El mecanizado CNC es un método de fabricación de precisión mediante máquinas herramienta controladas por computadora. Actualmente se utiliza ampliamente en los sectores aeroespacial, automotriz, de dispositivos médicos y otros. Para lograr una producción eficiente y de alta calidad en el mecanizado CNC, las consideraciones en la etapa de diseño son cruciales. Esta guía de mecanizado CNC detallará los principios de diseño y los métodos de optimización para ayudar a diseñadores e ingenieros a aumentar la productividad. reducir costos y garantizar la calidad y el rendimiento de las piezas.
Tabla de contenido
Guía de reglas básicas para el diseño de mecanizado CNC
A continuación se presentan algunas reglas básicas a seguir al diseñar el mecanizado CNC.
- Diseñe piezas que faciliten el mecanizado con herramientas de gran diámetro para obtener velocidades de mecanizado más rápidas. Además, debe evitarse en la medida de lo posible el uso de herramientas especializadas.
- Las cavidades no deben ser más de cuatro veces más profundas que su ancho, ya que esto hace que el mecanizado sea un poco más complejo.
- Al crear su diseño, tenga en cuenta la dirección principal que admite su máquina y la cantidad convencional de ejes para minimizar los problemas.
- Para evitar errores en la escritura grabada, no utilice tamaños menores a 20 puntos al mecanizarlo.
Guía de restricciones de diseño para mecanizado CNC
Si bien el mecanizado CNC es adaptable, no todos los diseños son posibles. En otras palabras, es necesario conocer ciertas limitaciones y restricciones para lograr un mecanizado fluido. Las dos principales limitaciones del diseño CNC son:
Geometría de la herramienta
La mayoría de las herramientas de corte CNC tienen una longitud de corte fija. Todas tienen formas y geometrías cilíndricas. Al retirar material de una pieza, estas herramientas de corte le imprimen su forma cilíndrica. Por eso, independientemente del tamaño de la herramienta, las esquinas internas de la pieza siempre tienen radio.
Acceso a herramientas
El acceso a las herramientas se convierte en un desafío clave al trabajar con piezas con una alta relación profundidad-ancho. Esto es preocupante, ya que las máquinas CNC cortan aplicando herramientas de corte a la pieza desde arriba.
En otras palabras, sería imposible fresar una pieza a la que no se pueda acceder desde el ángulo superior. La única excepción a esta regla es el mecanizado de socavado de piezas mecanizadas por CNC.
Una forma de solucionar esta dificultad de acceso a las herramientas es alinear las características de la pieza o componente con una de las seis direcciones principales. Además, la adopción de un sistema de mecanizado CNC de 5 ejes con una gran capacidad de sujeción de piezas elimina la necesidad de restricciones de acceso a las herramientas.
Guía de diseño de mecanizado CNC
En el campo del mecanizado CNC, no existe un conjunto de guías estandarizadas con amplia aceptación. Esto se debe principalmente a que la industria y las máquinas utilizadas están en constante evolución. Sin embargo, existen varias prácticas recomendadas y consejos que le ayudarán a mantener una alta calidad de diseño. Estas recomendaciones incluyen:
Bordes internos
Al construir los bordes interiores, asegúrese de que el radio de las esquinas verticales sea al menos un tercio de la profundidad de la cavidad. Si respeta los radios de las esquinas indicados, puede utilizar una herramienta de diámetro con la profundidad de cavidad recomendada.
Un radio de esquina ligeramente superior al recomendado permite cortar en círculo en lugar de en un ángulo de 90 grados. Esto permite lograr un acabado superficial de mayor calidad. Si desea un ángulo de 90 grados, utilice un corte en T en lugar de reducir el radio de esquina.
Agujeros
Los maquinistas pueden realizar agujeros con brocas o fresas. Utilice tamaños de broca convencionales para determinar el diámetro de los agujeros en su diseño. Además, es recomendable medir en unidades métricas o imperiales.
Técnicamente, se puede realizar cualquier tamaño superior a 1 milímetro. Los operadores de máquinas utilizan escariadores y mandrinadores para rellenar agujeros con tolerancias precisas. Para agujeros inferiores a 20 milímetros que requieren alta precisión, se recomienda un diámetro estándar.
Al diseñar piezas para mecanizado CNC, la profundidad máxima recomendada para cualquier agujero es cuatro veces el diámetro nominal, aunque es posible multiplicarlo por 40. El diámetro nominal suele ser diez veces la relación.
Trapos
El tamaño de rosca más pequeño utilizado para el desarrollo de productos mecanizados por CNC es M2, aunque se prefiere con frecuencia M6 o mayor. Los operarios pueden reducir el riesgo de rotura de machos utilizando máquinas de roscado CNC para cortar roscas tan pequeñas como M6.
La longitud mínima de la rosca debe ser 1,5 veces el diámetro nominal, y la longitud sugerida es tres veces la habitual. Para roscas menores de M6, debe incluir un tramo sin roscar en la parte inferior del orificio igual a 1,5 veces el diámetro nominal. Es preferible roscar el orificio a lo largo de toda su longitud para roscas mayores de M6.
Cavidades y bolsillos
Debido a la longitud de corte limitada de las fresas de extremo, la profundidad de cavidad estándar de la industria para cualquier diseño es cuatro veces su ancho. Una relación profundidad-ancho reducida resultaría en una mayor evacuación de viruta, deflexión de la herramienta y vibración.
¿Su diseño CNC requiere mayores profundidades? Una solución es usar una profundidad de cavidad variable y un instrumento personalizado.
Texto pequeño o en relieve
Quizás necesite etiquetar piezas con números de pieza o nombres comerciales. Añadir texto al diseño CNC personalizado queda genial, pero su procesamiento lleva tiempo. Generalmente es preferible el grabado electroquímico o el marcado láser.
Guía de mejores prácticas para el diseño de piezas mediante mecanizado CNC
Mantener las mejores prácticas y comprender los fundamentos del mecanizado CNC ayuda a garantizar piezas y productos de alta calidad. Con esto en mente, a continuación se presentan algunas prácticas recomendadas para el diseño de piezas para mecanizado CNC, según el tipo de mecanizado.
Diseño para fresado CNC
El fresado CNC es un método de mecanizado Esto implica la extracción rápida de material de la materia prima con fresas circulares para lograr la forma requerida. Las fresadoras existen en una variedad de diseños, que van desde tres hasta doce ejes.
Herramientas de corte de uso común
Al desarrollar sus ideas de diseño de componentes CNC, tenga en cuenta la gran variedad de herramientas disponibles para el fresado CNC, como las fresas de extremo. Si las características y geometrías requeridas se pueden producir con herramientas estándar, el coste y el plazo de entrega de la pieza se reducirían considerablemente. Por lo tanto, considere los tamaños estándar de las herramientas al crear su diseño. Esto se debe a que los radios inferiores al estándar pueden generar problemas de diseño y costos.
Evite las esquinas internas afiladas
No se pueden lograr esquinas afiladas con una fresadora. Esto se debe a que la herramienta de corte empleada en este caso es redonda. Para usar una fresadora CNC, las esquinas deben tener radios mayores que el de la fresa utilizada. Idealmente, el diámetro de la herramienta de corte será el doble del radio que produce.
También se requieren filetes cuando una superficie inclinada o inclinada choca con una pared vertical o un borde afilado. A menos que la superficie sea lisa y paralela a la herramienta, una fresa de extremo cuadrado o esférico siempre dejará material entre la pared y la superficie inferior.
Evite las ranuras estrechas y profundas
Las herramientas largas a menudo vibran y se desvían, lo que da como resultado un rendimiento deficiente. acabado superficialPor lo tanto, las fresas no deben cortar plásticos a una profundidad final superior a 15 veces su diámetro. En el corte de aluminio, no debe exceder 10 veces su diámetro, y en el corte de acero, no debe exceder 5 veces su diámetro.
Por ejemplo, una ranura cortada en un objeto de acero mecanizado con una fresa de extremo de 0,5″ y un ancho de 0,55″ no debe tener más de 2,75″ de profundidad. Para tener en cuenta la relación entre el radio interno del filete y el diámetro de la herramienta, cualquier radio interno debe ser superior a 0,25″.
Diseño con el mayor radio interno posible
Una fresa más grande elimina más material por vez, lo que reduce el tiempo y los costos de mecanizado. Al diseñar, utilice siempre los radios internos más grandes autorizados. Siempre que sea posible, evite radios inferiores a 0,8 mm.
Haga los filetes ligeramente más grandes que el radio de la fresa, por ejemplo, 3,3 mm (0,130″) en lugar de 3,175 mm (0,125″). La fresa tendrá un recorrido más suave, dando a la superficie un pulido más fino.
Diseño para torneado CNC
El torneado CNC es una técnica de mecanizado Produce piezas con simetría axial y formas cilíndricas en un torno. La técnica consiste en mantener la pieza en un mandril giratorio mientras la herramienta de corte la corta a la forma requerida. Este procedimiento de mecanizado produce una superficie más lisa y tolerancias más ajustadas.
A continuación se presentan algunas recomendaciones para crear un diseño para corte CNC utilizando un torno.
Evite las esquinas internas y externas afiladas
Al diseñar para mecanizado CNC, es fundamental eliminar las esquinas agudas, tanto internas como externas. Añadir un radio a la esquina interna ayuda a evitar que la herramienta recorra una superficie mayor. Otro método para evitar las esquinas agudas internas es inclinar ligeramente una pared lateral pronunciada. El contorneado con una sola herramienta de corte de torno puede ser más eficiente, ya que requiere menos operaciones.
Evite las partes largas y delgadas
Evite usar piezas torneadas largas y delgadas, ya que tienden a girar de forma irregular y a vibrar contra la herramienta. Al crear un componente largo, procure dejar suficiente espacio para una broca central en el extremo libre y utilícela para mantener la pieza girando recta. Además, como regla general, la relación longitud-diámetro debe ser de 8:1 o inferior.
Evite las paredes delgadas
La eliminación excesiva de material, como el fresado, podría someter el componente a una tensión excesiva. Unas paredes demasiado delgadas también reducen la rigidez. Además, las paredes estrechas dificultan el mantenimiento de tolerancias estrictas. Por ello, se recomienda mantener el espesor de pared de las piezas torneadas por encima de 0,02 pulgadas al diseñarlas para mecanizado CNC.
Simetría de características
Toda característica añadida a una pieza torneada debe ser simétrica respecto al eje de torneado. Añadir geometría o características no simétricas axialmente requerirá mecanizados y configuraciones más complejas. Los escalones, conos, chaflanes y curvas son ideales para el torneado. En ocasiones, es necesario dotar a una pieza torneada de propiedades no simétricas axialmente, lo que puede requerir un procedimiento específico. Incluso cuando se requiere simetría, es posible mantener cierta simetría.
Formas de optimizar las trayectorias de mecanizado y reducir los costes
Mediante el uso juicioso de tolerancias estándar, optimizando la eficiencia de eliminación de material y seleccionando materiales apropiados, Las trayectorias de mecanizado se pueden optimizar de forma eficaz Reducir el tiempo y los costes de mecanizado, garantizando al mismo tiempo la calidad y el rendimiento de las piezas. Esto tiene importantes implicaciones para el diseño y el proceso de fabricación del mecanizado CNC, lo que se traduce en una producción más eficiente y rentable.
Uso de tolerancias estándar
Usando tolerancias estándar Puede reducir significativamente los costos y el tiempo de mecanizado. Las tolerancias estándar permiten que las piezas no requieran mediciones ni ajustes excesivamente precisos durante el proceso de fabricación, lo que simplifica los pasos de mecanizado y aumenta la productividad. Generalmente, se recomienda una tolerancia estándar de ±0,1 mm para cumplir con la mayoría de los requisitos de diseño sin aumentar los costos de mecanizado. Si el diseño requiere mayor precisión, la tolerancia puede ajustarse a ±0,02 mm, pero tenga en cuenta que esto aumentará el tiempo y el costo del mecanizado.
Elegir el material adecuado
El elección del material Tiene un impacto directo en el diseño y el coste del mecanizado CNC. Los materiales más blandos (como el aluminio y los plásticos) son más fáciles de mecanizar que los más duros (como el acero y el titanio) porque pueden mecanizarse a mayores velocidades de corte y con menor desgaste de la herramienta, lo que resulta en una mayor velocidad y calidad de mecanizado. Otra ventaja de los materiales blandos es que se deforman menos durante el mecanizado, lo que facilita alcanzar las tolerancias y el acabado superficial requeridos. Sin embargo, también es importante considerar la aplicación final y los requisitos de rendimiento al seleccionar un material.
Aumentar la eficiencia de eliminación de material
Optimizar el diseño para usar tamaños de herramientas estándar y reducir el número de cambios de herramientas es clave para aumentar la eficiencia de arranque de material. Se deben usar herramientas de tamaño estándar siempre que sea posible, ya que no solo son más fáciles de conseguir, sino también más económicas. Además, el diseño debe considerar la reducción del número de pasos de mecanizado, por ejemplo, reduciendo el uso de herramientas y Optimizar las trayectorias de mecanizado para mejorar la eficiencia. Los diseños pueden intentar estandarizar los diámetros de los agujeros y ranuras para que se puedan realizar múltiples pasos de mecanizado con la misma herramienta, reduciendo así el número de cambios de herramienta y el tiempo de ajuste.
Implicaciones de diseño de geometrías complejas y selección de materiales
Para mejorar eficazmente el diseño y la eficiencia del mecanizado de geometrías complejas y garantizar la calidad y funcionalidad de sus piezas, Yonglihao Machinery ha compilado una lista de mejores prácticas y consideraciones para ayudarlo a tomar mejores decisiones.
Mejores prácticas para el diseño de geometrías complejas
Al diseñar piezas con geometrías complejas, hay algunos aspectos clave a tener en cuenta. En primer lugar, evite características internas excesivamente complejas, como agujeros profundos, ranuras estrechas y esquinas internas agudas, que pueden dificultar y encarecer el mecanizado. En segundo lugar, intente utilizar filetes internos más grandes para minimizar la concentración de tensiones y aumentar la resistencia de la pieza. Además, debe tenerse en cuenta la accesibilidad de las herramientas durante el diseño para garantizar que todas las características puedan mecanizarse con herramientas estándar.
Las herramientas de diseño recomendadas incluyen software CAD y CAM como AutoCAD y SolidWorks, que ayudan a los diseñadores a crear geometrías complejas con precisión y generar trayectorias de mecanizado optimizadas. El uso de estas herramientas reduce el tiempo de ensayo y error y mejora la precisión y la viabilidad de fabricación del diseño.
Precauciones
Al mecanizar piezas con geometrías complejas, es posible que surjan algunos problemas comunes.
Los agujeros profundos y las ranuras estrechas tienden a causar roturas de herramientas y errores de mecanizado. Para evitar estos problemas, reduzca la profundidad de cada avance cortando por etapas y utilice herramientas especialmente diseñadas para mejorar la estabilidad del mecanizado. Además, las características internas complejas pueden impedir que la herramienta acceda completamente a la superficie mecanizada, por lo que se pueden considerar métodos de mecanizado especiales, como máquinas CNC multieje o electroerosión (EDM).
Los distintos materiales se comportan de forma distinta en el mecanizado CNC. Los materiales más duros, como el titanio y el acero inoxidable, son más difíciles y costosos de mecanizar, mientras que los más blandos, como el aluminio y los plásticos, son más fáciles de mecanizar. El diseño debe basarse en los requisitos de la aplicación de la pieza y considerar las características de mecanizado del material. Por ejemplo, el aluminio es fácil de mecanizar y más económico, pero puede no ser adecuado para aplicaciones que requieren alta resistencia.
Selección de materiales y sus implicaciones en el diseño
Al comprender las características de mecanizado y los requisitos de diseño de diferentes materiales, los diseñadores pueden optimizar el diseño de piezas mecanizadas por CNC para garantizar un rendimiento y una rentabilidad óptimos.
Rendimiento de diferentes materiales en el mecanizado CNC
Las características de mecanizado de los diferentes materiales varían considerablemente en el mecanizado CNC. Los materiales más comunes incluyen aluminio, acero, titanio y plástico. Al seleccionar un material, se debe considerar detenidamente el entorno en el que se utilizará la pieza y sus requisitos funcionales. Seleccione el mejor material de mecanizado.
Aluminio: El aluminio es uno de los materiales más utilizados en el mecanizado CNC. Se caracteriza por su ligereza, resistencia moderada y facilidad de corte. Además, posee una alta conductividad térmica, lo que ayuda a disipar el calor rápidamente y, por lo tanto, reduce el desgaste de las herramientas.
Acero: El acero tiene alta resistencia y resistencia al desgaste, pero es más difícil de mecanizar. El mecanizado de acero requiere herramientas más resistentes y velocidades de corte más bajas, lo que aumenta el tiempo y los costos de mecanizado.
Titanio: El titanio posee una gran resistencia y resistencia a la corrosión, pero es muy difícil de mecanizar. Su alta dureza y baja conductividad térmica provocan un rápido desgaste de las herramientas, por lo que se requieren herramientas y refrigerantes especiales.
Plásticos: Los materiales plásticos como el ABS y el policarbonato son fáciles y económicos de mecanizar. Sin embargo, los plásticos son menos estables térmicamente y requieren control de temperatura durante el mecanizado para evitar deformaciones.
Impacto de las propiedades del material en el diseño
Las propiedades de los materiales influyen directamente en el diseño de una pieza. La alta conductividad térmica del aluminio y su facilidad de mecanizado permiten geometrías más complejas, mientras que la alta dureza del acero y el titanio limita la complejidad del diseño. La flexibilidad y la baja resistencia de los plásticos requieren la adición de estructuras de soporte durante el diseño para garantizar la estabilidad y durabilidad de la pieza. Al comprender estas propiedades de los materiales, los diseñadores pueden optimizar sus diseños para maximizar la eficiencia del procesamiento y el rendimiento de la pieza.
Conclusión
En este artículo, nos centramos en los principios básicos de diseño, las trayectorias de mecanizado optimizadas y la selección racional de materiales en la guía de diseño de mecanizado CNC. Se ofrece una explicación detallada. Evitar el diseño de agujeros profundos, ranuras estrechas y ángulos internos agudos puede ayudar a reducir la dificultad y el coste del mecanizado. El uso de radios internos grandes y tamaños de herramienta estándar puede mejorar la eficiencia de arranque de material y reducir el tiempo de mecanizado. La elección de los materiales adecuados, como aluminio, acero, titanio y plásticos, puede satisfacer las necesidades de diferentes aplicaciones y mejorar la calidad de las piezas.
Seguir estos principios de diseño y métodos de optimización no solo mejora la eficiencia y la calidad del mecanizado CNC, sino que también reduce significativamente los costos de producción. Al diseñar y optimizar correctamente las trayectorias de mecanizado, puede garantizar la durabilidad y la funcionalidad de sus piezas.
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Preguntas frecuentes
¿Qué es el mecanizado CNC??
CNC significa control numérico por computadora, lo que se refiere al uso de computadoras para automatizar máquinas herramienta. Esto significa que el proceso utiliza programas informáticos para controlar máquinas herramienta como tornos, fresadoras y rectificadoras. Esta tecnología mejora la precisión, la eficiencia y la consistencia de la producción de piezas y productos.
¿Cuáles son los problemas más comunes en el diseño de mecanizado CNC?
Los problemas comunes incluyen agujeros profundos y ranuras estrechas que hacen que el mecanizado sea difícil y costoso, esquinas internas afiladas que son difíciles de mecanizar y una mala selección de materiales que afecta la eficiencia y la calidad del mecanizado.
¿Cómo elegir el material adecuado para el mecanizado CNC?
La selección del material debe basarse en una combinación de requisitos de aplicación y rendimiento. El aluminio se utiliza para requisitos de peso ligero, el acero para alta resistencia, el titanio para piezas de alto rendimiento y el plástico para aplicaciones de bajo costo.
¿Cuál es la mejor manera de optimizar las trayectorias de mecanizado CNC?
La optimización de rutas incluye el uso de tamaños de herramientas estándar para reducir la cantidad de cambios de herramientas, reducir el uso de herramientas para optimizar el diseño y usar software CAD/CAM para generar rutas de mecanizado optimizadas para mejorar la eficiencia.