Pemesinan Computer Numerical Control (CNC) adalah proses manufaktur subtraktif modern, efisien, dan otomatis yang memungkinkan produsen membuat komponen berulang dengan kualitas konsisten dari berbagai bahan, termasuk plastik, logam, dan komposit. Saat ini, suku cadang mesin CNC dapat ditemukan di berbagai industri yang berbeda, mulai dari luar angkasa hingga otomotif hingga medis.
Awal mula teknologi CNC dapat ditelusuri kembali ke beberapa titik berbeda dalam sejarah. Alat permesinan modern pertama muncul pada tahun 1775 ketika para industrialis mengembangkan alat bor yang memungkinkan produsen memproduksi silinder mesin uap dengan tingkat akurasi dan presisi yang lebih konsisten.
Namun, nenek moyang teknologi komputasi modern muncul di awal abad ini, muncul dari industri tekstil. Pada 1725, Basile Bouchon mulai menggunakan sistem lubang berlubang di pita kertas untuk menyandikan data. Puluhan tahun kemudian pada tahun 1805, Joseph Marie Jacquard menyempurnakan prosesnya, menukar pita kertas dengan kartu punch yang kokoh. Ketika diikat secara berurutan, kartu punch mengarahkan bagaimana kain ditambahkan ke alat tenun, menyederhanakan proses dan memberikan salah satu contoh pemrograman pertama. Mesin ini, alat tenun Jacquard, merupakan cikal bakal solusi komputasi dan otomatisasi modern kami.
Panduan untuk semua hal yang terkait dengan pemesinan CNC ini akan menjelaskan cara kerja proses pemesinan CNC modern, termasuk opsi material, pertimbangan desain, penggerak biaya, dan banyak lagi. Teruskan membaca atau klik di sini untuk mengunduh PDF.
Saat ini, ada beberapa proses teknis yang disertakan di bawah payung permesinan CNC.
Setelah operator memasukkan instruksi pemesinan, mesin CNC 3-sumbu akan melakukan operasi input dengan menggunakan alat pemotong untuk memotong sepanjang tiga sumbu:X (kiri ke kanan), Y (depan ke belakang), dan Z (atas-dan- turun). Penggilingan CNC dan pembubutan CNC adalah dua contoh umum pemesinan 3-sumbu.
Penggilingan CNC 3-sumbu melibatkan pemasangan blok material — juga disebut benda kerja atau “kosong” — dengan wakil atau alas mesin. Ini menahan benda kerja tetap sebagai alat pemotong dan bor berputar, yang dipasang pada poros tengah, membuat potongan untuk menghilangkan material dan membentuk komponen akhir. Mesin penggilingan CNC 3-sumbu mudah diprogram dan dioperasikan dan dapat digunakan untuk membuat sebagian besar bagian dengan desain geometris sederhana.
Karena pahat dan bor terbatas pada tiga sumbu, beberapa fitur desain atau area kosong mungkin sulit untuk diselesaikan atau dijangkau (misalnya, bentuk yang tidak konvensional atau rongga yang dalam dan sempit). Namun, beberapa pengaturan dapat membantu mengarahkan benda kerja agar alat berat mencapai fitur ini. Meskipun hampir setiap pekerjaan pemesinan 3-sumbu memiliki lebih dari satu pengaturan per bagian, terlalu banyak pengaturan per bagian dapat dengan cepat meningkatkan biaya produksi. Pemrosesan bagian yang rumit secara geometris dapat, misalnya, mengharuskan operator untuk memposisikan ulang benda kerja secara manual, yang dapat memengaruhi kecepatan pemrosesan, meningkatkan biaya terkait tenaga kerja, dan menciptakan lebih banyak peluang untuk kesalahan manusia.
Proses pembubutan CNC beroperasi sedikit berbeda. Kosong dipasang pada spindel yang berputar, dan mesin bubut kemudian membentuk perimeter bagian dalam dan luar atau membuat lubang di sekitar sumbu tengah benda kerja. Batasan desain yang paling signifikan dengan mesin bubut CNC adalah bahwa mereka selalu menghasilkan bagian yang simetris secara rotasi. Oleh karena itu, prosesnya ideal untuk pembuatan suku cadang seperti sekrup, mangkuk, atau kaki kursi. Untuk jenis komponen bulat ini, mesin bubut dapat menghasilkan potongan lebih cepat dan dengan biaya lebih rendah daripada mesin penggilingan CNC, terutama saat memproduksi komponen dalam volume tinggi.
Proses pemesinan multi-sumbu memungkinkan pemotongan mengimplementasikan kebebasan bergerak yang lebih besar saat benda kerja digiling atau diputar. Proses 3-sumbu memungkinkan blanko atau pahat berputar, tetapi tidak keduanya. Sebaliknya, proses 5-sumbu memungkinkan benda kerja dan pahat berputar dan bergerak sepanjang sumbu X, Y, dan Z secara bersamaan. Pemesinan CNC 5-sumbu menghemat waktu dan ideal untuk membuat suku cadang yang kompleks dan presisi seperti yang ditemukan di industri medis, minyak dan gas, serta kedirgantaraan.
Keluarga mesin CNC multi-sumbu mencakup tiga proses:
Saat memilih proses manufaktur untuk bagian Anda, Anda harus mengevaluasi apakah itu lebih cocok untuk pemesinan 3-sumbu atau 5-sumbu. Umumnya, suku cadang dengan desain yang lebih sederhana dapat dibuat dengan cepat dan terjangkau menggunakan mesin 3-sumbu, sedangkan mesin 5-sumbu lebih baik untuk membuat bagian yang rumit secara geometris dengan kecepatan dan akurasi yang ditingkatkan.
Jika Anda memiliki anggaran terbatas atau hanya perlu memotong permukaan yang rata, mesin 3-sumbu adalah cara yang tepat. Selain lebih terjangkau, mesin 3-sumbu lebih mudah diprogram, jadi Anda tidak perlu mengeluarkan biaya untuk bekerja dengan programmer dan operator 5-sumbu yang mahal. Selain itu, waktu persiapan lebih singkat dengan pemesinan 3-sumbu.
Jika Anda perlu menghasilkan bagian yang lebih dalam atau bagian dengan geometri kompleks, Anda akan ingin menggunakan pemesinan 5-sumbu. Menggunakan mesin 5-sumbu memungkinkan Anda mengerjakan benda kerja dari semua sisi tanpa memerlukan rotasi manual. Dengan pemesinan 5 sumbu, Anda akan mendapatkan hasil yang lebih tinggi, akurasi yang lebih besar, dan kebebasan bergerak yang lebih baik, serta kemampuan untuk memproduksi komponen yang lebih besar dengan lebih cepat.
Salah satu keuntungan dari pemesinan CNC adalah bahwa prosesnya kompatibel dengan banyak bahan yang berbeda, plastik dan logam menjadi dua keluarga bahan yang paling umum. Berikut adalah beberapa plastik dan logam yang mungkin Anda temui.
Baja dan baja tahan karat, aluminium, dan logam lunak seperti kuningan, perunggu, titanium, dan tembaga adalah beberapa logam yang dapat dikerjakan dengan mesin paling populer. Meskipun baja dan aluminium adalah yang paling umum dikerjakan, setiap kelompok logam menawarkan serangkaian sifat fisik dan titik harga yang berbeda.
Setelah bagian atau komponen dikerjakan, mungkin perlu menjalani satu atau lebih proses finishing. Proses ini dapat digunakan untuk menghilangkan cacat estetika, meningkatkan penampilan produk, memberikan kekuatan dan ketahanan tambahan, menyesuaikan konduktivitas listrik, dan banyak lagi. Proses finishing umum untuk bagian mesin adalah anodizing, powder coating, dan bead blasting. Namun, biasanya juga membiarkan suku cadang dalam keadaan dikerjakan atau sudah digiling saat penyelesaian lainnya tidak diperlukan.
Memilih bahan dan opsi pasca-pemrosesan untuk bagian Anda sangat bergantung pada bagaimana dan di mana bagian Anda akan digunakan. Pertimbangan penggunaan akhir utama untuk memilih bahan bagian dan permukaan akhir Anda meliputi:
Merancang bagian berkualitas tinggi yang akan bekerja seperti yang diharapkan hanyalah setengah dari tantangan. Anda juga harus dapat mengerjakan bagian tersebut dengan cara yang efisien dan hemat biaya. Design for manufacturability (DFM) adalah kerangka proses yang membantu mengintegrasikan bagaimana bagian akan dibuat dengan desain bagian. DFM sangat penting untuk manufaktur dan memengaruhi segalanya mulai dari jadwal produksi dan biaya hingga efisiensi operasional dan kualitas suku cadang itu sendiri. Pertimbangan desain yang paling umum untuk pemesinan CNC meliputi:
Kantong dalam:
Fitur seperti kantong dan slot yang dalam atau sempit membutuhkan alat yang lebih lama untuk dikerjakan dengan benar. Namun, alat pemotong yang lebih panjang lebih rentan patah dan seringkali kurang tepat karena getaran pemesinan, atau gesekan. Fitur-fitur yang dalam juga biasanya memerlukan beberapa pemotongan untuk mesin dengan benar, yang meningkatkan waktu pemesinan dan biaya produksi — terutama karena alat yang lebih kecil kemungkinan akan diperlukan untuk menyelesaikan lintasan finishing. Jika slot atau kantong dalam harus dikerjakan, usahakan untuk mengurangi kedalaman fitur sebanyak mungkin atau menambah luas penampang kantong. Kedalaman saku atau slot tidak boleh lebih dari 3x diameter alat terkecil yang dibutuhkan.
Wilayah sempit:
Fitur sempit membatasi ukuran alat pemotong yang layak. Hal ini dapat menjadi tantangan bagi produsen karena alat yang panjang dan berdiameter kecil rentan terhadap gangguan dan kerusakan. Sama seperti fitur dalam, area sempit harus tidak kurang dari 3x diameter pahat terkecil. Meminimalkan kedalaman fitur-fitur ini memungkinkan Anda menggunakan alat pemotong yang lebih pendek dan berdiameter lebih besar, yang membantu mengurangi obrolan mesin.
Sudut dalam yang tajam:
End mill CNC berbentuk lingkaran, yang menyulitkan pengerjaan sudut internal yang tajam karena bit akan meninggalkan radius sudut. Meskipun ada metode pemesinan sudut internal yang tajam, proses ini cenderung mahal. Secara umum, sudut internal yang tajam harus dihindari untuk bagian mesin. Jari-jari sudut internal juga harus lebih besar dari jari-jari alat pemotong yang dimaksud. Dengan merancang jari-jari internal lebih besar dari pahat, mesin dapat menciptakan transisi yang mulus antar dinding. Sebaliknya, radius internal yang berukuran sama dengan pahat pemotong akan memaksa mesin untuk membuat perubahan arah secara tiba-tiba, sehingga menghasilkan hasil akhir yang kurang mulus.
Fitur yang tidak dapat diakses:
Fitur seperti counterbores — yang terbuka di dalam saku lain atau saku dengan draf negatif — dapat menimbulkan tantangan yang signifikan bagi tim produksi. Fitur desain ini membutuhkan lebih banyak waktu untuk pengerjaan karena betapa sulitnya untuk mengizinkan akses pahat potong. Sangat penting untuk memastikan bahwa alat pemotong dapat dengan bebas mengakses semua fitur bagian tanpa terhalang oleh fitur lain.
Fillet luar:
Fillet luar, atau sudut membulat di sepanjang tepi atas kantong, bos, slot, dan fitur lainnya, memerlukan alat pemotong khusus yang didukung oleh pengaturan pemesinan yang presisi — pasangan yang dapat dengan cepat menjadi mahal. Beveling atau chamfering tepi luar dapat membantu menghindari biaya ini.
Ketebalan dinding:
Dinding tipis dapat menimbulkan masalah untuk bagian logam dan plastik dan harus dihindari sedapat mungkin. Dinding logam tipis lebih rentan terhadap gesekan, misalnya, yang berdampak negatif pada keakuratan bagian dan permukaannya. Bagian plastik dengan dinding tipis juga lebih cenderung melengkung atau melunak. Ketebalan dinding minimum untuk komponen logam harus 0,03” (0,762mm) dan 0,06” (1,524mm) untuk komponen plastik.
Lubang dengan dasar datar:
Lubang dengan dasar datar tidak hanya sulit untuk dikerjakan, tetapi juga cenderung menimbulkan kesulitan untuk operasi selanjutnya. Secara umum, tim produk harus menghindari lubang buta dengan dasar datar dan mendukung latihan memutar standar, yang membuat lubang dengan dasar berbentuk kerucut.
Bagian berulir:
Saat mengerjakan ulir internal atau eksternal, ada beberapa pertimbangan desain yang berbeda.
Untuk utas internal:
Untuk utas eksternal:
Membor pintu masuk dan keluar:
Jika permukaan benda kerja tidak tegak lurus dengan sumbu bor, ujung bor akan melenceng saat bersentuhan dengan material. Untuk meminimalkan gerinda keluar yang tidak rata dan merampingkan proses penghilangan duri, pastikan fitur lubang memiliki permukaan awal dan akhir yang tegak lurus terhadap sumbu bor.
1. Buat bagian tetap sederhana
Bagian dengan desain atau proses manufaktur yang kompleks dapat memiliki sejumlah efek hilir. Kompleksitas dapat meningkatkan waktu dan biaya pemesinan, menimbulkan peluang kesalahan, dan mempersulit pengguna akhir untuk memahami penggunaan komponen atau suku cadang secara tepat. Memisahkan karakteristik dan fitur desain mana yang penting untuk kelangsungan bagian dari yang diinginkan namun tidak penting membantu menghilangkan kerumitan yang tidak perlu dari desain bagian dan operasi pemesinan.
2. Desain dengan mempertimbangkan geometri alat dan orientasi penyiapan
Meskipun sebagian besar pekerjaan pemesinan CNC memerlukan lebih dari satu orientasi penyiapan, Anda sebaiknya menjaga jumlah orientasi per bagian seminimal mungkin. Misalnya, jika Anda perlu membalik benda kerja tiga kali agar pahat dapat mengakses semua fitur, ini akan meningkatkan biaya karena setiap penyetelan memerlukan pemasangan ulang bagian tersebut, tanpa mesin untuk menetapkan sumbu yang benar, dan menjalankan program kode-G baru. Mesin 5-sumbu akan lebih mampu dalam aspek ini karena dapat menjangkau lebih banyak fitur tanpa memerlukan banyak penyiapan, meskipun ini bergantung pada geometri bagian tertentu.
Meminimalkan jumlah alat potong yang dibutuhkan adalah cara lain untuk mengurangi biaya. As much as possible, try to keep radii consistent so that fewer tools are needed to machine internal corners. Likewise, avoid very small details where possible. Smaller cutting tools aren’t able to cut as deep into the workpiece and are also more prone to breaking. Typically, the smallest internal features that can be machined are 0.0394” (1mm), though holes can go as small as 0.0197” (0.5mm).
3. Balance your tolerances
Choose your critical dimensions thoughtfully. Not every dimension requires inspection or is critical to the viability of the part, so focus your attention on those that are most essential. Determining how precise specific features need to be will allow you to adjust tolerances accordingly, reduce costs, and streamline the manufacturing process. Make sure that tolerances are still within machineable limits, adhere to given standards, and account for tolerance stacking.
Avoid over-dimensioning your part, as well. Unclear part drawings defeat the purpose of geometric dimensioning and tolerancing, which is to clarify and streamline communication. At Fast Radius, we recommend that you align drawing datums with the CNC coordinate system, as using consistent datum reference frames between machining and measurement systems is more likely to ensure parts are accurately located.
If possible, ensure all datums — points, surfaces, or axes used as references for measurement — reference the same setup. If a datum was machined in a previous setup, it becomes more difficult to hold tight tolerances after a setup change. Finally, be conscious about your datums. Choosing reference datums that are easy to measure from will ease manufacturing.
4. Tailor inspection levels
Similar to balancing your tolerances, strategically applying the right inspection levels can help reduce costs and optimize the production processes. Typical inspection options may include a visual inspection of the part, checking part dimensions using hand tools, or a first article inspection (FAI) where the first manufactured part is checked to ensure all requirements have been met. More in-depth inspections require more time and labor, which increases manufacturing costs.
Increasing the number of parts that you inspect will also increase the cost of production, so it’s important that you select the right sampling plan to ensure confidence across the entire order. At Fast Radius, our default sampling rate is based on ANSI ASQ Z1.4 Level 2.
5. Design to common stock sizes
Designing parts to common stock sizes can help streamline the manufacturing process by minimizing the amount of material that needs to be removed from the workpiece. For example:if it’s acceptable for a part surface to retain its stock finish — that is, if the surface can be rougher than 125 μin Ra — and it does not need to be machined, you have an opportunity to reduce machining time without sacrificing part quality.
This is why knowing the common stock sizes for various materials is important. Metals, for instance, are typically available in a number of stock forms, including sheets, rods, bars, or tubes, which can be purchased according to dimensions like length, width, thickness, and diameter.
Keep in mind that metric sizes are more commonly available in Asia, while imperial sizes are more commonly available in the U.S.
6. Minimize deformation risk
Removing a large amount of material from a workpiece can cause the material to deform. This requires additional processing during machining to prevent deformation, leading to higher costs. Plastics have a higher risk of deformation than metals.
7. Choose your material carefully
The material you pick has a significant impact on the overall cost of your part. For example, metals are generally more expensive than plastics. Avoid over-engineering your parts and consider whether a specific grade or material certificate is required for the part. If a generic material can fulfill the part’s requirements or multiple materials can be accepted, select the less expensive material to keep costs low.
The machinability of the material should also be taken into consideration. Steels, for example, are typically more difficult to machine, which leads to higher costs because steel parts take longer to machine and increase wear-and-tear on cutting tools.
Many industries rely on CNC machining processes to produce reliable, accurate parts that meet precise specifications and regulatory requirements, including the aerospace, automotive, medical device, electronics, and commercial parts manufacturing sectors.
Aerospace parts are held to high quality, testing, and regulatory standards in order to ensure proper function, fit, and safety. CNC machining is an excellent fit for creating plastic and metal parts with extremely tight tolerances that satisfy the aerospace manufacturer’s need for an incredible degree of precision and a range of highly specialized parts. The same is true for automotive components.
CNC machining can also be used to create a variety of medical devices, from implants to surgical implements to components for medical electronics.
Care and precision are critical when producing these sorts of devices and tools, as they are held to additional safety standards and requirements. Semiconductors and electronics components also have incredibly stringent precision requirements and tolerance standards, given their size and complexity. As a process, CNC machining has few material limitations, allowing it to be used with conductive materials like silicon. Many commercial parts — from aluminum castings and extrusions to steel and plastic parts — can also be machined.
Another common application for CNC machining is tooling, or the process of creating the various components, tools, machinery, and master patterns that will be used in production. Tooling is an integral part of every manufacturing and molding process and encompasses items like molds, jigs, and fixtures.
At Fast Radius, we make it simple and straightforward to get quality parts through our CNC machining service. To get started, visit os.fastraidus.com, upload your part designs, and you’ll receive instant DFM feedback. The site also allows you to manage designs and orders from a single, intuitive interface.
When you choose Fast Radius, you’re choosing to work with a seasoned group of experts. You’ll receive the full support of our team of engineers, customer success managers, account executives, and others across the business. We’ll also leverage options for domestic and international CNC machining to ensure that your project is carried out as efficiently as possible, without sacrificing quality.
Contact us today to experience the Fast Radius difference or click here to download our comprehensive guide as a PDF.
Teknologi Industri
Permesinan CNC adalah salah satu metode pemesinan yang paling umum. Pembuatan prototipe cepat dan produksi batch kecil semuanya bergantung pada keunggulan permesinan CNC seperti presisi, ukuran, biaya, dll. Mengetahui pemrosesan plastik CNC dapat membantu Anda mendapatkan kejelasan lebih lanjut tent
Pada tahun 2021, ukuran pasar mesin Computer Numerical Control (CNC) global adalah $56,40 miliar. Mengingat seberapa cepat, tepat, dan otomatis teknologi manufaktur ini, tidak mengherankan jika pasar mesin global diperkirakan akan tumbuh di tahun-tahun mendatang. Seiring dengan meningkatnya perminta
Insinyur dan tim produk memiliki banyak pilihan untuk fabrikasi logam. Tergantung pada desain bagian dan kasus penggunaan, pemotongan, pelipatan, pemotongan, atau pengecapan — hanya untuk beberapa nama — mungkin sesuai. Di antara metode manufaktur logam yang paling banyak digunakan adalah permesina
Akrilik, juga dikenal sebagai Polymethyl Methacrylate, atau PMMA, adalah polimer bening alami yang tidak berwarna yang diterima secara luas sebagai alternatif untuk kaca. Ini ringan dan tahan lama, memiliki ketahanan terhadap pecah, goresan, pelapukan, sinar UV, dan keausan lingkungan. Akrilik juga
