Guía de diseño CNC

Consejos generales de diseño

Intenta evitar las paredes delgadas: Esta es una guía de relación de aspecto, más que una limitación de grosor específica. Como regla general, la altura de las paredes verticales no debe exceder 3 veces su espesor general.

A menudo se requieren paredes delgadas pero representan dificultades en el mecanizado;

• Es probable que vibren durante el corte, lo que aumenta la vibración del acabado.
• Es probable que se desvíen del cortador, lo que requiere más cortes y más delgados para mantener la precisión dimensional.
• Cuando apoyan otros elementos de un diseño, esos elementos son cada vez más propensos a errores y problemas de calidad.

El espesor mínimo estándar para las paredes es de 0.8 mm como guía general para metales y de 1.5 mm para plásticos. Sin embargo, estos no son límites estrictos: cuando una pared está apoyada en más lados, el espesor general se puede reducir de manera segura.

Cuando las paredes delgadas y mal soportadas sean necesidades de diseño, considere reemplazar la pieza mecanizada con un componente de hoja cortado o mecanizado en 2D.

Evite características que son imposibles de mecanizar con CNC

No todas las características se prestan para ser mecanizadas por CNC. Comprender las capacidades de la máquina, los tipos de cortadores y las configuraciones de sujeción de componentes puede evitar la inclusión de funciones que no se pueden programar/cortar.

Un buen ejemplo de una característica que un proceso CNC no puede reproducir son las galerías curvas internas. Cuando dichas características sean imperativas o inevitables, puede considerar dividir la pieza para hacer la galería en dos mitades, o imprimir en metal 3D una parte o todo el componente para permitir características que de otro modo serían imposibles.

Evite tolerancias demasiado estrictas

Las tolerancias generales para adaptarse al proceso de la máquina que se está diseñando permiten el procesamiento más rápido. Cuando se requieran tolerancias más estrictas, éstas deben considerarse cuidadosamente y abrirse hasta el límite del diseño.

Las tolerancias estrictas aumentan el consumo de cortador y el tiempo de mecanizado, lo que requiere más cortes y más finos y una inspección más cercana. También habrá una mayor tasa de desechos debido al exceso de tolerancia y estos factores pueden aumentar significativamente los costos.

Reducir las funciones a lo esencial

Reducir la curvatura puede dar como resultado una estética inaceptable, pero si el costo es un factor importante, entonces la simplicidad es la forma de limitarlo, ya que reducirá el tiempo de corte. Las características estéticas también pueden obligar al uso del mecanizado de 5 ejes, aumentando el coste tanto de programación como de tiempo de máquina.

Como regla general, es aconsejable minimizar el texto, las letras y el grabado en las piezas mecanizadas: estas características deben incluirse cuando sea necesario, pero representan un aumento de costos en cambios de herramientas y una reducción de la velocidad de corte.

Se deben evitar los textos en relieve, sustituyéndolos por texto 'grabado' ya que requiere menos eliminación de material y menos operaciones. Utilice fuentes no serif y considere otros procesos de grabado si se requiere un tamaño de fuente inferior a 20 puntos, ya que esto requiere herramientas inusualmente pequeñas.

Considere la relación profundidad-ancho en las cavidades.

Las cavidades con una profundidad superior a seis diámetros de herramienta se están volviendo excesivamente profundas. Como regla general, apunte a un límite de 4 x diámetro del cortador.

Las características de los orificios profundos aumentan el riesgo de que las herramientas se cuelguen, reducen la precisión al permitir una deflexión excesiva de la herramienta, aumentan las dificultades para limpiar los recortes y aumentan en gran medida el riesgo de rotura del cortador.

Bordes internos romos del eje de la herramienta con un radio

Las herramientas de corte son cilíndricas, por lo que los bordes que no son perpendiculares al eje de la herramienta no pueden ser "afilados", aunque algunos sí pueden serlo, mediante considerables procesos adicionales. Para reducir el desgaste/estrés de la herramienta, una buena guía es utilizar filetes internos cuyo radio sea al menos 1.2 veces el radio de corte esperado.

No es recomendable utilizar herramientas más pequeñas para lograr radios o filetes de esquinas internas más pequeños a menos que sea imprescindible. Una técnica para evitar esto es aplicar un pequeño socavado en las áreas problemáticas, para que la esquina interna virtual quede en escuadra.

Evite una profundidad excesiva de roscado

Un roscado de más de 3 veces el diámetro del orificio generalmente no es beneficioso en términos de resistencia y debe evitarse. Esto reduce el riesgo de roturas del grifo, lo que tiene consecuencias costosas. Cuando los agujeros se perforan a ciegas, es beneficioso dejar una longitud de agujero sin explotar para evitar tocar fondo, ya sea en el agujero o en los recortes atrapados. Poner un grifo en el fondo es una excelente manera de romperlo.

Reducir pequeñas características internas

Por regla general, no se recomiendan fresas de un tamaño inferior a 2.5 mm, ya que hacen imposible realizar elementos internos de este tamaño o de un tamaño inferior. Sin embargo, las características externas pueden ser más pequeñas que la fresa en algunos aspectos, pero recuerde que las fresas pequeñas requieren cortes superficiales y aumentan considerablemente el tiempo de mecanizado.

Intente utilizar tamaños estándar para los agujeros.

Siempre que sea posible, limítese a pasos milimétricos enteros en los tamaños de broca y trate de limitar el número de tamaños de orificios diferentes en un componente. Esto evita la necesidad de taladros/cortadores especializados (que a menudo están hechos a medida) y reduce la necesidad de movimientos de la herramienta perpendiculares al cortador, que ralentizan el proceso.

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Avisos de diseño específicos

Tolerancias generales

Al diseñar sus piezas, recuerde que los bordes estarán desbarbados de manera predeterminada; por lo tanto, si desea que estén afilados, especifíquelo en un dibujo.

Suponga tolerancias generales como se muestra a continuación:

Debe especificar tolerancias en características y medidas individuales según lo requiera el diseño. Tenga en cuenta que unas tolerancias más estrictas requieren un procesamiento más lento y potencialmente cambios de herramientas adicionales y mayores tasas de desperdicio.

En particular, las tolerancias de la base del orificio y del eje son críticas para el funcionamiento de las piezas móviles, por lo que deben especificarse como se muestra a continuación.

Tenga en cuenta que las tolerancias estrechas son mucho más difíciles de mantener en el mecanizado de plásticos porque los materiales son flexibles, a menos que el plástico en cuestión sea muy rígido: Tufnol/Garolite es un plástico que permite tolerancias estrechas. También existe una tendencia a que las tensiones internas en las piezas de plástico se liberen durante el mecanizado, lo que provoca una gran distorsión/inexactitud de las piezas.

Opciones de material

El BLANCO, o material en blanco, es la pieza de material en stock a partir de la cual se cortará una pieza. Es una buena política considerar los tamaños en blanco disponibles de un proveedor al diseñar para la fabricación CNC de piezas múltiples, para minimizar el desperdicio. El costo de los materiales para una pieza o piezas es el resultado del costo EN BLANCO, no del peso/volumen del material restante.

Es una buena política dejar margen en el mecanizado, de modo que todas las caras exteriores en bruto se mecanicen, en lugar de depender de un corte preciso y la coincidencia de las caras exteriores.

La elección del blanco también debe tener en cuenta los métodos de sujeción, para permitir el mínimo número de cambios de configuración en el proceso de fabricación de la red.

La elección de materiales es principalmente una consideración de diseño, pero factores como la facilidad de mecanizado pueden influir en la elección. El uso de una calidad de material más dura o con menor facilidad de corte para cumplir con el stock de piezas en bruto disponibles, por ejemplo, tendrá un impacto negativo significativo en el tiempo de mecanizado, el acabado de la superficie y el costo.

Los plásticos y los metales de corte libre, como el aluminio y el latón, se mecanizan fácilmente y esto reduce el tiempo de la máquina y, por lo tanto, el costo. Materiales duros como aceros para herramientas y aquellos que trabajar duro Por ejemplo, ciertos aceros inoxidables deben mecanizarse con menores RPM de la herramienta y velocidades de avance del eje, lo que da como resultado un mecanizado más lento, combinado con un desgaste considerablemente mayor de la herramienta.

El aluminio generalmente corta a aproximadamente 4 veces la velocidad de avance del acero para herramientas y 8 veces más rápido que la mayoría de los aceros inoxidables.

Opciones de metal para fabricación CNC:

• Aluminio en varias aleaciones y durezas.
• Latón
• Bronce y bronce marino (Bronce Níquel Aluminio)
• Cobre para electrodos de electroerosión, piezas de contactores, etc.
• Aceros Inoxidables (austeníticos, martensíticos, de fácil mecanización)
• Aceros para herramientas/aleaciones en diversos estados de dureza (desde corte libre hasta dureza total que requiere mecanizado por erosión por chispa)
• Titanium

Opciones de plástico para la fabricación CNC.

• ABS
• Tufnol (epoxi fundido reforzado con fibra)
• POM (Acetal o Delrin®)
• Nailon
• OJEADA
• PTFE
• Polycarbonate

Limitaciones y superficies

Radios interiores

El corte CNC da como resultado que todas las esquinas verticales internas tengan un radio igual o mayor que el de la herramienta que las hizo. Las herramientas o herramientas de corte son redondas por naturaleza o cortan de forma redonda porque giran. Los diseños de productos y componentes deben tener en cuenta (o aprovechar de forma beneficiosa) esta limitación.

Al especificar estas características en la etapa de diseño, es mejor utilizar un radio ligeramente mayor que el cortador que se espera que forme la característica. Las fresas finales son más eficientes cuando pueden continuar fresando mientras giran una esquina interna. Si el radio de la esquina es el mismo que el radio de la herramienta, el cortador dejará de moverse para cambiar de dirección y esto puede provocar marcas de vibración en la esquina que son difíciles de rectificar en la pieza terminada.

Las herramientas están disponibles en radios muy pequeños (mínimo típico de 0.5 mm), pero son cortas y frágiles. La profundidad máxima de corte para una cortadora de radio de 0.5 mm es de 1.5 mm, lo que limita gravemente su utilidad a características críticas muy pequeñas. Herramientas más grandes y mayores radios internos resultantes permitirán un mecanizado más rápido.

Filetes de piso

Cuando una pieza se encuentra con un piso en una característica, los radios internos verticales se relacionan con el diámetro de la herramienta (más el margen de esquina). El filete del PISO debe ser más pequeño que los filetes de esquina verticales, para permitir que se use una fresa de cara plana sin un mecanizado complejo de múltiples pasadas. Estas fresas de cara plana tienden a tener radios de esquina mínimos, pero se puede emplear una fresa de punta redondeada. El radio en el piso se establecerá por el radio de la punta de la fresa y permite un corte más rápido si a ese radio se le da una tolerancia suelta y un tamaño que es MÁS PEQUEÑO que el filete vertical.

Socavaciones

Los cortes a veces son inevitables y no afectan en gran medida el tiempo de mecanizado o los cambios de herramientas si se cumplen ciertas consideraciones.

• Realice socavados de dimensiones estándar (pasos de milímetros) para evitar la necesidad de fabricar herramientas personalizadas.
• No existe un límite de profundidad real para los cortes, pero los menos profundos son más fáciles y es menos probable que requieran herramientas personalizadas.
• Asegúrese de que se pueda alcanzar el socavado en todas las caras: tenga en cuenta los radios de las esquinas en el voladizo; deben dejar espacio para el eje de la herramienta de socavado.
• No especifique radios de esquina más pequeños que los de la herramienta de socavado.

Threads

Se utilizan varias técnicas para formar roscas en piezas fabricadas con CNC: machos de corte normal, machos de roscar y fresas de rosca. Cualquiera que sea la mejor opción, siga estas reglas:

• Utilice el hilo más grande y grueso que sea práctico para la función. Los diámetros de rosca más pequeños utilizan herramientas más débiles que son más propensas a romperse.
• Limite el corte de rosca a 3 veces el diámetro, o menos si es posible.
• Especifique las roscas y las profundidades con cuidado para evitar interpretaciones erróneas del diámetro del mecanizado.
• Especifique la profundidad del orificio sin rosca en los orificios ciegos para evitar tocar fondo y permitir cortes.

Acabados Superficiales

Los maquinistas CNC ofrecen una variedad de acabados:

• El acabado mecanizado o de ingeniería permite velocidades de avance máximas prácticas y puede variar según las características de una sola pieza.
• El granallado con perlas da como resultado un acabado mate y uniforme debido a la ablación con perlas de granate en una corriente de aire, realizada a mano (a menos que se trate de una tirada de producción importante, en cuyo caso se puede automatizar). El enmascaramiento y el taponamiento de orificios para mantener áreas de alta tolerancia aumentan el costo.
• El anodizado satinado y transparente produce una superficie de óxido uniforme, mate o semibrillante en piezas de aluminio; puede ser coloreada o transparente.
• El anodizado duro es más grueso y más resistente al desgaste y a la corrosión que el satinado o el transparente.
• El recubrimiento en polvo es un proceso de pintura a base de polvo, aplicado electrostáticamente y curado con calor. Se trata de una capa resistente que es mucho más resistente que las pinturas a base de disolventes o epoxi.