в изготовлении. Самый быстрый и простой способ удешевить изготовление детали — это этап проектирования; изменения, внесенные позже в производственном процессе, обходятся дороже. Вот почему важно убедиться, что конструирование проекта произведено с оптимизацией для для производства.

На этапе проектирования CAD-модели идеальной конструкции, имеет смысл  создать информационную таблицу операций (маршрутную карту) в электронной таблице, такой как Excel. Добавляя информацию в электронную таблицу, вы в конечном итоге получите поэтапную инструкцию производства, полную полезной информации, необходимой для изготовления детали.

Материал

Результат: материалы, выбранные для детали

Не все материалы одинаковы. Материалы различаются по стоимости, физическим свойствам, таким как твердость, и механическим свойствам, например, по скорости их обработки. Найдите время, чтобы выбрать материалы, физические свойства которых необходимы (но не чрезмерны) для потребностей вашей детали.

Затем выберите материалы, которые удовлетворяют эти потребности, с наименьшими затратами на материал и наименьшими затратами с точки зрения механической обработки. Иногда есть смысл выбрать более дорогой материал, потому что вы можете сэкономите время за счет снижения затрат на обработку, выбрав материал, который легче обрабатывать.

Хорошим примером может быть выбор нержавеющей стали 303 вместо 304, потому что она обрабатывается лучше, чем 304. Или, возможно, вы можете использовать более прочный алюминиевый сплав, такой как Д16Т, вместо некоторых марок стали, потому что, хотя алюминий дороже, он обрабатывается намного быстрее, чем сталь на большинстве станков с ЧПУ.

Как правило, более твердые материалы труднее обрабатывать. Помните о разной твердости, доступной для разных материалов, их сплавов и условий. Состояние материала — это, например, разная степень твердения.

В некоторых случаях выбор материала может привести к изменению конструкции детали. Например, вы можете обнаружить, что физические свойства, такие как прочность, требуют, чтобы деталь была толще в какой-то области, чем первоначально планировалось, из-за изменения материала.

Создайте спецификацию материалов в вашем наладочном листе, в котором указаны все материалы, необходимые для детали. Для каждого материала вам понадобится полное описание, а также информация о количестве или размерах.

Обязательно оставьте соответствующие припуски на обработку при выборе размера заготовки, которая вам понадобится. Если вы делаете несколько деталей, вам также необходимо спланировать операции черновой резки, чтобы разбить большие куски заготовки на куски черновой заготовки размером с деталь для обработки.

Установка заготовки

Результат: выбрано рабочее решение

Как вы будете удерживать заготовку, чтобы ваш станок с ЧПУ мог с ней работать?  Достанет ли станок с ЧПУ все обрабатываемые стороны? Как можно минимизировать количество установов, необходимых для доступа ко всем сторонам детали? Можно ли упростить крепление деталей для различных операций и убедиться, что они правильно расположены относительно нуля?

Это все важные вопросы, которые нужно задать себе при креплении, которое вы выберете для изготовления своей детали.

Конструирование проекта. Список операций

Результат: список операций, которые будет выполнять станок с ЧПУ

На этом этапе мы начнем создавать так называемый «Установочный лист».

Таблицы наладки — это документация по изготовлению детали с ЧПУ. Они бывают разных форм. Для целей этого, конкретного изделия, предположим, что мы используем электронную таблицу Excel для создания листа настройки. Для начала создадим список операций обработки, необходимых для изготовления детали.

Например, типичный список может выглядеть примерно так:

— Черновая резка заготовки на ленточной пиле для создания заготовки для каждой детали.

— Поместите заготовку в фрезерные тиски.

— Выровняйте верхнюю часть детали.

— Вырежьте в детали карман.

— Выровняйте внешний край детали.

— Переверните деталь вверх дном и обработайте нижнюю часть детали.

Как уже упоминалось, таблицы наладки бывают разных форм. Программное обеспечение CAM часто имеет функцию, например, для автоматического создания листа настройки.

Список инструментов

Результат: список режущих инструментов, которые будут использоваться для каждой операции.

Просмотрите список операций, созданный на предыдущем шаге, и добавьте столбец с информацией. В нем будет список режущих инструментов, которые будут использоваться для каждой операции. Если вы обнаружите, что для операции требуется несколько инструментов, разбейте ее на несколько операций. Например, можно просверлить отверстие, а затем расширить его или нарезать резьбу.

Не все инструменты одинаковы. Вы можете выбрать инструменты, которые есть под рукой, или свести к минимуму потребность в специальных инструментах, которые не являются частью обычного инвентаря вашего производства. Это может повлиять на изменения конструкции детали, чтобы не потребовался заказ специального инструмента.

Допуски, размеры и примечания

Результат: идеальная модель САПР с указанными размерами, допусками и примечаниями

Цель состоит в том, чтобы добавить все размеры, допуски и примечания, необходимые для передачи дополнительной информации, которая будет важна для обеспечения того, чтобы изготовленная деталь соответствовала целям и техническим характеристикам разработчика.

В листе наладки вы должны иметь столбец по операциям, в котором перечислены все допуски, которым должна соответствовать операция, а также размер для допуска.

Просмотрите операции, и решите, возможно ли достичь желаемых допусков. Возможно, вам потребуется что-то изменить или добавить некоторые операции проверки и регулировки, чтобы убедиться в соблюдении допусков.

Оптимизируйте сложные операции

Результат: Оптимизированный, дешевый и максимально простой проект.

80% затрат на производство продукта определяется на этапе проектирования, так что самое время приложить все усилия, чтобы найти способы облегчить изготовление детали!

Просматривайте каждую операцию в маршрутной карте, обращая внимание на сложность операции. Можно ли внести какие-либо изменения в конструкцию, которые сделают эту операцию быстрее, проще, надежнее или даже устранят необходимость в этой операции?

Это лучшее время для улучшения вашего проекта, прежде чем вы начнете изготовление деталей.

Конструирование проекта. Анализ конечных элементов

Результат:

Анализ конечных элементов для проверки функционирования детали должным образом.

В современных САПР часто есть надстройки для моделирования, которые помогают проверить, будет ли деталь функционировать должным образом. Например, FEA (анализ конечных элементов) может моделировать реакцию детали на нагрузки, чтобы мы могли убедиться, что деталь будет достаточно прочной, чтобы выдерживать любые напряжения, предусмотренные спецификациями детали.

Результаты моделирования могут заставить нас изменить конструкцию, чтобы детали работали так, как нужно, или чтобы мы могли сэкономить деньги. Например, FEA может выявить, что деталь намного прочнее, чем необходимо, и что мы можем сэкономить, сделав ее легче.