DFM面向制造的设计

画得出来”不代表“造得出来”,更不代表“造得起”。这就是所谓的 DFM(Design for Manufacturing,面向制造的设计) 思维。很多新手容易把 CAD 软件当成“捏泥巴”,而忽略了背后的加工逻辑。

一、 几何结构与刀具限制(切削加工核心)

1. 内直角与内锐角(最经典的问题)

  • 问题: 铣刀是圆柱形的,旋转起来切削。因此,三轴 CNC 永远无法加工出完美的“内直角”
  • 后果: 如果你在模型里画了一个直角的凹槽,加工方要么用电火花(EDM)去“清角”,要么用很小的刀具多次从角落“蹭”过去,这都会导致成本飙升。
  • 建议:
    • 倒圆角(Fillet): 在所有内角处留出圆角,且圆角半径($R$)最好略大于常用刀具半径。例如,如果你希望对方用 $\phi 10mm$ 的刀快速开粗,内角 $R$ 最好设计为 $5.5mm$ 或 $6mm$,而不是刚好 $5mm$(防止刀具满负荷切削,容易震刀)。
    • 避空角(Dog-bone/T-bone): 如果此处必须装配一个方块,不能有圆角,那么就在角落处画一个“米老鼠耳朵”一样的圆形凹槽,把角避空。

2. 深腔与深孔(深径比 L/D)

  • 问题: 刀具越长越细,刚性越差,加工时越容易弹刀、断刀。
  • 黄金法则: 深径比(L/D)尽量控制在 3:1 或 4:1 以内。
    • 例如:你要加工一个深 $50mm$ 的窄槽,如果你把槽宽设计成 $5mm$,那么刀具直径最大只有 $5mm$,深径比达到 $10:1$,这几乎是无法直接铣削的,可能需要电火花,成本翻倍。
  • 建议: 尽量加宽凹槽,或者减小深度。

3、内六角凹槽

  • 为什么难: 旋转的刀具切不出尖锐的六边形角。这种结构通常需要拉削(Broaching)或电火花(EDM)。前者需要昂贵的专用刀具(拉刀),后者效率极低。
  • 替代方案:
    • 如果是为了拧紧,直接买标准件(如内六角螺钉、止动销)。
    • 如果是为了传动,考虑改成双扁位(D 型切口)或者外六角,这些都可以直接铣出来。

二、 孔的设计细节

1. 盲孔 vs 通孔

  • 通孔: 比较好加工,钻头直接钻穿,排屑容易,冷却液也能流过。
  • 盲孔(不通的孔):
    • 平底问题: 钻头的尖端是 $118^\circ$ 或 $135^\circ$ 的锥角。如果你在模型里画了一个“平底”的盲孔,操作工需要先用钻头钻孔,再换一把平底铣刀去把底部铣平。增加了一道工序。除非必须放置弹簧或平头柱塞,否则尽量保留钻尖留下的锥角。
    • 攻丝深度: 千万不要把螺纹画到孔的最底端。丝锥(切螺纹的工具)前端有一段导向锥度(无法切出满牙)。
    • 建议: 钻孔深度要比螺纹深度深 $1.2 \sim 1.5$ 倍直径(或至少预留 $5mm$ 以上的排屑空间)。

2. 孔的规格

  • 尽量使用标准值: 不要设计 $\phi 6.32mm$ 这种孔,除非是配合公差要求。尽量用 $\phi 6.0, \phi 8.0$ 这种整数,对应标准钻头。非标孔需要定做刀具或用铣刀螺旋下刀,比较慢。

三、 零件刚性与装夹

1. 薄壁结构

  • 问题: 金属也是有弹性的。如果设计的壁厚太薄(例如金属件低于 $0.5mm$,塑胶件低于 $1mm$),加工时在切削力的作用下,零件会像纸片一样震动(Chatter),导致表面光洁度极差,甚至变形报废。
  • 建议: 尽量增加壁厚,或增加加强筋。

2. 装夹面(基准面)

  • 逻辑: 零件需要被虎钳夹紧才能加工。如果你设计的零件全是曲面,或者六个面都是斜的,工人怎么夹?
  • 建议: 至少保留一组成对的平行面作为装夹基准。如果实在没有,就需要设计专门的工装夹具(Fixture),这又是一笔额外的模具费(几百到几千元不等)。
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