Per utilitzar plenament les capacitats del mecanitzat CNC, els dissenyadors han de dissenyar segons normes de fabricació específiques. Tanmateix, això pot ser un repte perquè no existeixen estàndards específics de la indústria. En aquest article, hem recopilat una guia completa sobre les millors pràctiques de disseny per al mecanitzat CNC. Ens hem centrat a descriure la viabilitat dels sistemes CNC moderns i no hem tingut en compte els costos associats. Per obtenir una guia per dissenyar peces de manera rendible per a CNC, consulteu aquest article.
Mecanitzat CNC
El mecanitzat CNC és una tècnica de fabricació subtractiva. En CNC, s'utilitzen diferents eines de tall que giren a altes velocitats (milers de RPM) per eliminar material d'un bloc sòlid per tal de crear una peça a partir d'un model CAD. Tant els metalls com els plàstics es poden mecanitzar mitjançant CNC.
El mecanitzat CNC ofereix una gran precisió dimensional i toleràncies ajustades, adequades tant per a la producció de grans volums com per a treballs puntuals. De fet, actualment és el mètode més rendible per produir prototips metàl·lics, fins i tot si es compara amb la impressió 3D.
Limitacions principals del disseny del CNC
El CNC ofereix una gran flexibilitat de disseny, però hi ha certes limitacions de disseny. Aquestes limitacions estan relacionades amb la mecànica bàsica del procés de tall, principalment amb la geometria de l'eina i l'accés a l'eina.
1. Forma de l'eina
Les eines CNC més comunes, com ara freses i trepants, són cilíndriques i tenen longituds de tall limitades. A mesura que s'elimina el material de la peça de treball, la forma de l'eina es replica a la peça mecanitzada.
Per exemple, això significa que les cantonades internes d'una peça CNC sempre tindran un radi, independentment de la mida de l'eina utilitzada.
2. Crida d'eines
En treure material, l'eina s'acosta a la peça directament des de dalt. Això no es pot fer amb el mecanitzat CNC, excepte en els retalls, que parlarem més endavant.
És una bona pràctica de disseny alinear totes les característiques d'un model, com ara forats, cavitats i parets verticals, amb una de les sis direccions cardinals. Això és més un suggeriment que una restricció, sobretot perquè els sistemes CNC de 5 eixos ofereixen capacitats avançades de retenció de treball.
Les eines són una preocupació a l'hora de mecanitzar peces amb característiques que tenen una gran relació d'aspecte. Per exemple, arribar al fons d'una cavitat profunda requereix una eina especialitzada amb un eix llarg, que pot reduir la rigidesa de l'efector final, augmentar la vibració i reduir la precisió assolible.
Regles de disseny de processos CNC
Quan es dissenyen peces per a mecanitzat CNC, un dels reptes és l'absència d'estàndards específics de la indústria. Això es deu al fet que els fabricants de màquines i eines CNC milloren contínuament les seves capacitats tècniques, ampliant així el ventall del que es pot aconseguir. A continuació, hem proporcionat una taula que resumeix els valors recomanats i factibles per a les característiques més comunes que es troben a les peces mecanitzades CNC.
1. Butxaques i rebaixos
Recordeu el text següent: "Profunditat de butxaca recomanada: 4 vegades l'amplada de butxaca. Les freses d'extrem tenen una longitud de tall limitada, normalment 3-4 vegades el seu diàmetre. Quan la relació profunditat-amplada és petita, problemes com la deflexió de l'eina, l'evacuació d'encenalls i la vibració són més importants. Per garantir bons resultats, limiteu la profunditat d'una cavitat a 4 vegades la seva amplada.
Si necessiteu més profunditat, potser voldreu pensar en dissenyar una peça amb una profunditat de cavitat variable (vegeu la imatge de dalt per veure un exemple). Quan es tracta de fresat de cavitat profunda, una cavitat es classifica com a profunda si la seva profunditat és de més de sis vegades el diàmetre de l'eina que s'utilitza. L'eina especial permet una profunditat màxima de 30 cm amb una fresa d'extrem d'1 polzada de diàmetre, que equival a una relació de diàmetre d'eina a profunditat de cavitat de 30:1.
2. Vora interior
Radi de la cantonada vertical: ⅓ x la profunditat de la cavitat (o més) recomanada
És important utilitzar els valors suggerits del radi de la cantonada interior per seleccionar l'eina de mida adequada i complir les directrius de profunditat de cavitat recomanades. Augmentant lleugerament el radi de la cantonada per sobre del valor recomanat (p. ex., 1 mm) permet que l'eina talli al llarg d'un recorregut circular en lloc d'un angle de 90°, el que resulta en un millor acabat superficial. Si es necessita una cantonada interior nítida de 90°, considereu afegir un retall en forma de T en lloc de reduir el radi de la cantonada. Per al radi del sòl, els valors recomanats són 0,5 mm, 1 mm o cap radi; tanmateix, qualsevol radi és acceptable. La vora inferior de la fresa és plana o lleugerament arrodonida. Altres radis del sòl es poden mecanitzar amb eines de punta de bola. Adherir-se als valors recomanats és una bona pràctica, ja que és l'opció preferida per als maquinistes.
3. Paret Prima
Recomanacions de gruix de paret mínim: 0,8 mm (metall), 1,5 mm (plàstic); S'admeten 0,5 mm (metall), 1,0 mm (plàstic).
La reducció del gruix de la paret disminueix la rigidesa del material, donant lloc a un augment de les vibracions durant el mecanitzat i una reducció de la precisió assolible. Els plàstics tenen tendència a deformar-se a causa de les tensions residuals i a estovar-se a causa de l'augment de la temperatura, per tant, es recomana utilitzar un gruix de paret mínim més gran.
4. Forat
Diàmetre Es recomanen mides de trepant estàndard. Qualsevol diàmetre superior a 1 mm és factible. La realització de forats es fa amb un trepant o un extremfresat cnc. Les mides de perforació estan estandarditzades en unitats mètriques i imperials. Els escariadors i les eines de perforació s'utilitzen per acabar els forats que requereixen toleràncies estrictes. Per a diàmetres inferiors a ⌀20 mm, s'aconsella utilitzar diàmetres estàndard.
Profunditat màxima recomanada 4 x diàmetre nominal; típic 10 x diàmetre nominal; factible 40 x diàmetre nominal
Els forats de diàmetre no estàndard s'han de mecanitzar amb una fresa final. En aquest escenari, s'aplica el límit màxim de profunditat de la cavitat i es recomana utilitzar el valor de profunditat màxima. Si necessiteu mecanitzar forats més profunds que el valor típic, utilitzeu un trepant especial amb un diàmetre mínim de 3 mm. Els forats cecs mecanitzats amb un trepant tenen una base afilada amb un angle de 135°, mentre que els forats mecanitzats amb una fresa d'extrem són plans. En el mecanitzat CNC, no hi ha cap preferència específica entre forats passants i forats cecs.
5. Fils
La mida mínima de rosca és M2. Es recomana utilitzar fils M6 o més grans. Els fils interns es creen mitjançant aixetes, mentre que els fils externs es creen amb matrius. Tant les aixetes com les matrius es poden utilitzar per crear fils M2. Les eines de roscat CNC són àmpliament utilitzades i preferides pels maquinistes perquè redueixen el risc de trencament de l'aixeta. Les eines de roscat CNC es poden utilitzar per crear rosques M6.
Longitud de la rosca mínima 1,5 x diàmetre nominal; Es recomana 3 x diàmetre nominal
Les poques dents inicials suporten la major part de la càrrega del fil (fins a 1,5 vegades el diàmetre nominal). Per tant, no calen fils superiors a tres vegades el diàmetre nominal. Per a rosques en forats cecs fets amb una aixeta (és a dir, totes les rosques més petites que M6), afegiu una longitud sense rosca igual a 1,5 vegades el diàmetre nominal a la part inferior del forat.
Quan es poden utilitzar eines de roscat CNC (és a dir, rosques més grans que M6), el forat es pot enfilar per tota la seva longitud.
6. Petites característiques
El diàmetre mínim recomanat del forat és de 2,5 mm (0,1 polzades); també s'accepta un mínim de 0,05 mm (0,005 polzades). La majoria de tallers de màquines poden mecanitzar amb precisió petites cavitats i forats.
Qualsevol cosa per sota d'aquest límit es considera micromecanitzat.Fresat CNC de precisióaquestes característiques (on la variació física del procés de tall està dins d'aquest rang) requereixen eines especialitzades (microbrocades) i coneixements experts, per la qual cosa es recomana evitar-les tret que sigui absolutament necessari.
7. Toleràncies
Estàndard: ±0,125 mm (0,005 polzades)
Típic: ±0,025 mm (0,001 polzades)
Rendiment: ±0,0125 mm (0,0005 polzades)
Les toleràncies estableixen els límits acceptables de dimensions. Les toleràncies assolibles depenen de les dimensions bàsiques i la geometria de la peça. Els valors proporcionats són pautes pràctiques. En absència de toleràncies especificades, la majoria de tallers de màquines utilitzaran una tolerància estàndard de ±0,125 mm (0,005 polzades).
8. Text i lletra
La mida de lletra recomanada és de 20 (o més) i lletres de 5 mm
El text gravat és preferible al text en relleu perquè elimina menys material. Es recomana utilitzar un tipus de lletra sans serif, com ara Microsoft YaHei o Verdana, amb una mida de lletra d'almenys 20 punts. Moltes màquines CNC tenen rutines preprogramades per a aquests tipus de lletra.
Configuració de la màquina i orientació de les peces
A continuació es mostra un diagrama esquemàtic d'una peça que requereix múltiples configuracions:
L'accés a les eines és una limitació important en el disseny del mecanitzat CNC. Per arribar a totes les superfícies d'un model, la peça s'ha de girar diverses vegades. Per exemple, la peça que es mostra a la imatge anterior s'ha de girar tres vegades: dues vegades per mecanitzar els forats en les dues direccions primàries i una tercera vegada per accedir a la part posterior de la peça. Cada vegada que es gira la peça, s'ha de tornar a calibrar la màquina i definir un nou sistema de coordenades.
Tingueu en compte les configuracions de la màquina a l'hora de dissenyar per dos motius principals:
1. El nombre total de configuracions de la màquina afecta el cost. Girar i realinear la peça requereix un esforç manual i augmenta el temps total de mecanitzat. Si una peça s'ha de girar 3-4 vegades, normalment és acceptable, però qualsevol cosa més enllà d'aquest límit és excessiva.
2. Per aconseguir la màxima precisió de la posició relativa, ambdues característiques s'han de mecanitzar en la mateixa configuració. Això es deu al fet que el nou pas de trucada introdueix un petit error (però no insignificant).
Mecanitzat CNC de cinc eixos
Quan s'utilitza el mecanitzat CNC de 5 eixos, es pot eliminar la necessitat de múltiples configuracions de màquines. El mecanitzat CNC multieix pot fabricar peces amb geometries complexes perquè ofereix dos eixos de rotació addicionals.
El mecanitzat CNC de cinc eixos permet que l'eina sigui sempre tangencial a la superfície de tall. Això permet seguir rutes d'eines més complexes i eficients, donant com a resultat peces amb millors acabats superficials i temps de mecanitzat més curts.
No obstant això,Mecanitzat CNC de 5 eixostambé té les seves limitacions. La geometria bàsica d'eines i les restriccions d'accés a eines encara s'apliquen, per exemple, les peces amb geometria interna no es poden mecanitzar. A més, el cost d'utilitzar aquests sistemes és més elevat.
Disseny de socavacions
Els retalls són característiques que no es poden mecanitzar amb eines de tall estàndard perquè algunes de les seves superfícies no són directament accessibles des de dalt. Hi ha dos tipus principals de retalls: ranures en T i cues de milano. Els retalls poden ser d'una o dues cares i es mecanitzen amb eines especialitzades.
Les eines de tall de ranures en T es fan bàsicament amb una inserció de tall horitzontal connectada a un eix vertical. L'amplada d'un retall pot variar entre 3 mm i 40 mm. Es recomana utilitzar dimensions estàndard (és a dir, increments de mil·límetres sencers o fraccions estàndard de polzades) per a l'amplada perquè és més probable que les eines ja estiguin disponibles.
Per a les eines de cua de milano, l'angle és la dimensió de la característica definidora. Les eines de cua de milano de 45° i 60° es consideren estàndard.
Quan dissenyeu una peça amb retallades a les parets interiors, recordeu afegir prou espai lliure per a l'eina. Una bona regla general és afegir un espai entre la paret mecanitzada i qualsevol altra paret interior igual a almenys quatre vegades la profunditat del socavat.
Per a les eines estàndard, la relació típica entre el diàmetre de tall i el diàmetre de l'eix és de 2:1, limitant la profunditat de tall. Quan es requereix un socavat no estàndard, els tallers mecànics solen fer les seves pròpies eines de socavació personalitzades. Això augmenta el temps de lliurament i el cost i s'ha d'evitar sempre que sigui possible.
Ranura en T a la paret interior (esquerra), retallada de cua de milano (centre) i retallada d'un costat (dreta)
Redacció de dibuixos tècnics
Tingueu en compte que algunes especificacions de disseny no es poden incloure als fitxers STEP o IGES. Els dibuixos tècnics 2D són necessaris si el vostre model inclou un o més dels següents:
Forats o eixos roscats
Dimensions tolerades
Requisits específics d'acabat superficial
Notes per als operadors de màquines CNC
Regles generals
1. Dissenyar la peça a mecanitzar amb l'eina de major diàmetre.
2. Afegiu filets grans (almenys ⅓ x la profunditat de la cavitat) a totes les cantonades verticals internes.
3. Limiteu la profunditat d'una cavitat a 4 vegades la seva amplada.
4. Alineeu les característiques principals del vostre disseny al llarg d'una de les sis direccions cardinals. Si això no és possible, opteu perServeis de mecanitzat CNC de 5 eixos.
5. Envieu dibuixos tècnics juntament amb el vostre disseny quan el vostre disseny inclogui rosques, toleràncies, especificacions d'acabat superficial o altres comentaris per als operadors de màquines.
Si voleu saber més o fer una consulta, no dubteu a contactar info@anebon.com.
Hora de publicació: 13-juny-2024