Guida alla progettazione CNC

Suggerimenti generali per la progettazione

Cerca di evitare pareti sottili: Si tratta di una guida alle proporzioni, piuttosto che di una limitazione di spessore specifica. Di norma, l'altezza delle pareti verticali non deve superare 3 volte il loro spessore generale.

Spesso sono richieste pareti sottili ma rappresentano difficoltà nella lavorazione;

• È probabile che vibrino durante il taglio, aumentando la vibrazione della finitura
• È probabile che si discostino dalla taglierina, richiedendo tagli più numerosi e più sottili per mantenere la precisione dimensionale
• Laddove supportano altri elementi di un progetto, tali elementi sono sempre più soggetti a errori e problemi di qualità

Lo spessore minimo standard per le pareti è di 0.8 mm come guida generale per i metalli e di 1.5 mm per le plastiche. Tuttavia, questi non sono limiti rigidi e veloci: quando una parete è supportata su più lati, lo spessore generale può essere ridotto in sicurezza.

Laddove le pareti sottili e scarsamente supportate siano necessità di progettazione, valutare la possibilità di sostituire la parte lavorata con un componente in lamiera tagliato o lavorato 2D.

Evitare caratteristiche impossibili da lavorare con la macchina CNC

Non tutte le caratteristiche si prestano alla lavorazione CNC. Comprendere le capacità della macchina, i tipi di taglierina e le impostazioni di bloccaggio dei componenti può impedire l'inclusione di caratteristiche che non possono essere programmate/tagliate.

Un buon esempio di una caratteristica che un processo CNC non può riprodurre sono le gallerie curve interne. Laddove tali funzionalità siano imperative o inevitabili, puoi prendere in considerazione la divisione della parte per creare la galleria in due metà, oppure la stampa 3D in metallo della parte o dell'intero componente per consentire funzionalità altrimenti impossibili.

Evitare tolleranze troppo strette

La tolleranza generale adatta al processo della macchina progettata consente la lavorazione più rapida. Laddove siano richieste tolleranze più strette, queste dovrebbero essere attentamente considerate e aperte fino al limite del progetto.

Tolleranze strette aumentano il consumo della fresa e il tempo di lavorazione, richiedendo tagli più numerosi e più fini e ispezioni più approfondite. Ci sarà anche un aumento del tasso di scarto dovuto a una tolleranza eccessiva e questi fattori possono aumentare i costi in modo significativo.

Riduci le funzionalità all'essenziale

Ridurre la curvatura può comportare un'estetica inaccettabile, ma se il costo è un fattore determinante, la semplicità è il modo per contenerlo, poiché ciò ridurrà i tempi di taglio. Le caratteristiche estetiche possono anche forzare l'uso della lavorazione a 5 assi, aumentando il costo sia della programmazione che del tempo macchina.

Di norma, è consigliabile ridurre al minimo testo, scritte e incisioni sulle parti lavorate: queste caratteristiche dovrebbero essere incluse ove necessario, ma comportano un aumento dei costi per il cambio utensile e una riduzione della velocità di taglio.

I testi in rilievo dovrebbero essere evitati, sostituendo il testo "in rilievo" poiché richiede meno rimozione di materiale e meno operazioni. Utilizzare caratteri non serif e prendere in considerazione altri processi di incisione se è richiesta una dimensione del carattere inferiore a 20 pt, poiché ciò richiede strumenti insolitamente piccoli.

Considerare il rapporto profondità-larghezza nelle cavità

Le cavità più profonde di sei diametri utensile stanno diventando eccessivamente profonde. Di norma, puntare a un limite di 4 volte il diametro della fresa.

Le caratteristiche dei fori profondi aumentano il rischio che gli utensili si blocchino, riducono la precisione consentendo un'eccessiva deflessione dell'utensile, aumentano le difficoltà di rimozione dei residui di taglio e aumentano notevolmente il rischio di rottura della taglierina.

Bordi interni dell'asse utensile smussati con un raggio

Gli utensili da taglio sono cilindrici, quindi i bordi che non sono perpendicolari all'asse dell'utensile non possono essere "affilati", sebbene alcuni possano esserlo, mediante considerevoli processi aggiuntivi. Per ridurre l'usura/stress dell'utensile, una buona guida è quella di utilizzare filetti interni il cui raggio sia almeno 1.2 volte il raggio previsto della fresa.

Non è consigliabile usare utensili più piccoli per ottenere raggi/filetti di angoli interni più piccoli, a meno che non sia indispensabile. Una tecnica per evitarlo è quella di applicare un piccolo sottosquadro nelle aree problematiche, in modo che l'angolo interno virtuale sia squadrato.

Evitare una profondità di maschiatura eccessiva

Una maschiatura superiore a 3 volte il diametro del foro generalmente non è vantaggiosa in termini di resistenza e dovrebbe essere evitata. In questo modo si riduce il rischio di rotture del rubinetto, con conseguenze costose. Laddove i fori vengono maschiati alla cieca, è utile lasciare un tratto di foro non sfruttato per evitare di toccare il fondo, sia sul foro che sui tagli intrappolati. Toccare il fondo di un rubinetto è un ottimo modo per interromperlo.

Ridurre le piccole funzionalità interne

Di norma, le frese più piccole di 2.5 mm non sono consigliabili, rendendo impossibili le caratteristiche interne di queste dimensioni o più piccole. Le caratteristiche esterne possono, tuttavia, essere più piccole della fresa in alcuni aspetti, ma ricorda che le frese piccole richiedono tagli poco profondi e aumentano notevolmente i tempi di lavorazione.

Prova a utilizzare dimensioni standard per i fori

Ove possibile, attenersi a incrementi millimetrici nelle dimensioni delle punte e cercare di limitare il numero di diverse dimensioni dei fori su un componente. Ciò evita la necessità di trapani/frese specialistici (che sono spesso realizzati su misura) e riduce la necessità di movimenti dell'utensile perpendicolari alla fresa, che rallentano il processo.

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Consulenze di progettazione specifica

Tolleranze generali

Quando progetti i tuoi componenti, ricorda che i bordi saranno sbavati per impostazione predefinita, quindi se li vuoi affilati, specificalo nel disegno.

Assumere tolleranze generali come di seguito:

È necessario specificare le tolleranze sulle singole caratteristiche e misurazioni come richiesto dal progetto. Tieni presente che una tolleranza più stretta richiede un'elaborazione più lenta e potenzialmente ulteriori cambi di utensile e tassi di scarto più elevati.

In particolare, la tolleranza della base del foro e dell'albero è fondamentale per il funzionamento delle parti mobili, pertanto è necessario specificarle come di seguito.

Si noti che tolleranze strette sono molto più difficili da mantenere nella lavorazione della plastica perché i materiali sono flessibili, a meno che la plastica in questione non sia molto rigida: Tufnol/Garolite è una plastica che consente tolleranze strette. C'è anche una tendenza per le tensioni interne nei pezzi grezzi in plastica a essere rilasciate dalla lavorazione, portando a una distorsione/imprecisione grossolana delle parti.

Scelte materiali

Il BLANK, o materiale grezzo, è il pezzo di materiale grezzo da cui verrà tagliata una parte. È una buona politica considerare le dimensioni dei pezzi grezzi disponibili presso un fornitore durante la progettazione per la produzione CNC di più parti, per ridurre al minimo gli sprechi. Il costo dei materiali per una o più parti è il risultato del costo in BIANCO, non del peso/volume del materiale rimanente.

È una buona politica lasciare un margine nella lavorazione, in modo che le facce grezze esterne vengano tutte lavorate, piuttosto che fare affidamento su un taglio preciso e sull'abbinamento della faccia esterna.

La scelta del grezzo deve tenere conto anche dei metodi di bloccaggio, per consentire il numero minimo di modifiche di impostazione nel processo di produzione della rete.

La scelta dei materiali è principalmente una considerazione di progettazione, ma fattori come la facilità di lavorazione possono influenzare la scelta. L'utilizzo di un materiale di qualità più dura o meno tagliente per soddisfare lo stock disponibile di grezzi, ad esempio, avrà un impatto negativo significativo sul tempo di lavorazione, sulla finitura superficiale e sui costi.

La plastica e i metalli a taglio libero come l'alluminio e l'ottone possono essere lavorati facilmente, riducendo i tempi di lavorazione e quindi i costi. Materiali duri come gli acciai per utensili e quelli che lavorare duro Per la lavorazione di alcuni acciai inossidabili, ad esempio, è necessario utilizzare macchine con giri dell'utensile e velocità di avanzamento degli assi inferiori, il che comporta una lavorazione più lenta, combinata con un'usura dell'utensile notevolmente maggiore.

L'alluminio generalmente taglia a circa 4 volte la velocità di avanzamento dell'acciaio per utensili e 8 volte più velocemente della maggior parte degli acciai inossidabili.

Opzioni di metallo per la produzione CNC:

• Alluminio in varie leghe e durezze
• Ottone
• Bronzo e bronzo marino (bronzo al nichel alluminio)
• Rame per elettrodi per elettroerosione, parti di contattori, ecc
• Acciai inossidabili (austenitici, martensitici, automatico)
• Acciai per utensili/leghe in vari stati di durezza (da taglio libero a completamente duro che richiede lavorazione con elettroerosione)
• Titanio

Opzioni in plastica per la produzione CNC

• ABS
• Tufnol (resina epossidica fusa rinforzata con fibre)
• POM (acetale o Delrin®)
• Nylon
• PEEK
• PTFE
• policarbonato

Limitazioni e superfici

Raggi interni

Il taglio CNC fa sì che tutti gli angoli verticali interni verticali abbiano un raggio uguale o maggiore di quello della fresa che li ha realizzati. Gli utensili/le frese sono rotondi per natura o tagliati rotondi perché ruotano. I progetti di prodotti e componenti devono consentire (o sfruttare in modo vantaggioso) questa limitazione.

Quando si specificano queste caratteristiche in fase di progettazione, è meglio utilizzare un raggio leggermente più grande di quello della fresa prevista per formare la caratteristica. Le frese sono più efficienti quando possono continuare a fresare girando un angolo interno. Se il raggio dell'angolo è uguale al raggio dell'utensile, la fresa smetterà di muoversi per cambiare direzione e ciò potrebbe causare segni di vibrazione nell'angolo che sono difficili da correggere nella parte finita.

Gli utensili sono disponibili con raggi molto piccoli (minimo tipico 0.5 mm), ma sono sia corti che fragili. La profondità di taglio massima per una fresa con raggio di 0.5 mm è 1.5 mm, limitandone fortemente l'utilizzabilità a caratteristiche critiche molto piccole. Gli utensili più grandi e i raggi interni più ampi che ne risultano consentiranno una lavorazione più rapida.

Filetti del pavimento

Dove una volontà incontra un pavimento in una caratteristica, i raggi interni verticali si riferiscono al diametro dell'utensile (più la tolleranza di curvatura. Il raccordo FLOOR dovrebbe essere più piccolo dei raccordi angolari verticali, per consentire l'uso di una fresa a faccia piana senza complesse lavorazioni multipassata. Tali frese a codolo piano tendono ad avere raggi angolari minimi, ma è possibile impiegare una fresa a punta arrotondata. Il raggio al pavimento sarà impostato dal raggio della punta della fresa e consente un taglio più rapido se a tale raggio viene data una tolleranza ampia e una dimensione PIÙ PICCOLA del raccordo verticale.

Sottosquadri

I sottosquadri sono talvolta inevitabili e non influiscono molto sui tempi di lavorazione o sui cambi di utensili se vengono rispettate determinate considerazioni.

• Effettuare sottosquadri di dimensioni standard (passi millimetrici) per evitare di richiedere la realizzazione di strumenti personalizzati.
• Non esiste un limite di profondità effettivo per i sottosquadri, ma quelli meno profondi sono più facili e richiedono meno utensili personalizzati.
• Assicurarsi che il sottosquadro sia raggiungibile su tutte le facce: considerare i raggi di tutti gli angoli nella sporgenza, che devono lasciare spazio per l'albero dell'utensile per il sottosquadro.
• Non specificare raggi degli angoli inferiori a quelli dell'utensile sottosquadro.

Discussioni

Varie tecniche vengono utilizzate per formare filettature nelle parti realizzate con CNC: normali maschi a taglio, maschi a rullare e frese a filettare. Qualunque sia l'opzione migliore, segui queste regole:

• Utilizzare il filo più grande e grossolano adatto alla funzione. I diametri di filettatura più piccoli utilizzano strumenti più deboli che sono più soggetti a rotture.
• Limitare il taglio del filo a 3 volte il diametro, o se possibile a un valore inferiore.
• Specificare le filettature e le profondità con attenzione per evitare interpretazioni errate della lavorazione in base al diametro.
• Specificare la profondità del foro non filettato nei fori ciechi per evitare il fondo e consentire tagli.

Finiture superficiali

I macchinisti CNC offrono una varietà di finiture:

• La finitura lavorata o ingegnerizzata consente la massima velocità di avanzamento pratica e può essere variabile tra le caratteristiche di una singola parte.
• La sabbiatura a perle produce una finitura opaca e uniforme tramite ablazione tramite perle di granato in un flusso d'aria, eseguita a mano (a meno che non si tratti di una produzione significativa, in cui può essere automatizzata). La mascheratura e la tappatura dei fori per mantenere aree di tolleranza elevate aumentano i costi.
• L'anodizzazione satinata e trasparente produce una superficie di ossido uniforme, opaca o semilucida, sulle parti in alluminio; può essere colorata o trasparente.
• L'anodizzazione dura è più spessa e più resistente all'usura/corrosione rispetto a quella satinata o trasparente.
• La verniciatura a polvere è un processo di verniciatura a base di polvere, applicato elettrostaticamente e polimerizzato a caldo. Questo è uno strato resistente che è molto più resistente delle vernici a base solvente o epossidiche.