Para utilizar plenamente as capacidades do mecanizado CNC, os deseñadores deben deseñar de acordo coas regras de fabricación específicas. Non obstante, isto pode ser un reto porque non existen estándares específicos da industria. Neste artigo, compilamos unha guía completa das mellores prácticas de deseño para o mecanizado CNC. Centrámonos en describir a viabilidade dos modernos sistemas CNC e ignoramos os custos asociados. Para obter unha guía para deseñar pezas de xeito rendible para CNC, consulte este artigo.
Mecanizado CNC
O mecanizado CNC é unha técnica de fabricación subtractiva. En CNC, utilízanse diferentes ferramentas de corte que xiran a altas velocidades (miles de RPM) para eliminar material dun bloque sólido co fin de crear unha peza baseada nun modelo CAD. Tanto os metais como os plásticos pódense mecanizar mediante CNC.
O mecanizado CNC ofrece unha alta precisión dimensional e tolerancias estreitas adecuadas tanto para a produción de gran volume como para traballos puntuais. De feito, actualmente é o método máis rendible para producir prototipos metálicos, mesmo en comparación coa impresión 3D.
Limitacións principais do deseño do CNC
O CNC ofrece unha gran flexibilidade de deseño, pero hai certas limitacións de deseño. Estas limitacións están relacionadas coa mecánica básica do proceso de corte, principalmente coa xeometría da ferramenta e o acceso á ferramenta.
1. Forma da ferramenta
As ferramentas CNC máis comúns, como fresas e brocas, son cilíndricas e teñen lonxitudes de corte limitadas. A medida que se elimina o material da peza, a forma da ferramenta replícase na peza mecanizada.
Por exemplo, isto significa que as esquinas internas dunha peza CNC sempre terán un raio, independentemente do tamaño da ferramenta utilizada.
2. Ferramenta chamada
Ao retirar material, a ferramenta achégase á peza de traballo directamente desde arriba. Isto non se pode facer co mecanizado CNC, excepto para os socavados, dos que falaremos máis adiante.
É unha boa práctica de deseño aliñar todas as características dun modelo, como buratos, cavidades e paredes verticais, cunha das seis direccións cardinais. Esta é máis unha suxestión que unha restrición, especialmente porque os sistemas CNC de 5 eixes ofrecen capacidades avanzadas de retención de traballo.
As ferramentas son unha preocupación cando se mecanizan pezas con características que teñen unha relación de aspecto grande. Por exemplo, chegar ao fondo dunha cavidade profunda require unha ferramenta especializada cun eixe longo, que pode reducir a rixidez do efector final, aumentar a vibración e reducir a precisión alcanzable.
Normas de deseño de procesos CNC
Ao deseñar pezas para mecanizado CNC, un dos retos é a ausencia de estándares industriais específicos. Isto débese a que os fabricantes de máquinas e ferramentas CNC están a mellorar continuamente as súas capacidades técnicas, ampliando así o abano do que se pode conseguir. A continuación, proporcionamos unha táboa que resume os valores recomendados e factibles para as características máis comúns que se atopan nas pezas mecanizadas por CNC.
1. Petos e retranqueos
Lembra o seguinte texto: “Profundidade de peto recomendada: 4 veces o ancho de peto. As fresas de punta teñen unha lonxitude de corte limitada, normalmente 3-4 veces o seu diámetro. Cando a relación profundidade-ancho é pequena, problemas como a deflexión da ferramenta, a evacuación de virutas e a vibración fanse máis destacados. Para garantir bos resultados, limite a profundidade dunha cavidade a 4 veces o seu ancho.
Se necesitas máis profundidade, podes pensar en deseñar unha peza con profundidade de cavidade variable (consulta a imaxe superior para ver un exemplo). Cando se trata de fresado de cavidades profundas, unha cavidade clasifícase como profunda se a súa profundidade é superior a seis veces o diámetro da ferramenta que se utiliza. As ferramentas especiais permiten unha profundidade máxima de 30 cm cunha fresa de extremo de 1 polgada de diámetro, o que equivale a unha relación de diámetro da ferramenta a profundidade da cavidade de 30:1.
2. Borde interior
Raio da esquina vertical: recoméndase ⅓ x profundidade da cavidade (ou superior).
É importante utilizar os valores de raio de esquina interior suxeridos para seleccionar a ferramenta de tamaño correcto e cumprir as directrices de profundidade da cavidade recomendadas. Aumentar lixeiramente o raio da esquina por riba do valor recomendado (por exemplo, 1 mm) permite que a ferramenta corte un camiño circular en lugar de nun ángulo de 90°, o que resulta nun mellor acabado superficial. Se se necesita unha esquina interior nítida de 90°, considere engadir un recorte en forma de T en lugar de reducir o raio da esquina. Para o radio do chan, os valores recomendados son 0,5 mm, 1 mm ou ningún radio; con todo, calquera raio é aceptable. O bordo inferior da fresa é plana ou lixeiramente redondeada. Outros radios do chan pódense mecanizar utilizando ferramentas de punta esférica. Cumprir os valores recomendados é unha boa práctica xa que é a opción preferida para os maquinistas.
3. Muro Delgado
Recomendacións de espesor mínimo de parede: 0,8 mm (metal), 1,5 mm (plástico); 0,5 mm (metal), 1,0 mm (plástico) son aceptables
Ao reducir o grosor da parede diminúe a rixidez do material, o que provoca un aumento das vibracións durante o mecanizado e unha redución da precisión alcanzable. Os plásticos teñen tendencia a deformarse debido ás tensións residuais e a suavizarse debido ao aumento da temperatura, polo que recoméndase utilizar un grosor mínimo de parede maior.
4. Burato
Diámetro Recoméndase tamaños de broca estándar. Calquera diámetro superior a 1 mm é factible. A realización de buratos realízase cunha broca ou un extremofresado cnc. Os tamaños de perforación están estandarizados en unidades métricas e imperiais. Utilízanse escariadores e ferramentas de perforación para rematar os buratos que requiren tolerancias estreitas. Para diámetros inferiores a ⌀20 mm, recoméndase utilizar diámetros estándar.
Profundidade máxima recomendada 4 x diámetro nominal; típico 10 x diámetro nominal; factible 40 x diámetro nominal
Os buratos de diámetro non estándar deben mecanizarse mediante unha fresa de punta. Neste escenario, é aplicable o límite máximo de profundidade da cavidade e recoméndase utilizar o valor de profundidade máxima. Se precisa mecanizar buratos máis profundos que o valor típico, use unha broca especial cun diámetro mínimo de 3 mm. Os buratos cegos mecanizados cunha broca teñen unha base cónica cun ángulo de 135°, mentres que os buracos mecanizados cunha fresa de punta son planos. No mecanizado CNC, non hai preferencia específica entre os buracos pasantes e os buracos cegos.
5. Fíos
O tamaño mínimo da rosca é M2. Recoméndase utilizar roscas M6 ou maiores. Os fíos internos créanse mediante toques, mentres que os fíos externos créanse mediante troqueles. Tanto os machos como as matrices pódense usar para crear fíos M2. As ferramentas de roscado CNC son moi utilizadas e preferidas polos maquinistas porque reducen o risco de rotura da billa. As ferramentas de roscado CNC pódense usar para crear roscas M6.
Lonxitude da rosca mínima 1,5 x diámetro nominal; Recoméndase 3 x diámetro nominal
Os poucos dentes iniciais soportan a maior parte da carga da rosca (ata 1,5 veces o diámetro nominal). Así, non son necesarios roscas maiores de tres veces o diámetro nominal. Para roscas en buratos cegos feitos cunha billa (é dicir, todas as roscas inferiores a M6), engade ao fondo do burato unha lonxitude sen rosca igual a 1,5 veces o diámetro nominal.
Cando se poden utilizar ferramentas de roscado CNC (é dicir, roscas maiores de M6), o burato pódese enfilar en toda a súa lonxitude.
6. Pequenas características
O diámetro mínimo recomendado do burato é de 2,5 mm (0,1 polgadas); un mínimo de 0,05 mm (0,005 in) tamén é aceptable. A maioría dos talleres de máquinas poden mecanizar con precisión pequenas cavidades e buratos.
Todo por baixo deste límite considérase micromecanizado.Fresado CNC de precisióntales características (onde a variación física do proceso de corte está dentro deste rango) requiren ferramentas especializadas (microbrocas) e coñecementos expertos, polo que se recomenda evitalas salvo que sexa absolutamente necesario.
7. Tolerancias
Estándar: ±0,125 mm (0,005 in)
Típico: ±0,025 mm (0,001 in)
Rendemento: ±0,0125 mm (0,0005 in)
As tolerancias establecen os límites aceptables para as dimensións. As tolerancias alcanzables dependen das dimensións e xeometría básicas da peza. Os valores proporcionados son pautas prácticas. En ausencia de tolerancias especificadas, a maioría dos talleres de máquinas utilizarán unha tolerancia estándar de ±0,125 mm (0,005 in).
8. Texto e rotulación
O tamaño de letra recomendado é 20 (ou máis) e letras de 5 mm
O texto gravado é preferible ao texto en relevo porque elimina menos material. Recoméndase utilizar un tipo de letra sans-serif, como Microsoft YaHei ou Verdana, cun tamaño de letra de polo menos 20 puntos. Moitas máquinas CNC teñen rutinas preprogramadas para estas fontes.
Configuración da máquina e orientación das pezas
A continuación móstrase un diagrama esquemático dunha peza que require varias configuracións:
O acceso á ferramenta é unha limitación significativa no deseño de mecanizado CNC. Para chegar a todas as superficies dun modelo, a peza de traballo ten que xirar varias veces. Por exemplo, a peza que se mostra na imaxe superior debe xirar tres veces: dúas veces para mecanizar os buratos nas dúas direccións primarias e unha terceira vez para acceder á parte posterior da peza. Cada vez que se xira a peza de traballo, a máquina ten que ser recalibrada e debe definirse un novo sistema de coordenadas.
Considere as configuracións da máquina ao deseñar por dous motivos principais:
1. O número total de configuracións da máquina afecta o custo. Xirar e realinear a peza require un esforzo manual e aumenta o tempo total de mecanizado. Se hai que xirar unha peza 3-4 veces, normalmente é aceptable, pero calquera cousa que supere este límite é excesiva.
2. Para acadar a máxima precisión de posición relativa, ambas as características deben mecanizarse na mesma configuración. Isto débese a que o novo paso de chamada introduce un pequeno erro (pero non despreciable).
Mecanizado CNC de cinco eixes
Cando se usa o mecanizado CNC de 5 eixes, pódese eliminar a necesidade de configurar varias máquinas. O mecanizado CNC multieixes pode fabricar pezas con xeometrías complexas porque ofrece dous eixes de rotación adicionais.
O mecanizado CNC de cinco eixes permite que a ferramenta sexa sempre tanxencial á superficie de corte. Isto permite seguir rutas de ferramentas máis complexas e eficientes, obtendo pezas con mellores acabados de superficie e tempos de mecanizado máis curtos.
Non obstante,Mecanizado CNC de 5 eixestamén ten as súas limitacións. Aínda se aplican restricións de xeometría básica e acceso á ferramenta, por exemplo, as pezas con xeometría interna non se poden mecanizar. Ademais, o custo de usar estes sistemas é maior.
Deseño de socavacións
Os recortes son características que non se poden mecanizar con ferramentas de corte estándar porque algunhas das súas superficies non son directamente accesibles desde arriba. Hai dous tipos principais de socavacións: ranuras en T e colas de milano. Os recortes poden ser dunha soa cara ou dobre cara e están mecanizados con ferramentas especializadas.
As ferramentas de corte de ranuras en T fanse basicamente cunha inserción de corte horizontal unida a un eixe vertical. O ancho dun socavado pode variar entre 3 mm e 40 mm. Recoméndase utilizar dimensións estándar (é dicir, incrementos de milímetros enteiros ou fraccións estándar de polgadas) para o ancho porque é máis probable que as ferramentas xa estean dispoñibles.
Para ferramentas de cola de milano, o ángulo é a dimensión da característica que define. As ferramentas de cola de milano de 45° e 60° considéranse estándar.
Ao deseñar unha peza con socavacións nas paredes interiores, lembre de engadir espazo suficiente para a ferramenta. Unha boa regra xeral é engadir un espazo entre a parede mecanizada e calquera outra parede interior igual a polo menos catro veces a profundidade do socavado.
Para ferramentas estándar, a relación típica entre o diámetro de corte e o diámetro do eixe é de 2:1, o que limita a profundidade de corte. Cando se require un socavado non estándar, os talleres mecánicos adoitan fabricar as súas propias ferramentas de socavado personalizadas. Isto aumenta o prazo de entrega e o custo e debe evitarse sempre que sexa posible.
Ranura en T na parede interior (esquerda), socavación de cola de milano (centro) e socavación dun lado (dereita)
Redacción de Debuxos Técnicos
Teña en conta que algunhas especificacións de deseño non se poden incluír nos ficheiros STEP ou IGES. Os debuxos técnicos 2D son necesarios se o seu modelo inclúe un ou máis dos seguintes:
Buracos ou eixes roscados
Dimensións toleradas
Requisitos específicos de acabado superficial
Notas para operadores de máquinas CNC
Regras de ouro
1. Deseña a peza a mecanizar coa ferramenta de maior diámetro.
2. Engade filetes grandes (polo menos ⅓ x profundidade da cavidade) a todas as esquinas verticais internas.
3. Limitar a profundidade dunha cavidade a 4 veces o seu ancho.
4. Aliña as características principais do teu deseño nunha das seis direccións cardinais. Se isto non é posible, opta porServizos de mecanizado cnc de 5 eixes.
5. Envíe debuxos técnicos xunto co seu deseño cando o seu deseño inclúa roscas, tolerancias, especificacións de acabado de superficie ou outros comentarios para os operadores de máquinas.
Se queres saber máis ou facer unha consulta, póñase en contacto info@anebon.com.
Hora de publicación: 13-Xun-2024