Directrices Esenciales de Diseño para Mecanizado CNC para Resultados Óptimos

Cierto, el mecanizado CNC es versátil, y no todos los diseños son posibles. En otras palabras, hay limitaciones y restricciones de las que necesita ser consciente para asegurar un mecanizado suave. Las dos mayores restricciones de diseño CNC son:

Geometría de la Herramienta

La mayoría de herramientas de corte CNC tienen una longitud de corte limitada. También todas vienen en formas y geometrías cilíndricas. Al eliminar material de una pieza, estas herramientas de corte transfieren su geometría cilíndrica a la pieza. Por esto, las esquinas interiores de una pieza siempre tienen un radio independientemente del tamaño de la herramienta de corte.

Acceso de la Herramienta

El acceso de la herramienta se convierte en una preocupación mayor al trabajar en una pieza con una relación profundidad-ancho considerable. Esta preocupación es porque las máquinas CNC cortan aplicando las herramientas de corte en la pieza 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 de rebaje para piezas mecanizadas CNC.

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

En el mundo del mecanizado CNC, no hay un conjunto de estándares generalmente aceptado. Esto es principalmente porque la industria y las máquinas usadas siempre están evolucionando. Sin embargo, algunas mejores prácticas y recomendaciones ayudarían a asegurar que la calidad de su diseño permanezca de primera. Estas recomendaciones incluyen:

1. Bordes Internos

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

Radios de esquina ligeramente por encima del valor recomendado le permiten cortar a lo largo de un camino circular en lugar de un ángulo de 90 grados, produciendo un acabado superficial con mejor nivel de calidad. Se aconseja emplear un rebaje en T en lugar de reducir el radio de esquina si requiere un ángulo de 90 grados en su lugar.

2. Agujeros

Para crear agujeros, los mecanizadores pueden utilizar brocas o herramientas de fresa de extremo. Es mejor usar 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 mayor a un milímetro es factible. Los operadores de máquina usan escariadores y equipos de mandrinado para completar agujeros que necesitan estar dentro de tolerancias precisas. Es mejor 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 es típicamente 10 veces la relación.

3. Roscas

El tamaño mínimo de rosca usado al desarrollar artículos mecanizados CNC es M2, pero M6 o superior es usualmente ideal. Los mecanizadores pueden limitar el peligro de rotura de macho usando máquinas de roscado CNC para cortar roscas tan pequeñas como M6.

La longitud mínima de 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 roscar en el fondo del agujero que sea 1,5 veces el diámetro nominal. Roscar el agujero a lo largo de su longitud es mejor para roscas mayores que M6.

4. Cavidades y Bolsillos

Dado que las herramientas de fresa de extremo 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 menor resultaría en mayor evacuación de viruta, deflexión de herramienta y vibración.

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

5. Texto Pequeño o en Relieve

Puede necesitar marcar piezas con números de pieza o nombres de empresa. Agregar texto se ve realmente genial en el diseño CNC personalizado, pero consume tiempo en procesar. El grabado electroquímico o marcado láser es usualmente mejor.

Mantener las mejores prácticas así como conocer los fundamentos del mecanizado CNC ayuda a asegurar que la pieza o producto sea de alta calidad. Con eso en mente, aquí hay algunas mejores prácticas que necesita 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 de eliminar rápidamente material de materia prima usando cortadores redondos para obtener una forma deseada. Las máquinas de fresado vienen en muchos diseños diferentes, que van desde 3 ejes hasta 12 ejes.

1.1 Herramientas de Corte Comúnmente Disponibles

Considere las muchas herramientas frecuentemente accesibles para fresado CNC mientras crea sus ideas de diseño de piezas CNC, como cortadores de fresa de extremo. El coste y tiempo de entrega se reducirían considerablemente si es posible producir las características y geometría requeridas usando herramientas comunes.

También considere tamaños de herramienta estándar al crear su diseño, ya que un diseño con un radio menor que el estándar resultaría en complicaciones de diseño y coste.

1.2 Evite Esquinas Internas Agudas

Es imposible lograr esquinas agudas con una herramienta de fresado. La razón es que la herramienta de corte usada aquí es redonda. Para usar una fresadora CNC, sus esquinas necesitan tener radios, que deben ser mayores que el cortador usado en crearlos. Idealmente, el diámetro de la herramienta de corte será el doble del radio que está haciendo.

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

1.3 Evite Ranuras Profundas y Estrechas

Las herramientas largas a menudo vibran y se deflexionan, resultando en un mal acabado superficial. Por tanto, la profundidad final de corte de una fresa de extremo no debe ser más de 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" que es 0,55" ancha no debería ser más profunda de 2,75". Dado que el radio de filete interno, el punto anterior, también depende del diámetro de la herramienta en este caso, cualquier radio interno debería ser mayor que 0,25".

1.4 Diseñe con los Radios Internos Más Grandes Posibles

Un cortador más grande iguala más eliminación de material por tiempo, lo que reduce tiempo y costes de mecanizado. Siempre use los radios internos máximos permitidos al diseñar. Cuando sea factible, manténgase alejado de radios menores a 0,8 mm.

Además, haga sus filetes ligeramente más grandes que el radio de la fresa de extremo; por ejemplo, use un radio de 0,130" (3,3 mm) en lugar de 0,125" (3,175 mm). La fresa 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 en un plato giratorio mientras la herramienta de corte la corta a la forma deseada. Este proceso de mecanizado resulta en un mejor acabado superficial y tolerancias más estrictas.

Aquí hay algunos consejos para hacer un diseño para corte CNC usando una máquina de torneado

2.2 Evite Esquinas Internas y Externas Agudas

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

2.3 Evite Piezas Largas y Delgadas

Evite usar piezas torneadas largas y delgadas ya que son más propensas a girar de forma desigual y vibrar contra la herramienta. Al hacer un componente largo, intente dejar espacio para un taladro central en el extremo libre y use un centro para mantener la pieza girando recta. Además, mantenga la relación longitud-diámetro en 8:1 o menos como guía general.

2.4 Evite Paredes Delgadas

Similar al fresado, la eliminación excesiva de material puede causar estrés innecesario en el componente. Paredes demasiado delgadas también reducirán la rigidez. Sin embargo, las paredes delgadas hacen que tolerancias estrictas sean desafiantes de mantener. Por eso es mejor mantener el espesor de pared de secciones torneadas por encima de 0,5 mm (0,02 pulgadas) en su diseño para mecanizado CNC.

2.5 Simetría de Características

Cada característica añadida a una pieza torneada generalmente necesita ser simétrica alrededor del eje de torneado. Tomará mecanizado y configuraciones más complicadas añadir geometría o características que no sean axialmente simétricas. Escalones, conicidades, chaflanes y curvas son características excelentes para torneado.

Ocasionalmente es necesario añadir características a una pieza torneada que no sean axialmente simétricas, lo que puede necesitar una operación diferente. Puede mantener un poco de simetría incluso cuando esto se requiera.

3. Diseño para Taladrado

Este es el término usado para operaciones que implican crear agujeros en piezas. Las herramientas usadas en esta operación presentan una punta cónica, que les permite sumergirse profundamente en materiales durante el mecanizado.

Considere las siguientes sugerencias al crear un diseño destinado para taladrado CNC.

3.1 Profundidad de Agujero Apropiada

El taladrado nunca debería ir más profundo que 12 veces el diámetro de la broca más cercano. La razón es que las brocas tan largas o más largas pierden rigidez, pierden la capacidad de mantener una tolerancia estricta y son más propensas a romperse. Además, considere hacer el diámetro del agujero más grande si necesita cavar más profundo.

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

3.2 Evite Agujeros Parciales

Dado que hay una gran probabilidad de que la punta divague, es mejor evitar agujeros parciales. Pero, si solo una porción del agujero es necesaria, mantenga el eje del taladro en el material de forma que el componente sostenga la mayor parte del agujero.

3.3 Mantenga el Eje del Taladro Perpendicular a la Superficie

El eje del taladro debería ser perpendicular a la superficie para prevenir divagación de la punta. Un bolsillo poco profundo con fondo plano mecanizado en la superficie de un objeto redondo frecuentemente permite que el taladro entre perpendicular a la superficie de la pieza. Es mejor usar un agujero piloto para resolver este desafío, aunque tomar esta decisión se volvería necesario durante la programación de la máquina CNC en lugar del diseño de pieza CNC.

3.4 Evite Taladrar a Través de Cavidades

Asegúrese de que no existan cavidades ya en la pieza al planificar las ubicaciones de sus agujeros taladrados en sus ideas de diseño CNC. El agujero taladrado puede intersectar ligeramente la cavidad si es necesario, siempre que el eje central del agujero lo haga.