Pautas esenciales de diseño de mecanizado CNC para obtener resultados óptimos

Es cierto que el mecanizado CNC es versátil y no todos los diseños son posibles. En otras palabras, existen limitaciones y restricciones que debe tener en cuenta para garantizar un mecanizado fluido. Las dos principales restricciones de diseño del CNC son:

Geometría de herramienta

La mayoría de las herramientas de corte CNC tienen una longitud de corte limitada. También todos vienen en formas y geometrías cilíndricas. Al retirar materiales de una pieza de trabajo, estas herramientas de corte transfieren su geometría cilíndrica a la pieza de trabajo. Esta es la razón por la que las esquinas internas de una pieza de trabajo siempre tienen un radio independientemente del tamaño de la herramienta de corte.

Acceso a herramientas

El acceso a las herramientas se convierte en una preocupación importante cuando se trabaja en una pieza de trabajo con una relación considerable de profundidad a ancho. Esta preocupación se debe a que las máquinas CNC cortan aplicando las herramientas de corte a la pieza de trabajo desde arriba.

En otras palabras, sería difícil mecanizar una pieza inaccesible desde el ángulo superior. La única excepción a esta regla ocurre durante el mecanizado socavado para piezas mecanizadas CNC

Alinear las características de su pieza o componente con una de las seis direcciones principales es una forma de mitigar este desafío de acceso a herramientas. Además, el uso de un mecanizado CNC de cinco ejes con una excelente capacidad de sujeción de piezas significa que el acceso a las herramientas ya no está restringido.

En el mundo del mecanizado CNC, generalmente no se acepta ningún conjunto de estándares. Esto se debe principalmente a que la industria y las máquinas utilizadas están en constante evolución. Sin embargo, algunas mejores prácticas y recomendaciones ayudarán a garantizar que la calidad de su diseño siga siendo excelente. Estas recomendaciones incluyen;

1. Bordes internos

El radio de la esquina vertical debe ser al menos un tercio de la profundidad de la cavidad al crear bordes interiores. Puede utilizar una herramienta de diámetro que tenga la profundidad de cavidad recomendada si utiliza los radios de esquina indicados.

Los radios de las esquinas ligeramente por encima del valor recomendado le permiten cortar a lo largo de una trayectoria circular en lugar de un ángulo de 90 grados, lo que produce un acabado superficial con un mejor nivel de calidad. Se recomienda emplear un corte en T en lugar de reducir el radio de la esquina si necesita un ángulo de 90 grados.

2. Agujeros

Para crear agujeros, los maquinistas pueden utilizar brocas o equipos de fresado. Lo mejor es utilizar tamaños de broca estándar, medidos en unidades métricas o imperiales, como guía al determinar el diámetro de los agujeros en su diseño.

Técnicamente, cualquier dimensión superior a un milímetro es factible. Los operadores de máquinas utilizan escariadores y equipos de perforación para completar agujeros que deben estar dentro de tolerancias precisas. Lo mejor es utilizar un diámetro estándar para agujeros que requieren gran precisión y son menores de 20 milímetros.

Al diseñar piezas para mecanizado CNC, cuatro veces el diámetro nominal es la profundidad máxima propuesta para cualquier agujero, pero 40 veces esta cantidad es factible. El diámetro nominal suele ser 10 veces la relación.

3. Temas

El tamaño de rosca mínimo utilizado al desarrollar artículos mecanizados por CNC es M2, pero M6 o superior suele ser ideal. Los maquinistas pueden limitar el peligro de rotura del macho utilizando máquinas roscadoras CNC para cortar roscas tan pequeñas como M6.

La longitud mínima de la rosca debe ser 1,5 veces el diámetro nominal, mientras que la longitud recomendada es tres veces la normal. Para cualquier rosca menor que M6, debe agregar una longitud sin rosca en el fondo del orificio que sea 1,5 veces el diámetro nominal. Enhebrar el orificio en toda su longitud es mejor para roscas de tamaño superior a M6.

4. Cavidades y Bolsas

Dado que las herramientas de fresado tienen una restricción en su longitud de corte, la profundidad de cavidad recomendada por la industria en cualquier diseño es cuatro veces su ancho. Una relación profundidad-ancho más baja daría como resultado una mayor evacuación de viruta, desviación de la herramienta y vibración.

¿Su diseño CNC requiere mayores profundidades? Una forma de resolver este desafío es utilizar una profundidad de cavidad variable y una herramienta especializada.

5. Texto pequeño o en relieve

Es posible que deba marcar las piezas con números de pieza o nombres de empresas. Agregar texto se ve muy bien en el diseño CNC personalizado, pero su proceso requiere mucho tiempo. El grabado electroquímico o el marcado láser suelen ser mejores.

Mantener las mejores prácticas y conocer los conceptos básicos del mecanizado CNC ayuda a garantizar que la pieza o el producto sea de alta calidad. Teniendo esto en cuenta, a continuación presentamos algunas de las mejores prácticas que debe tener en cuenta al diseñar piezas para mecanizado CNC según el tipo de mecanizado.

1. Diseño para fresado CNC

El fresado CNC es una técnica de mecanizado que permite eliminar rápidamente material de la materia prima utilizando cortadores redondos para obtener la forma deseada. Las fresadoras vienen en muchos diseños diferentes, desde 3 ejes hasta 12 ejes.

1.1 Herramientas de corte comúnmente disponibles

Considere las numerosas herramientas a las que se puede acceder con frecuencia para el fresado CNC mientras crea sus ideas de diseño de piezas CNC, como las fresas de extremo. El costo y el tiempo de entrega se reducirían considerablemente si fuera posible producir las características y la geometría requeridas mediante el uso de herramientas comunes.

Además, considere los tamaños estándar de las herramientas al crear su diseño, ya que un diseño con un radio más pequeño que el estándar resultaría en complicaciones y costos de diseño.

1.2 Evite las esquinas internas afiladas

Es imposible conseguir esquinas afiladas con una herramienta de fresado. La razón es que la herramienta de corte utilizada aquí es redonda. Para utilizar una fresadora CNC, las esquinas deben tener radios, que deben ser más grandes que el cortador utilizado para crearlas. Lo ideal es que el diámetro de la herramienta de corte sea el doble del radio que está formando.

Los filetes también son necesarios cuando una superficie inclinada o inclinada se encuentra con una pared vertical o un borde afilado. A menos que la superficie sea plana y normal a la herramienta, una fresa cuadrada o esférica siempre dejará material entre la pared y la superficie inferior.

1.3 Evite las ranuras estrechas y profundas

Las herramientas largas a menudo vibran y se desvían, lo que da como resultado un acabado superficial deficiente. Por lo tanto, la profundidad de corte final de una fresa no debe ser superior a 15 veces su diámetro para cortar plástico, 10 veces su diámetro para cortar aluminio y 5 veces su diámetro para cortar acero.

Por ejemplo, una ranura cortada en un artículo de acero mecanizado con una fresa de extremo de 0,5" y 0,55" de ancho no debe tener una profundidad superior a 2,75". Dado que el radio interno del filete, el punto anterior, también depende del diámetro de la herramienta, en este caso cualquier radio interno debe ser mayor que 0,25”.

1.4 Diseño con los mayores radios internos posibles

Una cortadora más grande equivale a una mayor eliminación de material por vez, lo que reduce el tiempo y los costos de mecanizado. Utilice siempre los radios internos máximos permitidos durante el diseño. Cuando sea posible, manténgase alejado de radios inferiores a 0,8 mm.

Además, haga los filetes un poco más grandes que el radio de la fresa; por ejemplo, utilice un radio de 0,130″ (3,3 mm) en lugar de 0,125″ (3,175 mm). El fresado seguirá una ruta más suave, dando a la superficie un pulido más fino.

2. Diseño para torneado CNC

El torneado CNC es un proceso de mecanizado que crea piezas con simetría axial y geometría cilíndrica en un torno. El proceso implica sujetar la pieza de trabajo en un mandril giratorio mientras la herramienta de corte la corta hasta darle la forma deseada. Este proceso de mecanizado da como resultado un mejor acabado superficial y tolerancias más estrictas.

A continuación se ofrecen algunos consejos para realizar un diseño para corte CNC utilizando un torno

2.2 Evite las esquinas internas y externas afiladas

Al diseñar para mecanizado CNC, es importante evitar esquinas afiladas, tanto dentro como fuera. Agregar un radio a la esquina interna es una forma de garantizar que la herramienta no suba por una superficie más grande. Otra forma de evitar esquinas internas agudas es inclinar ligeramente una pared lateral empinada. Al requerir menos procesos, puede resultar más sencillo mecanizar contornos con una sola herramienta de corte de torno.

2.3 Evite las piezas largas y delgadas

Evite utilizar piezas largas y de torneado fino, ya que es más probable que giren de manera desigual y vibren contra la herramienta. Al fabricar una pieza larga, intente dejar espacio para un taladro central en el extremo libre y utilice un taladro central para mantener la pieza girando recta. Además, mantenga la relación longitud-diámetro en 8:1 o menos como pauta general.

2.4 Evite las paredes delgadas

De manera similar al fresado, la eliminación excesiva de material puede provocar una tensión innecesaria en el componente. Las paredes demasiado delgadas también reducirán la rigidez. Sin embargo, las paredes delgadas hacen que sea difícil mantener tolerancias estrictas. Por eso es mejor mantener el espesor de la pared de las secciones torneadas por encima de 0,02 pulgadas en su diseño para el mecanizado CNC.

2.5 Simetría de características

Cada característica agregada a una pieza torneada generalmente debe ser simétrica alrededor del eje de giro. Se necesitarán mecanizados y configuraciones más complicados para agregar geometría o características que no sean simétricas axialmente. Los escalones, los conos, los chaflanes y las curvas son características excelentes para girar.

En ocasiones es necesario añadir características a una pieza torneada que no sean simétricas axialmente, lo que puede requerir una operación diferente. Puedes mantener un poco de simetría incluso cuando sea necesario.

3. Diseño para Perforación

Este es el término utilizado para operaciones que implican la creación de agujeros en piezas de trabajo. Las herramientas utilizadas en esta operación cuentan con una punta cónica, lo que les permite sumergirse profundamente en los materiales durante el mecanizado.

Considere las siguientes sugerencias al crear un diseño destinado a perforación CNC.

3.1 Profundidad adecuada del orificio

La perforación nunca debe ser más profunda que 12 veces el diámetro de la broca más cercana. La razón es que las brocas que son tan largas o más largas pierden rigidez, pierden la capacidad de mantener una tolerancia estricta y es más probable que se rompan. Además, considere aumentar el diámetro del orificio si necesita excavar más profundamente.

Sin embargo, si es imprescindible un agujero profundo, otra alternativa es perforar desde ambos lados de la pieza. Tenga en cuenta que, dado que se requerirá una segunda configuración de mecanizado, el proceso de fabricación llevará más tiempo y costará más.

3.2 Evitar agujeros parciales

Dado que existe una gran probabilidad de que la punta se desvíe, es mejor evitar los agujeros parciales. Pero, si solo es necesaria una parte del orificio, mantenga el eje de perforación sobre el material de manera que el componente sostenga la mayor parte del orificio.

3.3 Mantenga el eje de perforación perpendicular a la superficie

El eje de la broca debe ser perpendicular a la superficie para evitar que la punta se desvíe. Una cavidad poco profunda y de fondo plano mecanizada en la superficie de un objeto redondo con frecuencia permite que la broca entre perpendicular a la superficie de la pieza. Es mejor utilizar un orificio piloto para resolver este desafío, aunque sería necesario realizar esta elección durante la programación de la máquina CNC en lugar del diseño de piezas CNC.

3.4 Evite perforar cavidades

Asegúrese de que no existan cavidades en la pieza cuando planifique las ubicaciones de los orificios perforados en sus ideas de diseño CNC. El agujero perforado puede cruzar ligeramente la cavidad si es necesario, siempre que el eje central del agujero lo haga.