Processus d'usinage du prototype de matériel CNC: Un guide pour les engrenages de précision

Si vous êtes un ingénieur de produits ou un professionnel des achats travaillant sur des systèmes mécaniques, comme les transmissions automobiles, robots industriels, ou équipement médical -Processus d'usinage du prototype de matériel CNC est votre clé pour créer une qualité de haute qualité, Pièces d'équipement testable. Les engrenages sont essentiels pour transmettre le mouvement et la puissance, donc leur précision a un impact direct sur les performances du système. Contrairement à l'usinage traditionnel, Le prototypage de l'équipement CNC utilise le contrôle de l'ordinateur pour atteindre une précision et une répétabilité ultra-élevées, Le faire idéal pour tester les conceptions avant la production de masse. Ce guide tombe en panne à chaque étape du processus, avec de vrais cas et données pour vous aider à éviter les erreurs et à obtenir des prototypes fiables.

1. Qu'est-ce que l'usinage du prototype CNC Gear?

D'abord, clarifions les bases: Usinage du prototype CNC Gear est une méthode de fabrication de précision qui utilise un contrôle numérique informatique (CNC) Machine-outils pour façonner les matières premières dans les prototypes d'équipement. Ces prototypes sont utilisés pour tester:

• La façon dont l'équipement transmet le couple et gère la vitesse de rotation (performance mécanique).
• Si l'équipement s'adapte avec d'autres composants du système (compatibilité dimensionnelle).
• À quel point l'équipement est durable sous une utilisation réelle (se résistance à l'usure).

Ce processus se démarque car il peut créer des engrenages avec des contours complexes - comme des engrenages hélicoïdaux ou conduits - qui sont difficiles à faire avec l'usinage manuel. Il est largement utilisé dans l'aérospatiale, automobile, et les domaines médicaux, où même de minuscules erreurs (Aussi petit que 0,01 mm) peut provoquer des défaillances du système.

Pourquoi ça compte: Un fournisseur de pièces automobiles a utilisé une fois d'usinage manuel pour fabriquer un prototype de matériel de transmission. Le prototype avait une erreur dimensionnelle de 0,15 mm, conduisant à un fonctionnement bruyant et à une usure prématurée lors des tests. Passer au prototypage de l'équipement CNC, Ils ont réduit l'erreur à 0,02 mm, Et le prochain essai était lisse sans problèmes d'usure.

2. Processus d'usinage du prototype d'équipement CNC étape par étape

Le processus a 6 étapes de base - chacune essentielle pour garantir que le prototype répond aux normes de conception. Utilisez les tables ci-dessous pour correspondre au bon équipement, matériels, et paramètres de votre projet.

2.1 Conception & Programmation: Mettre les bases de la précision

Cette étape consiste à transformer votre conception d'équipement en instructions lisibles par machine. Suivez ces étapes:

1. Créer un modèle d'équipement 3D: Utiliser un logiciel comme SolidWorks, Autocad, ou Siemens NX. Inclure les détails clés comme:

• Nombre de dents (Par exemple, 20-40 dents pour la plupart des engrenages industriels).
• Module (Taille des dents de vitesse - valeurs communes: 0.5-5MM).
• Angle de pression (généralement 20 ° pour les engrenages standard).

2. Optimiser pour l'usinage: Considérez l'application de l'équipement - par exemple:

• S'il a besoin de gérer un couple élevé, épaississez le moyeu de vitesse à 1,5x le module.
• Si le bruit est une préoccupation, Ajoutez une légère courbe au profil dentaire (couronnement de dents) Pour réduire les frictions.

3. Générer du code CNC: Utiliser le logiciel CAM (Par exemple, Mastercam, Fusion 360) Pour convertir le modèle 3D en code G. Ce code indique à la machine CNC le chemin de coupe, vitesse, et le taux d'alimentation.

Étude de cas: Une entreprise de robotique a conçu un prototype d'équipement hélicoïdal mais a oublié d'ajuster le chemin de coupe pour l'angle de l'hélice (15°). Leur première course CNC a produit un équipement avec des dents déformées. Après le reprogrammation du logiciel CAM pour tenir compte de l'angle d'hélice, Le prototype suivant avait une géométrie dentaire parfaite.

2.2 Sélection de l'équipement: Choisissez des machines pour l'usinage des équipements

Toutes les machines CNC ne fonctionnent pas pour les engrenages - vous en avez besoin avec une rigidité élevée et un contrôle précis. Voici une ventilation des meilleures options:

2.3 Préparation des matériaux & Fixation

Choisissez un matériau qui correspond à l'utilisation prévue de l'équipement, puis fixez-le à la machine pour éviter le changement.

2.3.1 Sélection des matériaux

2.3.2 Fixation matérielle

• Utiliser un 3-mâchoire Pour les blancs d'équipement cylindrique (assure la concentricité - critique pour une rotation lisse).
• Pour les grands engrenages (diameter >200mm), Utiliser un assiette avec des mèches en T pour sécuriser le blanc.
• Vérifier le ruissellement (vibration) avec un indicateur de cadran - Conservez le ruissellement en dessous de 0,01 mm pour éviter les erreurs d'usinage.

2.4 Brouillage: Retirer rapidement l'excès de matériau

Le bravo consiste à façonner rapidement le blanc de vitesse en une forme presque finie. Paramètres clés:

• Outil de coupe: Acier à grande vitesse (HSS) ou plaque de cuisson en carbure (pour les machines à fouetter).
• Vitesse de coupe: 80-150 m / mon (plus rapide pour l'aluminium, plus lent pour l'acier).
• Taux d'alimentation: 50-100 mm / min (Balances Speed ​​and Tool Life).
• But: Laisser 0,1-0,3 mm de matériau pour la finition (appelé «allocation d'usinage»).

2.5 Finition: Atteindre une précision finale

La finition affine l'équipement pour répondre aux spécifications de conception exactes. Cette étape est essentielle pour la précision des dents et la qualité de la surface:

• Outil de coupe: Poix de carbure poli ou coupe-shaper (Pour les surfaces de dents lisses).
• Vitesse de coupe: 60-120 m / mon (plus lent que le brouillage pour réduire l'usure des outils).
• Taux d'alimentation: 20-50 mm / min (plus lent pour une meilleure précision).
• But: Atteindre une précision dimensionnelle de ± 0,01-0,03 mm et une rugosité de surface de RA 0.8-1.6 μm.

2.6 Post-traitement & Inspection de qualité

Après l'usinage, Préparez le prototype pour tester et vérifier sa qualité:

1. Nettoyage: Utilisez un dégraisseur (Par exemple, alcool isopropylique) Pour éliminer les copeaux de fluide et de métal de coupe des dents d'engrenage.
2. Traitement de surface (si nécessaire):

• Traitement thermique (Par exemple, carburisant pour l'acier en alliage) pour augmenter la dureté à 58-62 HRC.
• Sable de sable pour une finition mate (Réduit l'éblouissement des équipements de transformation des aliments).
• Placage (Par exemple, placage de zinc pour l'acier inoxydable) pour améliorer la résistance à la corrosion.

3. Inspection de qualité:

• Utiliser un Centre de mesure de l'équipement Pour vérifier le profil dentaire, pas, et le runout.
• Capacité de couple de test avec un dynamomètre - pour un 4140 Gear en acier avec 20 dents (module 2 mm), viser une capacité de couple de 50-100 N · m.
• Vérifiez le bruit en exécutant l'équipement avec un équipement d'accouplement à 1,000 RPM - les niveaux de bruit devraient être inférieurs 70 db.

3. Avantages techniques & Défis de l'usinage du prototype CNC Gear

Comprendre les avantages et les inconvénients vous aide à planifier efficacement votre projet.

3.1 Avantages clés

• Haute précision: Atteint des erreurs dimensionnelles aussi petites que ± 0,005 mm - critiques pour les engrenages dans les dispositifs aérospatiaux ou médicaux.
• Répétabilité: Les machines CNC produisent à chaque fois des prototypes identiques - grand pour tester plusieurs itérations de conception.
• Complexité: Peut machine à machines (Par exemple, engrenages, engins coniques) que les méthodes traditionnelles ne peuvent pas faire.

3.2 Défis communs

• Coût élevé de l'équipement: Une machine à maintenir CNC Gear coûte \(50,000-\)200,000—Ut de portée pour les petites startups.
• Complexité de programmation: Le code G pour les engrenages hélicoïdaux ou conduits nécessite des compétences avancées à la caméra - les bases conduisent à des prototypes en ruine.
• Usure: Les outils de coupe des engins s'usent rapidement (Par exemple, Une plaque de cuisson en carbure dure 50-100 prototypes pour l'acier)- augmente les coûts des matériaux.

4. Cas de demande de l'industrie

L'usinage du prototype CNC Gear est utilisé dans trois champs clés:

1. Automobile: Un constructeur automobile a utilisé le prototypage CNC pour tester un équipement de synchronisation du moteur. Le prototype avait une précision de ± 0,02 mm, et les tests ont montré qu'il a réduit le bruit du moteur par 15% par rapport à l'ancien design. Ils utilisent maintenant ce design dans leur dernier modèle de berline.
2. Robotique industrielle: Un fabricant de robots avait besoin d'un équipement articulé de haute précision pour leur bras. Prototypage CNC Laissez-les tester 3 itérations 2 semaines (contre. 6 semaines avec des méthodes traditionnelles). Le prototype final avait un ruissellement de 0,01 mm, Assurer un mouvement de robot fluide.
3. Équipement médical: Une entreprise de dispositifs médicaux a utilisé le prototypage CNC pour faire un équipement pour un foret chirurgical. Le prototype en acier inoxydable était résistant à la corrosion et avait une capacité de couple de 80 N · M - parfait pour l'opération à grande vitesse de l'exercice.

La vue de YIGU Technology sur le processus d'usinage du prototype de matériel CNC

À la technologie Yigu, Nous avons soutenu 300+ clients dans l'optimisation du Processus d'usinage du prototype de matériel CNC. Nous pensons que le plus grand point de douleur est d'équilibrer la précision et le coût - de nombreuses équipes dépensent sur des machines haut de gamme pour des engrenages simples. Notre solution: Packages d'équipement personnalisés - par exemple, Jouez un VMC pour le budget avec 6061 Aluminium pour les engrenages à faible torque, ou une machine à combinaison de matériel avec 4140 acier pour les pièces à torque élevé. Cela réduit les coûts de 25% tout en gardant la précision à ± 0,03 mm. Nous offrons également un support de programmation CAM pour éviter les erreurs de code.

FAQ

1. Combien de temps faut-il pour fabriquer un prototype d'équipement CNC?

Cela dépend du type de vitesse et de la taille: Un petit équipement d'épinet (50diamètre mm) prendre des prises 1-2 jours. Un grand équipement hélicoïdal (200diamètre mm) prendre des prises 3-5 jours (y compris la conception et l'inspection).

2. Les prototypes d'équipement CNC peuvent-ils être utilisés dans les produits finaux?

Habituellement, aucun - les prototypes ne sont pour tester. Mais pour les produits à faible volume (Par exemple, Outils médicaux personnalisés), Les prototypes CNC peuvent fonctionner s'ils passent des tests de traitement thermique et de durabilité (Nous avons eu des clients les utiliser pour 10,000+ cycles).

3. Quel est le coût d'un prototype d'équipement CNC?

Les coûts varient selon les matériaux et la taille: Un équipement d'éperon en aluminium (50diamètre mm) frais \(80-\)150. Un équipement hélicoïdal en acier inoxydable (100diamètre mm) frais \(200-\)400 (plus élevé en raison de la complexité des matériaux et de la programmation).