制造设计：最小化成本和交付周期

在制造设计中超越DFM 101

可制造性设计(DFM)始于对设计是否可制造的基本测试。这些规则集，如Fictiv数控加工设计指南，为制造设计过程提供必要的保障，以防止灾难性的问题。

然而，通过可制造性检查并不意味着设计将是成功的。做出错误的决策可能会导致可达性问题、额外的设置、表面缺陷或其他加工挑战，这将转化为更高的制造成本和更长的交货时间。通过适当选择设计规范，许多问题是可以避免的。理解不同设计选择的影响的关键是理解不同的设计如何需要不同程度的努力来制造。

制造努力：制造设计的时间、关注和挑战的度量。

最省力的制造设计

为最少的制造工作量而设计是DFM的下一个目标。最少的工作量取决于设计需求的复杂性。因此，例如，控制流体流动的设计将比设计一个简单的测试夹具有更高的努力。关键是设计，这样在制造过程中就不会有不必要的努力。

最小努力设计如果设计将被带到生产，则尤为重要。在生产中，每个不必要的努力的例子都转化为较低的边距，降低产量，并且在最坏的情况下可以呈现不经济的生产。因此，最少努力制造原则应该将其纳入设计过程中。

数控加工出力的五个设计参数

有五种设计参数确定CNC加工的制造工作。

1. 几何：零件的形状和相应的零件编号设置需要机器操作。
2. 容忍：指定几何关系的线性公差或GD&T。
3. 零件尺寸:零件包围盒的整体尺寸。
4. 材料:零件的材料。
5. 外观和感觉:在加工过程的默认输出之外进行额外加工的表面和边缘的数量。

将设计参数映射到制造工作

可以将每个设计参数映射到其相应的工作级别。在某些情况下，相同参数的多个区域映射到相同的工作区域。例如，非常小的部分和非常大的部分都映射到最大努力区域。

可制造区可分为三个区域。

1. 至少努力:这个地区的成本和交货期是最低的。
2. 增量的努力：该区域需要额外的努力，成本和交付周期会逐渐增加。
3. 最大努力：该区域位于可制造的边缘，需要付出最大努力。在这个地区，成本和交付周期呈指数增长。

高努力设计到可制造区域的极端边缘，而低努力设计地图到中心。这种启发式展示了风险在设计中，可能会降低努力。

最小努力CNC加工

最省力的区域数控加工是成本最低、交付周期最快的地区。任何机器车间都应该能够制造出最省力的设计。通过将尽可能多的设计参数引入该区域，设计师可以提高速度、降低成本并降低风险。一般来说，最省力的设计更简单，并且没有特殊要求。常见的低强度零件包括夹具和支架。下面是每个参数的最小工作区域的说明。

至少努力公差

对于公差，最简单的选择是保留库存材料设定的公差。对于经过加工的功能，ISO 2768，中等是一个很好的平衡，这是很容易实现的标准数控机床和正常功能部件所必需的。

最省力零件几何

设计库存材料几何

最省力的部分几何使用一个股票几何和作出最少量的调整。库存材料有棒状、片状、棒状和管状以及其他特殊形状。库存材料也可以使某些几何形状的低努力，例如，使用管和留下内径作为库存，允许任意井深大于常规的10倍工具直径指南。如果不使用库存材料，则需要枪钻，这增加了工作量。

可达性设计

要使表面几何形状，必须是可获得的的工具。这意味着数控机床和刀具有一个方向，其中切削表面的法向量平行于零件表面的法向量。下面是一个方形立铣刀可达性的例子(为简单起见，用2D显示)。

至少努力，将几何形状限制在一个带有无3D加工的3轴机器可以到达的几何图。至少努力设计的特征在于在90°相交的正交表面。

最少努力数控工具

不同的刀具几何形状具有不同的表面法线，使不同的表面轮廓可达。至少努力，工具几何形状应仅限于：

• 方形磨机
• Chamfer Mills.
• 球头铣刀
• 演习

最小化夹具设置

如果零件几何是完全可以到达的，它仍然需要多个设置加工每一个表面。最省力的几何图形应该不需要超过两个设置。零件还应该有两个平行的表面，垂直于每个可加工的侧面，以便标准夹具是可能的。

部分刚度

在制造特定公差时，另一个非常重要的考虑因素是加工过程中零件的刚度。来自刀具和夹具的力对零件会造成变形和喋喋不休. 为了弥补这些问题，机械师在装夹过程中必须格外小心，并放慢机器的运行速度，以减少切削力。为了减少工作量，请使用对称几何形状的零件，这些零件均匀分布载荷，并使壁厚保持在3/8英寸[9.5毫米]以上。

扭曲的风险

如果几何形状中有薄壁，翘曲是另一个风险。的内部移除材料比率（IRMR）和外去除物质比(ERMR)可以显示这是否是一个问题。这些比率越高，就越有可能发生变形或翘曲。保持ERMR < 80%和IRMR < 30%有助于预防这些问题。

最小工作量零件尺寸

夹具是制造工作的主要贡献者之一。保持零件尺寸在(0.25英寸× 2英寸× 2英寸)和(6英寸× 6英寸× 6英寸)之间意味着该零件应该适合标准夹具机加工车间。制造商将有不同的标准尺寸，所以检查制造商随时可用的总是有用的。在Fictiv，零件总是与最接近的库存尺寸匹配。库存通常在一维中超过尺寸，然后用带锯切割。以下是一般提供的标准尺寸:

省力材料

最少的工作量取决于材料加工的容易程度。可加工性由多个参数组成，但主要驱动因素是导热系数、硬度和切屑形成。最省力材料列表如下所示，并按材料强度进行组织。

• 塑料-德林
• 软金属–6061铝
• 硬金属- 1018钢

最少努力的外观和感觉

表面粗糙度

容易实现的默认粗糙度为63μ Ra或1.6μ Ra及以上。在Fictiv，这是标准，除非另有说明。

鱼片

圆角很容易添加到CAD中，但它们也很容易增加制造工作量。关键是要知道是什么鱼片你需要什么，你不需要什么。默认情况下，对于给定设置，平行于工具的边将被圆角，复合曲面之间的边也将被圆角。这些是固有的圆角，是不可避免的。圆角半径由精加工工具直径设置。若要最小化工作量，请调整精加工工具的大小以获得最大效率，然后将圆角半径设置为与该直径匹配。对于所有其他边，请在图形中添加注释“打断所有边”。本说明书允许制造商以尽可能简单的方式对这些边缘进行修圆。

结论：在数控加工中尽可能减少工作量

您做出的每个设计决策最终都会导致机械师编程刀具路径、确定进给量和速度、将材料装入夹具并创建零件。尽管这些任务中的每一项都可能很小，但所需的工作量加起来可能会导致高昂的成本和较长的交付周期，从而使项目处于风险之中。了解如何避免不必要的工作对于在可制造区域的最少工作区域的设计尤其重要。有关将设计保留在此区域内的规则，请参见下面的列表。

最小努力CNC加工的DFM核对表

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