Para utilizar plenamente os recursos da usinagem CNC, os projetistas devem projetar de acordo com regras de fabricação específicas. No entanto, isto pode ser um desafio porque não existem padrões específicos da indústria. Neste artigo, compilamos um guia completo com as melhores práticas de projeto para usinagem CNC. Nós nos concentramos em descrever a viabilidade de sistemas CNC modernos e desconsideramos os custos associados. Para obter um guia sobre como projetar peças para CNC de maneira econômica, consulte este artigo.
Usinagem CNC
A usinagem CNC é uma técnica de fabricação subtrativa. No CNC, diferentes ferramentas de corte que giram em altas velocidades (milhares de RPM) são utilizadas para eliminar material de um bloco sólido para criar uma peça baseada em um modelo CAD. Tanto metais quanto plásticos podem ser usinados usando CNC.
A usinagem CNC oferece alta precisão dimensional e tolerâncias restritas, adequadas tanto para produção de alto volume quanto para trabalhos únicos. Na verdade, é atualmente o método mais econômico para a produção de protótipos metálicos, mesmo quando comparado à impressão 3D.
Principais limitações do projeto CNC
O CNC oferece grande flexibilidade de projeto, mas existem certas limitações de projeto. Estas limitações estão relacionadas à mecânica básica do processo de corte, principalmente à geometria da ferramenta e ao acesso à ferramenta.
1. Formato da ferramenta
As ferramentas CNC mais comuns, como fresas de topo e brocas, são cilíndricas e têm comprimentos de corte limitados. À medida que o material é removido da peça, o formato da ferramenta é replicado na peça usinada.
Por exemplo, isso significa que os cantos internos de uma peça CNC sempre terão um raio, independentemente do tamanho da ferramenta utilizada.
2. Chamada de ferramenta
Ao remover material, a ferramenta se aproxima da peça diretamente por cima. Isso não pode ser feito com usinagem CNC, exceto para cortes inferiores, que discutiremos mais tarde.
É uma boa prática de projeto alinhar todos os recursos de um modelo, como furos, cavidades e paredes verticais, com uma das seis direções cardeais. Isto é mais uma sugestão do que uma restrição, especialmente porque os sistemas CNC de 5 eixos oferecem capacidades avançadas de fixação de trabalho.
O ferramental é uma preocupação ao usinar peças com recursos que possuem uma grande proporção de aspecto. Por exemplo, alcançar o fundo de uma cavidade profunda requer uma ferramenta especializada com um eixo longo, que pode reduzir a rigidez do efetor final, aumentar a vibração e reduzir a precisão alcançável.
Regras de projeto de processos CNC
Ao projetar peças para usinagem CNC, um dos desafios é a ausência de padrões industriais específicos. Isto ocorre porque os fabricantes de máquinas e ferramentas CNC estão continuamente aprimorando suas capacidades técnicas, ampliando assim o alcance do que pode ser alcançado. Abaixo, fornecemos uma tabela que resume os valores recomendados e viáveis para as características mais comuns encontradas em peças usinadas CNC.
1. Bolsos e reentrâncias
Lembre-se do seguinte texto: “Profundidade de bolso recomendada: 4 vezes a largura do bolso. As fresas de topo têm um comprimento de corte limitado, geralmente 3-4 vezes o seu diâmetro. Quando a relação profundidade/largura é pequena, problemas como deflexão da ferramenta, evacuação de cavacos e vibração tornam-se mais proeminentes. Para garantir bons resultados, limite a profundidade de uma cavidade a 4 vezes a sua largura.”
Se precisar de mais profundidade, você pode querer pensar em projetar uma peça com profundidade de cavidade variável (veja um exemplo na imagem acima). Quando se trata de fresamento de cavidades profundas, uma cavidade é classificada como profunda se sua profundidade for superior a seis vezes o diâmetro da ferramenta utilizada. Ferramentas especiais permitem uma profundidade máxima de 30 cm com uma fresa de topo de 1 polegada de diâmetro, o que equivale a uma relação entre o diâmetro da ferramenta e a profundidade da cavidade de 30:1.
2. Borda interna
Raio do canto vertical: ⅓ x profundidade da cavidade (ou superior) recomendado
É importante usar os valores de raio de canto interno sugeridos para selecionar o tamanho correto da ferramenta e seguir as diretrizes recomendadas de profundidade de cavidade. Aumentar ligeiramente o raio do canto acima do valor recomendado (por exemplo, em 1 mm) permite que a ferramenta corte ao longo de um caminho circular em vez de num ângulo de 90°, o que resulta num melhor acabamento superficial. Se for necessário um canto interno agudo de 90°, considere adicionar um corte inferior em forma de T em vez de reduzir o raio do canto. Para raio do piso os valores recomendados são 0,5 mm, 1 mm ou nenhum raio; entretanto, qualquer raio é aceitável. A borda inferior da fresa de topo é plana ou ligeiramente arredondada. Outros raios do piso podem ser usinados usando ferramentas de ponta esférica. Seguir os valores recomendados é uma boa prática, pois é a escolha preferida dos maquinistas.
3. Parede Fina
Recomendações de espessura mínima de parede: 0,8 mm (metal), 1,5 mm (plástico); 0,5 mm (metal), 1,0 mm (plástico) são aceitáveis
A redução da espessura da parede diminui a rigidez do material, levando ao aumento das vibrações durante a usinagem e à redução da precisão alcançável. Os plásticos têm tendência a deformar devido às tensões residuais e amolecer devido ao aumento da temperatura, portanto, recomenda-se utilizar uma espessura mínima de parede maior.
4. Buraco
Diâmetro São recomendados tamanhos de broca padrão. Qualquer diâmetro superior a 1 mm é viável. A furação é feita com broca ou pontafresado cnc. Os tamanhos das brocas são padronizados em unidades métricas e imperiais. Alargadores e ferramentas de mandrilamento são usados para fazer acabamento de furos que exigem tolerâncias restritas. Para diâmetros inferiores a ⌀20 mm, é aconselhável utilizar diâmetros padrão.
Profundidade máxima recomendada 4 x diâmetro nominal; típico 10 x diâmetro nominal; viável 40 x diâmetro nominal
Furos de diâmetro fora do padrão devem ser usinados usando uma fresa de topo. Neste cenário, o limite máximo de profundidade da cavidade é aplicável e recomenda-se utilizar o valor de profundidade máxima. Se precisar usinar furos mais profundos do que o valor normal, use uma broca especial com diâmetro mínimo de 3 mm. Os furos cegos usinados com broca têm base cônica com ângulo de 135°, enquanto os furos usinados com fresa de topo são planos. Na usinagem CNC, não há preferência específica entre furos passantes e furos cegos.
5. Tópicos
O tamanho mínimo da rosca é M2. Recomenda-se usar roscas M6 ou maiores. As roscas internas são criadas usando machos, enquanto as roscas externas são criadas usando matrizes. Machos e matrizes podem ser usados para criar roscas M2. As ferramentas de rosqueamento CNC são amplamente utilizadas e preferidas pelos maquinistas porque reduzem o risco de quebra do macho. Ferramentas de rosqueamento CNC podem ser usadas para criar roscas M6.
Comprimento da rosca mínimo 1,5 x diâmetro nominal; 3 x diâmetro nominal recomendado
Os primeiros dentes suportam a maior parte da carga na rosca (até 1,5 vezes o diâmetro nominal). Assim, roscas maiores que três vezes o diâmetro nominal são desnecessárias. Para roscas em furos cegos feitos com macho (ou seja, todas as roscas menores que M6), adicione um comprimento sem rosca igual a 1,5 vezes o diâmetro nominal na parte inferior do furo.
Quando ferramentas de rosqueamento CNC podem ser usadas (ou seja, roscas maiores que M6), o furo pode ser rosqueado em todo o seu comprimento.
6. Pequenos recursos
O diâmetro mínimo recomendado do furo é de 2,5 mm (0,1 pol.); um mínimo de 0,05 mm (0,005 pol.) também é aceitável. A maioria das oficinas mecânicas pode usinar com precisão pequenas cavidades e furos.
Qualquer coisa abaixo desse limite é considerada microusinagem.Fresamento CNC de precisãotais características (onde a variação física do processo de corte está dentro desta faixa) requerem ferramentas especializadas (microbrocas) e conhecimento especializado, por isso é recomendado evitá-las, a menos que seja absolutamente necessário.
7. Tolerâncias
Padrão: ±0,125 mm (0,005 pol.)
Típico: ±0,025 mm (0,001 pol.)
Desempenho: ±0,0125 mm (0,0005 pol.)
As tolerâncias estabelecem os limites aceitáveis para as dimensões. As tolerâncias alcançáveis dependem das dimensões e geometria básicas da peça. Os valores fornecidos são orientações práticas. Na ausência de tolerâncias especificadas, a maioria das oficinas mecânicas usará uma tolerância padrão de ±0,125 mm (0,005 pol.).
8. Texto e letras
O tamanho de fonte recomendado é 20 (ou maior) e letras de 5 mm
O texto gravado é preferível ao texto em relevo porque remove menos material. Recomenda-se usar uma fonte sem serifa, como Microsoft YaHei ou Verdana, com tamanho de fonte de pelo menos 20 pontos. Muitas máquinas CNC possuem rotinas pré-programadas para essas fontes.
Configuração da máquina e orientação da peça
Um diagrama esquemático de uma peça que requer múltiplas configurações é mostrado abaixo:
O acesso à ferramenta é uma limitação significativa no projeto de usinagem CNC. Para alcançar todas as superfícies de um modelo, a peça deve ser girada diversas vezes. Por exemplo, a peça mostrada na imagem acima precisa ser girada três vezes: duas vezes para usinar os furos nas duas direções primárias e uma terceira vez para acessar a parte traseira da peça. Cada vez que a peça é girada, a máquina deve ser recalibrada e um novo sistema de coordenadas deve ser definido.
Considere as configurações da máquina ao projetar por dois motivos principais:
1. O número total de configurações da máquina afeta o custo. Girar e realinhar a peça exige esforço manual e aumenta o tempo total de usinagem. Se uma peça precisar ser girada de 3 a 4 vezes, isso geralmente é aceitável, mas qualquer coisa além desse limite é excessiva.
2. Para obter a máxima precisão de posição relativa, ambos os recursos devem ser usinados na mesma configuração. Isso ocorre porque a nova etapa de chamada introduz um erro pequeno (mas não negligenciável).
Usinagem CNC de cinco eixos
Ao usar usinagem CNC de 5 eixos, a necessidade de múltiplas configurações de máquina pode ser eliminada. A usinagem CNC multieixos pode fabricar peças com geometrias complexas porque oferece dois eixos de rotação adicionais.
A usinagem CNC de cinco eixos permite que a ferramenta esteja sempre tangencial à superfície de corte. Isso permite que caminhos de ferramentas mais complexos e eficientes sejam seguidos, resultando em peças com melhores acabamentos superficiais e tempos de usinagem mais curtos.
No entanto,Usinagem CNC de 5 eixostambém tem suas limitações. A geometria básica da ferramenta e as restrições de acesso à ferramenta ainda se aplicam, por exemplo, peças com geometria interna não podem ser usinadas. Além disso, o custo de utilização de tais sistemas é mais elevado.
Projetando cortes inferiores
Rebaixos são recursos que não podem ser usinados com ferramentas de corte padrão porque algumas de suas superfícies não são diretamente acessíveis por cima. Existem dois tipos principais de cortes inferiores: ranhuras em T e encaixes em cauda de andorinha. Os cortes inferiores podem ser unilaterais ou bilaterais e são usinados com ferramentas especializadas.
As ferramentas de corte com ranhura em T são basicamente feitas com uma pastilha de corte horizontal fixada em um eixo vertical. A largura de um rebaixo pode variar entre 3 mm e 40 mm. Recomenda-se usar dimensões padrão (ou seja, incrementos de milímetros inteiros ou frações padrão de polegadas) para a largura porque é mais provável que as ferramentas já estejam disponíveis.
Para ferramentas em cauda de andorinha, o ângulo é a dimensão do recurso que define. Ferramentas em cauda de andorinha de 45° e 60° são consideradas padrão.
Ao projetar uma peça com rebaixos nas paredes internas, lembre-se de adicionar folga suficiente para a ferramenta. Uma boa regra é adicionar espaço entre a parede usinada e quaisquer outras paredes internas igual a pelo menos quatro vezes a profundidade do corte inferior.
Para ferramentas padrão, a relação típica entre o diâmetro de corte e o diâmetro do eixo é de 2:1, limitando a profundidade de corte. Quando um corte inferior fora do padrão é necessário, as oficinas mecânicas geralmente fabricam suas próprias ferramentas de corte inferior personalizadas. Isso aumenta o tempo de entrega e o custo e deve ser evitado sempre que possível.
Ranhura em T na parede interna (esquerda), corte inferior em cauda de andorinha (centro) e corte inferior unilateral (direita)
Elaboração de Desenhos Técnicos
Observe que algumas especificações de projeto não podem ser incluídas em arquivos STEP ou IGES. Desenhos técnicos 2D serão necessários se o seu modelo incluir um ou mais dos seguintes:
Furos ou eixos roscados
Dimensões toleradas
Requisitos específicos de acabamento superficial
Notas para operadores de máquinas CNC
Regras práticas
1. Projete a peça a ser usinada com a ferramenta de maior diâmetro.
2. Adicione filetes grandes (pelo menos ⅓ x profundidade da cavidade) a todos os cantos verticais internos.
3. Limite a profundidade de uma cavidade a 4 vezes a sua largura.
4. Alinhe as principais características do seu design ao longo de uma das seis direções cardeais. Se isso não for possível, opte porserviços de usinagem cnc de 5 eixos.
5. Envie desenhos técnicos junto com seu projeto quando ele incluir roscas, tolerâncias, especificações de acabamento superficial ou outros comentários para operadores de máquinas.
Se você quiser saber mais ou perguntar, não hesite em entrar em contato info@anebon.com.
Horário da postagem: 13 de junho de 2024