Lavorazione CNC è molto flessibile. Tuttavia, ogni pezzo ha dei limiti fisici di dimensione. Questi sono determinati dall'area di lavoro, dalla corsa degli assi e dalle dimensioni minime di utensili e lavorazioni.
Comprendendo questi limiti in anticipo, è possibile progettare componenti migliori. I componenti si adatteranno alle macchine disponibili e manterranno le tolleranze corrette. Questo evita costose rilavorazioni o riprogettazioni. Questo articolo affronta i limiti dimensionali per gli ingegneri. Esamina l'ingombro dei componenti, i limiti di processo e le dimensioni minime delle caratteristiche. Spiega anche cosa modificare nel progetto quando ci si avvicina a questi limiti.
Come le dimensioni delle parti influenzano i risultati della lavorazione CNC
La dimensione della parte influisce quali macchine che puoi utilizzare. Influisce anche sulla rigidità con cui puoi tenere il pezzo in lavorazione. Questo rende più difficile controllare le tolleranze. Un piccolo pezzo che si adatta bene all'area di lavoro è facile da fissare. È semplice da raggiungere e rifinire in una o due configurazioni.
Man mano che un pezzo diventa più lungo, largo o alto, il fissaggio diventa più difficile. Spesso sono necessarie configurazioni aggiuntive. Questo aumenta la variabilità e i costi. I pezzi molto piccoli causano un problema diverso. Si entra nel mondo della microlavorazione. Qui, utensili minuscoli e scarsa rigidità rendono il processo molto più complesso.
Vincoli di dimensione generali
Per comprendere la reale capacità dimensionale di una macchina CNC, è necessario considerare principalmente tre vincoli: l'area di lavoro, la corsa degli assi X/Y/Z e la portata effettiva dell'utensile.
Area di lavoro CNC e ingombro della macchina
L'area di lavoro CNC è lo spazio 3D che una macchina può lavorare. Definisce la dimensione massima del pezzo per una singola configurazione. Per una fresatrice, è la corsa X, Y e Z. Per un tornio, è la rotazione e la distanza tra i centri.
È inoltre necessario spazio per attrezzature, morsetti e per il movimento sicuro degli utensili. Un pezzo potrebbe tecnicamente adattarsi alle sue dimensioni. Ma se non c'è spazio per attrezzature o percorsi utensile, nella pratica risulta comunque troppo grande.
Corsa dell'asse (X/Y/Z) e dimensioni massime del pezzo
La corsa dell'asse è il movimento lineare di ciascun asse. Definisce numericamente l'area di lavoro. Le corse X e Y limitano la lunghezza e la larghezza massime del pezzo. La corsa Z ne limita l'altezza utilizzabile, tenendo conto dello spessore dell'attrezzatura e della lunghezza dell'utensile.
Se un componente è più grande della corsa di qualsiasi asse, hai due opzioni. Puoi suddividere il progetto in pezzi più piccoli. Oppure puoi lavorarlo con più configurazioni. Ogni configurazione aggiuntiva aumenta il rischio di allineamento. Rende anche più difficile mantenere tolleranze strette, come ±0,01 mm su elementi lunghi.
Limiti di portata dell'utensile, gioco del portautensile e direzione Z
La portata dell'utensile indica la profondità massima a cui una fresa può arrivare mantenendo precisione e senza collisioni. Anche con una corsa dell'asse Z elevata, l'utensile spesso limita la profondità effettiva. La lunghezza dell'utensile, le dimensioni del portautensile e la geometria circostante sono i fattori principali.
Una regola comune è quella di mantenere la profondità di fresatura entro 3-4 volte il diametro della fresa. Questo garantisce un taglio stabile. È possibile utilizzare utensili più lunghi, ma aumentano vibrazioni, flessioni e costi. È consigliabile utilizzarli solo quando assolutamente necessario.
Limiti dimensionali specifici del processo: fresatura, tornitura e foratura
Per la stessa geometria del pezzo, fresatura, tornitura e foratura hanno intervalli e limiti di dimensioni lavorabili molto diversi, quindi è importante comprendere separatamente i limiti di capacità tipici di ciascun processo CNC.
Fresatura CNC
In fresatura, le dimensioni del tavolo e la corsa dell'asse limitano l'ingombro del pezzo. Questo è il pezzo più grande che è possibile fissare e lavorare in un'unica configurazione. Il pezzo e il suo fissaggio devono essere adatti al tavolo. Devono inoltre essere al di sotto del limite di peso della macchina.
Tasche profonde e pareti alte sono spesso limitate dalla portata e dalla rigidità dell'utensile, non dalla macchina stessa. Le parti larghe e poco profonde sono più facili da maneggiare. Alloggiamenti stretti e profondi possono causare problemi di stabilità e qualità superficiale se il design non viene adattato.
Tornitura CNC
Per svolta, la distanza tra i centri definisce la lunghezza massima di un albero. Deve essere supportato tra il mandrino e la contropunta. Se il pezzo è più lungo, è necessaria una macchina più grande o una modifica al design. Quando si pianifica il progetto, utilizzando un Preventivo online per tornitura CNC Lo strumento può aiutarti a valutare rapidamente la fattibilità e il costo della lavorazione del tuo pezzo entro questi vincoli.
La rotazione sul banco e la rotazione sulla slitta trasversale definiscono il diametro massimo. Questo è il diametro massimo che può ruotare e che può essere ancora raggiunto dall'utensile. Il diametro utilizzabile è leggermente inferiore a questi valori per garantire il gioco. Flange o dischi di grandi dimensioni potrebbero essere limitati dal loro diametro, anche se corti.
Foratura CNC
Nella foratura, l'area di lavoro limita le dimensioni complessive del pezzo. La lunghezza e la rigidità della punta limitano la profondità del foro. Un limite di sicurezza è circa 10 volte il diametro della punta. Oltre questo limite, l'asportazione del truciolo e la flessione diventano problemi importanti.
Il diametro minimo del foro dipende dalla punta più piccola e affidabile. Quando i fori rientrano nella gamma di microforatura, altri fattori diventano critici. Tra questi, l'eccentricità del mandrino, l'adduzione del refrigerante e la consistenza del materiale. Anche i tempi di ciclo aumentano notevolmente.
Dimensioni minime delle caratteristiche, spessore della parete e profondità della cavità
Domande di progettazione comuni come "è troppo piccolo, troppo sottile o troppo profondo?" si riducono essenzialmente alla questione se le dimensioni minime delle caratteristiche, lo spessore minimo della parete e la profondità della cavità rimangano entro un intervallo ingegneristico stabile.
Considerazioni sulle dimensioni minime delle caratteristiche e sulla microlavorazione
La dimensione minima della caratteristica è determinata dal diametro dell'utensile, dalla precisione della macchina e dalla stabilità del dispositivo di fissaggio. Scanalature molto strette, nervature sottili o gradini minuscoli richiedono frese di piccole dimensioni. Queste frese sono meno rigide e più sensibili all'eccentricità dell'utensile.
Quando le dimensioni di una caratteristica si avvicinano al diametro dell'utensile, si entra nel territorio della microlavorazione. A questo punto, piccole modifiche nella configurazione o nel materiale possono causare errori significativi. È meglio mantenere le dimensioni delle caratteristiche ben al di sopra del minimo teorico, a meno che la funzione del pezzo non lo richieda.
Pareti sottili
Le pareti sottili sono limitate dalla loro flessione sotto l'azione delle forze di taglio. Se una parete si piega durante la lavorazione, in seguito torna indietro. Questo causa uno spostamento delle dimensioni, anche con un percorso utensile perfetto.
Lo spessore minimo pratico della parete dipende dalla rigidità del materiale e dall'altezza della parete. Le pareti corte in alluminio possono essere più sottili delle pareti alte in acciaio. Tuttavia, qualsiasi parete con un rapporto d'aspetto elevato è rischiosa. Aggiungere nervature, ridurre l'altezza non supportata o ispessire le aree chiave può aiutare a rimanere entro i limiti di sicurezza.
Cavità e buchi profondi
I limiti di profondità dipendono dal rapporto tra la profondità della lavorazione e il diametro dell'utensile. Una cavità molto profonda e stretta si comporta come un lungo tubo. Amplifica ogni vibrazione e rende difficile l'asportazione del truciolo.
Per la fresatura, andare oltre qualche diametro utensile richiede tattiche speciali. Questo potrebbe includere passate a gradini o l'utilizzo di utensili lunghi solo per la finitura. Per la foratura, i fori molto profondi spesso richiedono cicli di avanzamento o l'utilizzo di refrigerante interno all'utensile. Potrebbe anche essere necessario modificare il design per consentire diametri maggiori o profondità inferiori.
Linee guida di progettazione entro i limiti di dimensione CNC
Esiste un divario evidente tra ciò che è teoricamente lavorabile sulla carta e ciò che è robusto ed economico in officina, e per colmare questo divario sono necessarie ottimizzazioni progettuali mirate nella suddivisione delle parti, nell'orientamento degli elementi di fissaggio e nell'assegnazione delle tolleranze e dei dettagli strutturali.
Divisione di parti sovradimensionate e giunzioni di pianificazione
Quando un pezzo è troppo grande per le macchine disponibili, spesso la soluzione migliore è dividerlo. Ogni pezzo più piccolo può essere adattato a una macchina e a un dispositivo standard.
Posizionare i giunti dove le tolleranze sono più facili da rispettare. Utilizzare elementi di assemblaggio come perni di posizionamento o spalle. Questo riduce il rischio di errori di sovrapposizione e consente di rimanere entro limiti dimensionali realistici.
Orientamento delle parti e utilizzo della lavorazione multiasse per migliorare l'accesso
Un orientamento intelligente dei componenti può semplificare notevolmente un lavoro complesso. Ruotando il modello nell'attrezzatura è possibile ridurne le dimensioni X o Y. Può anche esporre le caratteristiche, rendendole raggiungibili con utensili più corti.
Le macchine a 4 e 5 assi migliorano questo aspetto aggiungendo assi rotativi. Consentono di lavorare più facce senza dover riposizionare il pezzo. Questo offre un accesso migliore all'interno della stessa area di lavoro e riduce il numero di configurazioni.
Regolazione delle tolleranze e delle caratteristiche per adattarle alle capacità della macchina
Dimensioni e tolleranza sono collegate. È più facile mantenere una tolleranza di ±0,01 mm su un piccolo elemento vicino a un dispositivo di fissaggio. È molto più difficile su un elemento lungo che copre la maggior parte della corsa dell'asse. In questo caso, problemi come rettilineità, dilatazione termica e flessione dell'utensile si sommano.
Durante la progettazione, utilizzate tolleranze ristrette solo dove sono realmente necessarie. Utilizzate tolleranze generali, come la norma ISO 2768, per tutto il resto. Semplificare i piccoli dettagli e allentare le tolleranze su grandi campate può riportare la progettazione a un processo stabile ed economicamente vantaggioso.
Lista di controllo rapida per la progettazione in caso di limitazioni dimensionali:
- Il pezzo e l'attrezzatura rientrano nell'area di lavoro e nel limite di peso della macchina?
- Le tasche profonde e i buchi rientrano in un rapporto ragionevole tra profondità e diametro?
- Le dimensioni minime delle caratteristiche sono compatibili con i diametri standard degli utensili?
- Le pareti sottili sono sufficientemente rigide in base al materiale e all'altezza della parete?
Come le limitazioni dimensionali influenzano i costi e la selezione delle macchine
L'involucro del pezzo e la scala delle caratteristiche non solo determinano se un pezzo può essere lavorato su un dato CNC, ma determinano anche la selezione della classe di macchina, la complessità degli accessori e il costo unitario, quindi devono essere valutati in anticipo nella pianificazione del processo e nella quotazione.
Abbinamento della busta alla classe della macchina (piccola/media/grande)
Le dimensioni del pezzo spesso determinano se è necessaria una macchina CNC piccola, media o grande. Le macchine più piccole hanno solitamente tariffe orarie inferiori. Sono anche più economiche da installare. Mantenere piccole le dimensioni del pezzo spesso riduce i costi.
Se un progetto richiede fresatrici a portale molto grandi o torni per impieghi gravosi, aspettatevi costi più elevati. Questo vale anche se non sfruttate tutta la capacità extra. Queste macchine hanno esigenze di fissaggio più complesse.
Impatto delle parti sovradimensionate su configurazioni, fissaggi e riposizionamenti
I pezzi che si trovano al limite della corsa dell'asse o delle dimensioni della tavola richiedono attrezzature speciali. Richiedono inoltre più posizioni di serraggio. Ogni ulteriore configurazione richiede più tempo e aumenta il rischio di piccoli disallineamenti.
Anche i pezzi pesanti richiedono un attento controllo del carico sul tavolo e della distribuzione del peso. Ignorare la capacità di carico della macchina può compromettere la precisione e ridurne la durata, anche se il pezzo è tecnicamente compatibile.
Compromesso tra tolleranze strette, dimensioni e tempo di lavorazione
Parti grandi con tolleranze strette sono i più difficili da lavorare. Mantenere tolleranze ridotte su lunghe distanze richiede avanzamenti più lenti e tagli più leggeri. Gli operatori potrebbero aver bisogno di più percorsi utensile e più ispezioni. Tutto ciò aumenta il tempo di ciclo.
Se possibile, ampliare le tolleranze su elementi di grandi dimensioni può ridurre notevolmente i tempi di lavorazione e gli scarti. Discutete di questi compromessi con il vostro partner di lavorazione in anticipo. È il modo più rapido per bilanciare funzionalità e costi.
Conclusione
I limiti dimensionali nella lavorazione CNC non si limitano alle dimensioni della tavola. Sono un mix di ingombro di lavoro, corsa degli assi, portata dell'utensile e dimensioni minime delle lavorazioni. Includono anche lo spessore delle pareti e livelli di tolleranza realistici. Progettare tenendo conto di questi limiti rende la lavorazione più prevedibile ed economica. Inoltre, riduce notevolmente il rischio di riprogettazioni in fase avanzata.
A Yonglihao Machinery, Controlliamo attentamente ogni progetto. Mappiamo la geometria del pezzo in base alle reali capacità delle nostre attrezzature. Verifichiamo l'area di lavoro, la distanza tra i centri, il tornio sul banco, la portata dell'utensile e le opzioni di fissaggio. Facciamo tutto questo prima di decidere il processo e la progettazione del fissaggio. Questo approccio ci aiuta a rimanere entro i limiti dimensionali pratici. Ci consente inoltre di garantire qualità e tempi di consegna stabili. Se state verificando se un pezzo è adatto alla lavorazione CNC, verificate in anticipo questi limiti dimensionali con il vostro partner di lavorazione. È il modo più rapido per evitare rilavorazioni, controllare i costi e garantire la producibilità del progetto.
Domande frequenti
Quanto può essere grande realisticamente un pezzo lavorato con macchine CNC?
Un componente può avere dimensioni pari a quelle consentite dall'area di lavoro e dalla capacità di carico, con spazio extra per l'accesso agli utensili e alle attrezzature. Quando un componente sfrutta la maggior parte della corsa dell'asse o del limite di peso, la gestione delle configurazioni e dei costi diventa molto complessa. Suddividere progetti di grandi dimensioni in componenti più piccoli è spesso più affidabile che realizzare un unico pezzo di grandi dimensioni.
Quanto piccole possono essere le caratteristiche prima che richiedano una microlavorazione?
Le caratteristiche entrano nel campo della microlavorazione quando le loro dimensioni si avvicinano a quelle dell'utensile più piccolo che il vostro fornitore può utilizzare. A quel punto, la rottura dell'utensile e i problemi relativi al materiale influenzano il processo. Quando possibile, progettate fessure strette e fori piccoli per adattarli ai diametri standard dell'utensile, anziché al minimo assoluto.
Qual è lo spessore minimo pratico della parete per la lavorazione CNC?
Uno spessore minimo pratico della parete è quello che consente di sopportare le forze di taglio senza piegarsi eccessivamente. Dipende dal materiale e dall'altezza della parete. Le pareti corte in alluminio possono essere più sottili di quelle alte in acciaio, ma qualsiasi parete con un rapporto d'aspetto elevato è rischiosa. Se sono necessarie pareti molto sottili, si consiglia di aggiungere nervature o di riprogettare il componente in modo che la parete sia supportata durante la lavorazione.
Quanto in profondità possono essere lavorati con precisione fori e cavità?
Fori e cavità sono solitamente limitati dal rapporto profondità/diametro, non solo dalla corsa Z. Per la foratura, profondità pari a circa 10 volte il diametro del foro rappresentano un limite massimo comune. Per la fresatura, la profondità stabile della tasca è solitamente molto inferiore. Le caratteristiche più profonde potrebbero richiedere utensili speciali, cicli di avanzamento o modifiche progettuali per aumentare il diametro o ridurre la profondità.
In che modo le macchine a 3, 4 e 5 assi modificano i limiti dimensionali?
Le macchine multiasse non modificano l'area di lavoro fisica, ma la sfruttano meglio migliorando l'accesso. Una macchina a 4 o 5 assi può ruotare e inclinare il pezzo. Ciò consente a utensili più corti e rigidi di raggiungere più facce e forme complesse. Questo riduce i tempi di preparazione, migliora la precisione e amplia le possibilità di lavorazione con le stesse dimensioni della macchina.
