复杂机械设计的DFM优化

可制造性边缘的机械设计

在之前的模块中，DFM的重点是将整体努力保持在最低限度，并将设计保持在可制造范围内数控加工. 本课程将重点介绍需要设计工程师将CNC加工推向极限的应用。

光学、航空航天和医疗产品有非常苛刻的要求，包括高精度、大尺寸和微型部件尺寸以及复杂的几何形状。这些先进的设计要求必须与先进的加工技术相匹配，包括五轴加工、精密加工和大规模或微型加工。但即使在进行复杂的机械设计时，也有可能减少所需要的努力。

先进的设计要求将机械加工工艺推向其可行性的边缘。高级需求通常是满足性能目标所必需的，但是它们与指数增长的制造工作相关。此外，在可制造的边缘，有一个更大的风险，最终部分将超出规格。降低这一风险是该地区最省力生产的关键部分。

高精度机械设计的数控加工

一些高精度零件的例子有:

• 高零件数部件
• 光学元件对准
• 密封接口
• 轴承和其他移动机构

公差可以是线性的，如长度、宽度和位置，也可以是GD&T尺寸，如表面平整度、平行度或垂直度。作用力开始加速的渡线在3 mm长处为±0.005 in[0.125mm]。在这些公差下，任何偏差都是显著的，特别是如果受控尺寸是由两个不同的设置加工而成的。由于更改过程是手动的，因此很难在设置之间保持注册精度。

为了减少工作量，将非常紧的公差限制在尽可能少的尺寸上。你还应该设计具有相对公差的特征，这样两个特征都可以在不改变设置的情况下加工。增加机床-零件系统的刚度也减少了工作，因为它使加工过程中的误差最小化。这包括使用⅛英寸(3.18mm)以上的洗井工具，以最大限度地减小洗井眼的挠度，并最大限度地减小洗井袋深度，以提高洗井工具的硬度。最后，订购比你需要的更多的数量，以补偿任何超出公差的部件。

过渡到研磨、珩磨、研磨或电火花加工

Fictiv能够达到CNC加工公差的±0.0007 in [0.020mm]金属和±0.1in [2.54mm]塑料。如果设计要求公差低于这个阈值，则必须根据目标公差改变工艺为磨削、珩磨、研磨或电火花加工。

高几何复杂性机械设计

复杂的几何形状需要许多应用，如螺旋桨/叶轮或发动机块。这些几何图形的特征是内部或阻塞的非正交表面，具有连续变化的表面法线。这种类型的设计几何只能用五轴数控加工制造。

5轴，方形立铣刀*

如模块2中所述，与3轴机器相比，5轴机器的使用大大增加了制造工作量，因为拥有5轴机器的机器车间较少，可用性也较低。此外，5轴机床需要具有更高级专业知识的操作员。

在考虑重量的应用中，该区域的设计几何形状也可以有非常高的去除材料比。在这些情况下，要注意内应力翘曲可能会很严重，所以你应该尽可能地增大壁厚。

边计数和圆角

复杂几何的另一个影响是大量的边。随着边数的增加，甚至去毛刺的时间也会成为一个因素。为了尽量减少努力，只在绝对必要时进行圆角，并指定对其余的边缘进行折断。在需要圆角的地方，尽可能使用最大的半径，或只指定最小的公差。这些选项让制造商可以自由选择最简单的整理方法。

向3D打印过渡

五轴数控加工可以实现极其复杂的几何图形，但加工过程存在一定的局限性。加工内表面需要一种工具从外部接触表面的方法。这意味着具有极端下切或封闭腔室的几何形状是无法访问的，即使是五轴数控。此外，随着刀具长度的增加，刀具的强度会减弱，精确切割变得不可能。具有这些特征的几何图形是不可加工的，而且3 d打印技术或造模必须使用。

CNC加工极端尺寸的零件

大部分

在许多工业应用中需要大的部件，如电机和结构部件。这些零件需要付出很大的努力，因为材料更难采购，安装和夹具很有挑战性，而且大型零件通常需要很长的工具够到。

为了大大减少制造工作量，将大零件分解成一个组件。虽然这创造了三个工作岗位，而不是一个，但实际上生产速度更快，成本更低。如果零件无法分解，则按照现有库存尺寸进行设计，以简化采购并降低材料成本。此外，对于较大的零件尺寸，设置非常具有挑战性，需要花费大量时间，因此将设置最小化就更为重要。

向超大型数控加工过渡

超过36英寸[914.4毫米]的长度，很难找到预制坯料。定制库存是可以获得的，但成本非常高。此外，在这些尺寸，材料将不适合标准的数控机床，和专门的大格式数控机床是需要的。

一小部分

在小的一端，长尺寸小于1 in [25.4 mm]的部件在许多医疗应用，以及半导体和机器人应用中都可以看到。在这种尺寸下，零件和工具都很脆弱，因此需要更多的努力来精确地管理切削力。不正确的夹具很容易使零件变形，工具尤其容易变形和断裂。同时，大大降低了刀具寿命。对于这些非常小的零件，如果可能的话，围绕现有库存设计，并尽量减少加工体积以减少工作量。此外，如果可能的话，最好只有一个小于0.1英寸的尺寸。有意地设计平行表面也可以大大简化夹具。

向微加工和电火花加工过渡

对于长尺寸小于0.5英寸[12.5毫米]的零件尺寸，或小于1/64英寸[0.4毫米]的特征尺寸，CNC加工不再是不可行的，而其他工艺如微加工或电火花是必需的。

结论:高度的复杂性和制造难度

随着设计复杂性接近CNC制造的边缘，努力开始呈指数增长。在这一地区，设计师仍有可能弥补制造方面的挑战并减少工作量。减少工作量有助于降低制造风险，增加成功制造的机会。请参阅下面的清单，以了解减少工作量的技术。

CNC加工的最大努力DFM清单

在这里下载清单作为一个方便的参考指南!

获得设计方面的专家DFM指导

我们希望本课程能帮助您提高设计的效率和策略性，从而使设计更加优化，从而实现最少的CNC加工。当然，作为产品开发过程的一部分，获得每个定制零件设计的DFM反馈仍然是重要和有益的。即使是最有经验的工程师也应该向他们的制造伙伴寻求反馈，以获得最佳的可制造性。

通过Fictiv的数字制造平台，你得到免费的DFM反馈的每一个零件报价的数控加工。随着每一个CAD模型上传到平台上，您可以得到由平台生成的自动DFM反馈，您还可以与我们的制造专家一起了解DFM，以便在必要时更改您的部件。我们有一个制造工程师团队，他们甚至可以手动审查复杂的部件，并根据需要提供定制DFM。

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