Guia de projeto CNC

Dicas gerais de design

Tente evitar paredes finas: Esta é uma orientação de proporção de aspecto, em vez de uma limitação específica de espessura. Como regra, a altura das paredes verticais não deve exceder 3 vezes a sua espessura geral.

Muitas vezes são necessárias paredes finas, mas elas representam dificuldades na usinagem;

• É provável que vibrem durante o corte, aumentando a vibração no acabamento
• É provável que eles se desviem da fresa, exigindo cortes maiores e mais finos para manter a precisão dimensional
• Quando apoiam outros elementos de um design, esses elementos estão cada vez mais sujeitos a erros e problemas de qualidade

A espessura mínima padrão para paredes é de 0.8 mm como um guia geral para metais e 1.5 mm para plásticos. No entanto, esses não são limites rígidos e rápidos - onde uma parede é apoiada em mais lados, a espessura geral pode ser reduzida com segurança.

Quando paredes finas e mal suportadas forem necessidades de projeto, considere substituir a peça usinada por um componente de chapa cortada ou usinada em 2D.

Evite recursos impossíveis de usinar CNC

Nem todos os recursos podem ser usinados em CNC. Compreender as capacidades da máquina, os tipos de cortadores e as configurações de fixação dos componentes pode evitar a inclusão de recursos que não podem ser programados/cortados.

Um bom exemplo de característica que um processo CNC não consegue reproduzir são as galerias curvas internas. Onde tais recursos são imperativos ou inevitáveis, você pode considerar dividir a peça para fazer a galeria em duas metades, ou imprimir a peça de metal em 3D ou todo o componente para permitir recursos que de outra forma seriam impossíveis.

Evite tolerâncias excessivamente rígidas

Tolerâncias gerais adequadas ao processo da máquina projetada permitem um processamento mais rápido. Quando forem necessárias tolerâncias mais restritas, estas deverão ser cuidadosamente consideradas e abertas até o limite do projeto.

Tolerâncias apertadas aumentam o consumo da fresa e o tempo de usinagem, exigindo cortes maiores e mais finos e uma inspeção mais minuciosa. Haverá também um aumento na taxa de refugo devido ao excesso de tolerância e esses fatores podem aumentar significativamente os custos.

Reduza os recursos ao essencial

A redução da curvatura pode resultar em uma estética inaceitável, mas se o custo for um fator maior, então a simplicidade é a maneira de restringir isso, pois reduzirá o tempo de corte. As características estéticas também podem forçar o uso da usinagem de 5 eixos, aumentando o custo da programação e do tempo de máquina.

Como regra, é aconselhável minimizar texto, letras e gravações em peças usinadas - esses recursos devem ser incluídos quando necessário, mas representam um aumento no custo de trocas de ferramentas e redução na velocidade de corte.

Devem ser evitados textos em relevo, substituindo-os por texto em relevo, pois requer menos remoção de material e menos operações. Use fontes não serifadas e considere outros processos de gravação se for necessário um tamanho de fonte inferior a 20pt, pois isso requer ferramentas excepcionalmente pequenas.

Considere a relação profundidade-largura em cavidades

Cavidades com profundidade superior a seis diâmetros de ferramenta estão se tornando excessivamente profundas. Como regra, procure um limite de diâmetro de corte de 4 x.

Os recursos de furo profundo aumentam o risco de as ferramentas travarem, reduzem a precisão ao permitir a deflexão excessiva da ferramenta, aumentam as dificuldades na remoção de cortes e aumentam muito o risco de quebra da fresa.

Arestas internas do eixo da ferramenta romba com um raio

As ferramentas de corte são cilíndricas, portanto as arestas que não são perpendiculares ao eixo da ferramenta não podem ser “afiadas”, embora algumas possam ser, por meio de processos adicionais consideráveis. Para reduzir o desgaste/tensão da ferramenta, um bom guia é usar filetes internos cujo raio seja pelo menos 1.2 vezes o raio esperado da fresa.

Não é aconselhável usar ferramentas menores para obter raios/filetes de cantos internos menores, a menos que seja imperativo. Uma técnica para evitar isso é aplicar um pequeno rebaixo em áreas problemáticas, para que o canto interno virtual seja quadrado.

Evite profundidade de toque excessiva

O rosqueamento com macho superior a 3 vezes o diâmetro do furo geralmente não é benéfico em termos de resistência e deve ser evitado. Isto reduz o risco de quebras de torneiras que têm consequências dispendiosas. Quando os furos são roscados às cegas, é benéfico deixar um pedaço de furo não roscado para evitar que chegue ao fundo, seja no furo ou nos cortes presos. Fechar uma torneira é uma ótima maneira de quebrá-la.

Reduza pequenos recursos internos

Como regra, fresas menores que 2.5 mm não são aconselháveis, tornando características internas desse tamanho ou menores impossíveis. Características externas podem, no entanto, ser mais finas que a fresa em alguns aspectos - mas lembre-se de que fresas pequenas exigem cortes rasos e aumentam consideravelmente o tempo de usinagem.

Tente usar tamanhos padrão para furos

Sempre que possível, siga passos milimétricos inteiros nos tamanhos de broca e tente limitar o número de tamanhos de furos diferentes em uma peça. Isso evita a necessidade de brocas/fresas especializadas (que geralmente são feitas sob medida) e reduz a necessidade de movimentos da ferramenta perpendiculares à fresa, o que retarda o processo.

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Conselhos de Design Específicos

Tolerâncias Gerais

Ao projetar suas peças, lembre-se de que as bordas serão rebarbadas por padrão. Portanto, se você quiser que elas sejam afiadas, especifique isso em um desenho.

Suponha tolerâncias gerais conforme abaixo:

Você deve especificar tolerâncias em recursos e medidas individuais conforme exigido pelo projeto. Esteja ciente de que tolerâncias mais rigorosas requerem processamento mais lento e trocas de ferramentas potencialmente adicionais e taxas de refugo mais altas.

Em particular, as tolerâncias da base do furo e da base do eixo são críticas para o funcionamento das peças móveis, portanto devem ser especificadas conforme abaixo.

Note que tolerâncias estreitas são muito mais difíceis de manter na usinagem de plásticos porque os materiais são flexíveis, a menos que o plástico em questão seja muito rígido - Tufnol/Garolite é um plástico que permite tolerâncias estreitas. Há também uma tendência para tensões internas em blanks de plástico serem liberadas pela usinagem, levando a distorção/imprecisão grosseira das peças.

Escolhas de materiais

O BLANK, ou material em branco, é a peça de material em estoque da qual uma peça será cortada. É uma boa política considerar os tamanhos de peças brutas disponíveis de um fornecedor ao projetar para fabricação CNC de múltiplas peças, para minimizar o desperdício. O custo dos materiais para uma peça ou peças é resultado do custo BRANCO, e não do peso/volume restante do material.

É uma boa política deixar margem na usinagem, de modo que todas as faces externas da peça bruta sejam usinadas, em vez de depender de um corte preciso e do alinhamento das faces externas.

A escolha do blank também deve levar em consideração os métodos de fixação, para permitir o número mínimo de alterações de configuração no processo de fabricação da rede.

A escolha dos materiais é principalmente uma consideração de projeto, mas fatores como a facilidade de usinagem podem influenciar a escolha. Usar um tipo de material de corte mais duro ou menos livre para atender ao estoque disponível de peças brutas, por exemplo, terá um impacto negativo significativo no tempo de usinagem, no acabamento superficial e no custo.

Plásticos e metais de corte livre, como alumínio e latão, são usinados facilmente e isso reduz o tempo de máquina e, portanto, o custo. Materiais duros, como aços para ferramentas e aqueles que trabalhar duro como certos aços inoxidáveis, devem ser máquinas com RPM da ferramenta e velocidades de avanço do eixo mais baixas, resultando em usinagem mais lenta - combinada com desgaste da ferramenta consideravelmente maior.

O alumínio geralmente corta cerca de 4 vezes a taxa de avanço do aço para ferramentas e 8 vezes mais rápido que a maioria dos aços inoxidáveis.

Opções de metal para fabricação CNC:

• Alumínio em diversas ligas e durezas
• Resina
• Bronze e bronze marinho (bronze níquel-alumínio)
• Cobre para eletrodos de erosão por faísca, peças de contatores, etc.
• Aços Inoxidáveis ​​(austeníticos, martensíticos, corte livre)
• Aços ferramenta/liga em vários estados de dureza (desde corte livre até totalmente duro, exigindo usinagem por erosão por faísca)
• Titânio

Opções de plástico para fabricação CNC

• ABS
• Tufnol (epóxi fundido reforçado com fibra)
• POM (Acetal ou Delrin®)
• Nylon
• PEEK
• PTFE
• Polycarbonate

Limitações e superfícies

Raios internos

O corte CNC resulta em todos os cantos verticais internos verticais tendo um raio igual ou maior que o do cortador que os fez. Ferramentas/cortadores são redondos por natureza ou cortam redondos porque estão girando. Os projetos de produtos e componentes devem permitir (ou explorar beneficamente) essa limitação.

Ao especificar esses recursos no estágio de projeto, é melhor usar um raio ligeiramente maior do que o da fresa esperado para formar o recurso. As fresas de topo são mais eficientes quando podem continuar o fresamento enquanto giram um canto interno. Se o raio do canto for igual ao raio da ferramenta, a fresa irá parar de se mover para mudar de direção e isso poderá resultar em marcas de trepidação no canto que são difíceis de corrigir na peça acabada.

As ferramentas estão disponíveis em raios muito pequenos (mínimo típico de 0.5 mm), mas são curtas e frágeis. A profundidade máxima de corte para uma fresa com raio de 0.5 mm é de 1.5 mm, limitando severamente sua usabilidade a recursos críticos muito pequenos. Ferramentas maiores e raios internos maiores permitirão uma usinagem mais rápida.

Filetes de piso

Onde uma vontade encontra um piso em um recurso, os raios internos verticais se relacionam com o diâmetro da ferramenta (mais a tolerância de canto. O filete FLOOR deve ser menor do que os filetes de canto verticais, para permitir que uma fresa de face plana seja usada sem usinagem multipass complexa. Essas fresas de face plana tendem a ter raios de canto mínimos - mas uma fresa de ponta arredondada pode ser empregada. O raio no piso será definido pelo raio da ponta da fresa e permite um corte mais rápido se esse raio receber uma tolerância frouxa e um tamanho MENOR do que o filete vertical.

Rebaixos

Às vezes, os cortes inferiores são inevitáveis ​​e não afetam muito o tempo de usinagem ou as mudanças de ferramentas se certas considerações forem seguidas.

• Faça recortes em dimensões padrão (passos milimétricos) para evitar a necessidade de ferramentas personalizadas.
• Não há limite real de profundidade para cortes inferiores, mas quanto mais raso é mais fácil e menos provável que exija ferramentas personalizadas.
• Certifique-se de que o rebaixo possa ser alcançado em todas as faces - considere os raios de quaisquer cantos na saliência, eles devem permitir folga para o eixo da ferramenta de rebaixo.
• Não especifique raios de canto menores que os da ferramenta de corte inferior.

Threads

Várias técnicas são usadas para formar roscas em peças fabricadas em CNC: machos de corte normal, machos formadores de rosca e fresadoras de rosca. Qualquer que seja a melhor opção, siga estas regras:

• Use a linha maior e mais grossa que for prática para o recurso. Diâmetros de rosca menores utilizam ferramentas mais fracas que são mais propensas a quebrar.
• Restrinja o corte da rosca a 3x o diâmetro - ou menos, se possível.
• Especifique roscas e profundidades com cuidado para evitar interpretações errôneas de usinagem de diâmetro.
• Especifique a profundidade do furo sem rosca em furos cegos para evitar o fundo e permitir cortes.

Acabamentos de superfície

Os maquinistas CNC oferecem uma variedade de acabamentos:

• O acabamento usinado ou de engenharia permite taxas de avanço práticas máximas e pode ser variável entre recursos de uma única peça.
• O jateamento de esferas resulta em um acabamento fosco e uniforme a partir da ablação por esferas de granada em uma corrente de ar - realizada manualmente (a menos que em uma produção significativa, onde pode ser automatizada). O mascaramento e o tamponamento de furos para manter áreas de alta tolerância adicionam custo.
• A anodização acetinada e transparente produz uma superfície de óxido uniforme, fosca ou semibrilhante, em peças de alumínio - pode ser colorida ou transparente.
• A anodização dura é mais espessa e mais resistente ao desgaste/corrosão do que acetinada ou transparente.
• O revestimento em pó é um processo de pintura à base de pó, aplicado eletrostático e curado por calor. Esta é uma camada resistente que é muito mais resistente do que tintas à base de solvente ou epóxi.