A usinagem CNC é um método de fabricação de precisão por meio de máquinas-ferramentas controladas por computador. Atualmente, é amplamente utilizada nos setores aeroespacial, automotivo, de dispositivos médicos e outros. Para alcançar uma produção eficiente e de alta qualidade na usinagem CNC, considerações na fase de projeto são cruciais. Este guia de usinagem CNC detalhará os princípios de projeto e métodos de otimização para ajudar projetistas e engenheiros a aumentar a produtividade. reduzir custos e garantir a qualidade e o desempenho das peças.
Índice
Guia de regras básicas para projetos de usinagem CNC
Aqui estão algumas regras básicas a serem seguidas ao projetar usinagem CNC.
- Projete itens que facilitem a usinagem com ferramentas de grande diâmetro para proporcionar velocidades de usinagem mais rápidas. Além disso, o uso de ferramentas especializadas deve ser evitado ao máximo.
- As cavidades não devem ser mais de quatro vezes mais profundas que sua largura, pois isso torna a usinagem um pouco mais complexa.
- Ao criar seu projeto, considere a direção principal suportada pela sua máquina e o número convencional de eixos para minimizar problemas.
- Para evitar erros na escrita gravada, não utilize tamanhos menores que 20 pontos na usinagem.
Guia de Restrições de Projeto para Usinagem CNC
É verdade que a usinagem CNC é adaptável, mas nem todos os projetos são possíveis. Em outras palavras, você deve estar ciente de certas limitações e restrições para obter uma usinagem suave. As duas principais limitações do projeto CNC são:
Geometria da ferramenta
A maioria das ferramentas de corte CNC possui um comprimento de corte fixo. Todas possuem formas e geometrias cilíndricas. Ao remover materiais de uma peça, essas ferramentas de corte conferem seu formato cilíndrico à peça. É por isso que, independentemente do tamanho da ferramenta de corte, os cantos internos de uma peça são sempre arredondados.
Acesso à ferramenta
O acesso às ferramentas torna-se um desafio fundamental ao trabalhar em uma peça com alta relação profundidade/largura. Isso é preocupante, pois as máquinas CNC cortam aplicando ferramentas de corte na peça por cima.
Em outras palavras, seria impossível fresar uma peça que não fosse acessível pelo ângulo superior. A única exceção a essa regra é durante a usinagem de rebaixo de peças usinadas em CNC.
Uma maneira de lidar com essa dificuldade de acesso às ferramentas é alinhar as características da sua peça ou componente com uma das seis direções principais. Além disso, adotar um sistema de usinagem CNC de 5 eixos com forte capacidade de fixação da peça elimina a necessidade de restrições de acesso às ferramentas.
Guia de Projeto de Usinagem CNC
Na área de usinagem CNC, não existe um conjunto de guias padronizados amplamente aceitos. Isso se deve principalmente ao fato de a indústria e as máquinas utilizadas estarem em constante desenvolvimento. No entanto, diversas práticas recomendadas e recomendações ajudarão você a manter a alta qualidade do projeto. Essas recomendações incluem:
Bordas internas
Ao construir bordas internas, certifique-se de que o raio do canto vertical seja de pelo menos um terço da profundidade da cavidade. Se você seguir os raios de canto indicados, poderá usar uma ferramenta de diâmetro com a profundidade de cavidade recomendada.
Um raio de canto ligeiramente maior que o recomendado permite cortar em um caminho circular em vez de um ângulo de 90 graus. Isso permite obter um acabamento de superfície de maior qualidade. Se desejar um ângulo de 90 graus, use um corte inferior em T em vez de reduzir o raio do canto.
Buracos
Os maquinistas podem fazer furos com brocas ou fresas de topo. Use brocas de tamanhos convencionais ao determinar o diâmetro dos furos em seu projeto. Além disso, é melhor medir em unidades métricas ou imperiais.
Tecnicamente, qualquer tamanho maior que 1 milímetro pode ser obtido. Operadores de máquinas utilizam alargadores e ferramentas de mandrilamento para preencher furos com tolerâncias precisas. Para furos menores que 20 milímetros e que exigem alta precisão, recomenda-se um diâmetro padrão.
Ao projetar peças para usinagem CNC, a profundidade máxima recomendada para qualquer furo é quatro vezes o diâmetro nominal, mas 40 vezes esse valor é viável. O diâmetro nominal geralmente é dez vezes a razão.
Tópicos
O menor tamanho de rosca usado para o desenvolvimento de produtos usinados em CNC é o M2, enquanto M6 ou maior é frequentemente o preferido. Os maquinistas podem reduzir o risco de quebra de machos utilizando máquinas de rosqueamento CNC para cortar roscas tão pequenas quanto M6.
O comprimento mínimo da rosca deve ser 1,5 vez o diâmetro nominal, e o comprimento sugerido é três vezes o usual. Para qualquer rosca menor que M6, você deve incluir um comprimento não rosqueado na parte inferior do furo que seja 1,5 vez o diâmetro nominal. Rosquear o furo em todo o seu comprimento é preferível para roscas maiores que M6.
Cavidades e bolsas
Devido ao comprimento de corte limitado das fresas de topo, a profundidade da cavidade padrão da indústria para qualquer projeto é quatro vezes a sua largura. Uma relação profundidade/largura reduzida resultaria em maior evacuação de cavacos, deflexão da ferramenta e vibração.
O seu projeto CNC exige profundidades maiores? Uma solução para esse problema é usar uma profundidade de cavidade variável e um instrumento personalizado.
Texto pequeno ou em alto relevo
Pode ser necessário etiquetar as peças com números de peça ou nomes comerciais. Adicionar texto ao design CNC personalizado fica ótimo, mas leva tempo para processar. Gravação eletroquímica ou marcação a laser geralmente são preferíveis.
Guia de Boas Práticas para Projeto de Peças com Usinagem CNC
Manter as melhores práticas e compreender os fundamentos da usinagem CNC ajuda a garantir peças e produtos de alta qualidade. Com isso em mente, abaixo estão algumas práticas recomendadas para serem seguidas ao projetar peças para usinagem CNC, com base no tipo de usinagem.
Projeto para fresamento CNC
A fresagem CNC é um método de usinagem que envolve a remoção rápida do material da matéria-prima com fresas redondas para obter a forma desejada. As fresadoras existem em uma variedade de designs, variando de três a doze eixos.
Ferramentas de corte comumente usadas
Considere as diversas ferramentas frequentemente disponíveis para fresamento CNC ao desenvolver suas ideias de projeto de componentes CNC, como fresas de topo. Se as características e geometrias necessárias puderem ser produzidas usando ferramentas padrão, o custo e o prazo de entrega da peça serão bastante reduzidos. Portanto, considere os tamanhos padrão das ferramentas ao elaborar seu projeto. Isso ocorre porque raios abaixo do padrão podem levar a problemas de projeto e custos.
Evite cantos internos afiados
Cantos vivos não podem ser obtidos usando uma fresa. A explicação é que a ferramenta de corte empregada neste caso é redonda. Para usar uma fresadora CNC, os cantos precisam ter raios maiores que a fresa utilizada. O ideal é que o diâmetro da ferramenta de corte seja o dobro do raio que ela produz.
Filetes também são necessários quando uma superfície inclinada ou inclinada encontra uma parede vertical ou aresta afiada. A menos que a superfície seja lisa e paralela à ferramenta, uma fresa quadrada ou esférica sempre deixará material entre a parede e a superfície abaixo.
Evite ranhuras profundas e estreitas
Ferramentas longas vibram e desviam com frequência, resultando em um desempenho ruim acabamento de superfíciePortanto, as fresas de topo não devem cortar plásticos a uma profundidade final superior a 15 vezes o seu diâmetro. No corte de alumínio, não deve exceder 10 vezes o seu diâmetro, e no corte de aço, não deve exceder 5 vezes o seu diâmetro.
Por exemplo, um corte de ranhura em um objeto de aço usinado com uma fresa de 0,5" e largura de 0,55" não deve ter profundidade superior a 2,75". Para levar em conta a relação entre o raio interno do filete e o diâmetro da ferramenta, quaisquer raios internos devem exceder 0,25".
Projeto com o maior raio interno possível
Uma fresa maior remove mais material por vez, reduzindo o tempo e os custos de usinagem. Ao projetar, utilize sempre os maiores raios internos autorizados. Sempre que possível, evite raios menores que 0,8 mm.
Faça os filetes um pouco maiores que o raio da fresa, como 0,130" (3,3 mm) em vez de 0,125" (3,175 mm). A fresa percorrerá um caminho mais suave, dando à superfície um polimento mais fino.
Projeto para Torneamento CNC
O torneamento CNC é uma técnica de usinagem que produz peças com simetria axial e formas cilíndricas em um torno. A técnica consiste em manter a peça em um mandril giratório enquanto a ferramenta de corte a corta no formato desejado. Este procedimento de usinagem produz uma superfície mais lisa e tolerâncias mais rigorosas.
Aqui estão algumas recomendações para criar um projeto para corte CNC utilizando uma máquina de torneamento.
Evite cantos internos e externos afiados
Ao projetar para usinagem CNC, é fundamental eliminar cantos vivos, tanto internos quanto externos. Adicionar um raio ao canto interno ajuda a evitar que a ferramenta percorra uma superfície maior. Outro método para evitar cantos internos vivos é inclinar ligeiramente uma parede lateral íngreme. O contorno da máquina com uma única ferramenta de corte de torno pode ser mais eficiente, pois requer menos operações.
Evite peças longas e finas
Evite usar peças longas e torneadas finas, pois elas tendem a girar de forma irregular e a chocalhar contra a ferramenta. Ao criar uma peça longa, tente deixar espaço suficiente para uma broca central na extremidade livre e use uma para manter a peça girando em linha reta. Além disso, como regra geral, a relação comprimento-diâmetro deve ser de 8:1 ou menos.
Evite paredes finas
A remoção excessiva de material, como fresamento, pode causar estresse indevido no componente. Paredes muito finas também reduzem a rigidez. Além disso, paredes estreitas dificultam a manutenção de tolerâncias rigorosas. É por isso que você deve manter a espessura da parede de peças torneadas acima de 0,02 polegadas ao projetar para usinagem CNC.
Simetria de recursos
Cada característica adicionada a uma peça torneada deve ser simétrica em torno do eixo de torneamento. Adicionar geometria ou características com simetria não axial exigirá usinagem e configurações mais complexas. Degraus, cones, chanfros e curvas são ideais para torneamento. Às vezes, é necessário fornecer propriedades com simetria não axial a uma peça torneada, o que pode exigir um procedimento específico. Mesmo quando a simetria é necessária, é possível mantê-la.
Maneiras de otimizar trajetórias de usinagem e reduzir custos
Através do uso criterioso de tolerâncias padrão, otimizando a eficiência de remoção de material e selecionando materiais apropriados, os caminhos de usinagem podem ser otimizados de forma eficaz Reduzir o tempo e os custos de usinagem, garantindo a qualidade e o desempenho das peças. Isso tem implicações importantes para o projeto e o processo de fabricação da usinagem CNC, resultando em uma produção mais eficiente e econômica.
Uso de tolerâncias padrão
Usando tolerâncias padrão pode reduzir significativamente os custos e o tempo de usinagem. Tolerâncias padrão significam que as peças não exigem medições e ajustes excessivamente precisos durante o processo de fabricação, simplificando assim as etapas de usinagem e aumentando a produtividade. Uma tolerância padrão de ±0,1 mm é geralmente recomendada para atender à maioria dos requisitos de projeto sem adicionar custos adicionais de usinagem. Se o projeto exigir maior precisão, a tolerância pode ser reduzida para ±0,02 mm, mas esteja ciente de que isso aumentará o tempo e o custo de usinagem.
Escolhendo o material certo
O escolha do material tem um impacto direto no projeto e no custo da usinagem CNC. Materiais mais macios (como alumínio e plástico) são mais fáceis de usinar do que materiais mais duros (como aço e titânio), pois podem ser usinados em velocidades de corte mais altas e com menor desgaste da ferramenta, resultando em maior velocidade e qualidade da usinagem. Outra vantagem dos materiais macios é que eles se deformam menos durante a usinagem, facilitando a obtenção das tolerâncias e do acabamento superficial necessários. No entanto, também é importante considerar a aplicação final e os requisitos de desempenho ao selecionar um material.
Aumentar a eficiência de remoção de material
Otimizar o projeto para usar tamanhos de ferramentas padrão e reduzir o número de trocas de ferramentas é fundamental para aumentar a eficiência da remoção de material. Ferramentas de tamanho padrão devem ser utilizadas sempre que possível, pois não só são mais facilmente disponíveis, como também mais baratas. Além disso, o projeto deve considerar a redução do número de etapas de usinagem, por exemplo, reduzindo o uso de ferramentas e otimizando caminhos de usinagem para melhorar a eficiência. Os projetos podem tentar padronizar os diâmetros de furos e ranhuras para que várias etapas de usinagem possam ser realizadas com a mesma ferramenta, reduzindo assim o número de trocas de ferramentas e o tempo de ajuste.
Implicações de projeto de geometrias complexas e seleção de materiais
Para melhorar efetivamente a eficiência do projeto e da usinagem de geometrias complexas e garantir a qualidade e a funcionalidade de suas peças, a Yonglihao Machinery compilou uma lista de melhores práticas e considerações para ajudar você a tomar melhores decisões.
Melhores práticas para projetar geometrias complexas
Ao projetar peças com geometrias complexas, há alguns pontos importantes a serem considerados. Primeiro, evite características internas excessivamente complexas, como furos profundos, ranhuras estreitas e cantos internos afiados, que podem tornar a usinagem mais difícil e custosa. Segundo, tente usar filetes internos maiores para minimizar as concentrações de tensões e aumentar a resistência da peça. Além disso, a acessibilidade das ferramentas deve ser considerada durante o projeto para garantir que todas as características possam ser usinadas com ferramentas padrão.
As ferramentas de projeto recomendadas incluem softwares CAD e CAM, como AutoCAD e SolidWorks, que ajudam os projetistas a criar geometrias complexas com precisão e gerar trajetórias de usinagem otimizadas. O uso dessas ferramentas reduz o tempo de tentativa e erro e melhora a precisão e a capacidade de fabricação do projeto.
Precauções
Ao usinar peças com geometrias complexas, você pode encontrar alguns problemas comuns.
Furos profundos e ranhuras estreitas tendem a causar quebra de ferramentas e erros de usinagem. Para evitar esses problemas, reduza a profundidade de cada avanço cortando em etapas e utilize ferramentas especialmente projetadas para melhorar a estabilidade da usinagem. Em segundo lugar, características internas complexas podem impedir que a ferramenta acesse totalmente a superfície usinada, e métodos especiais de usinagem, como máquinas CNC multieixos ou usinagem por eletroerosão (EDM), podem ser considerados.
Diferentes materiais se comportam de forma diferente na usinagem CNC, sendo materiais mais duros, como titânio e aço inoxidável, mais difíceis e caros de usinar, enquanto materiais mais macios, como alumínio e plástico, são mais fáceis de usinar. O projeto deve ser baseado nos requisitos de aplicação da peça e considerar as características de usinagem do material. Por exemplo, o alumínio é fácil de usinar e mais barato, mas pode não ser adequado para aplicações que exigem alta resistência.
Seleção de materiais e suas implicações no projeto
Ao compreender as características de usinagem e os requisitos de design de diferentes materiais, os projetistas podem otimizar o design de peças usinadas em CNC para garantir desempenho e custo-benefício ideais.
Desempenho de diferentes materiais na usinagem CNC
As características de usinagem de diferentes materiais variam muito na usinagem CNC. Os materiais comumente usinados incluem alumínio, aço, titânio e plástico. Ao selecionar um material, deve-se considerar cuidadosamente o ambiente em que a peça será utilizada e os requisitos funcionais. Selecione o melhor material de usinagem.
Alumínio: O alumínio é um dos materiais mais utilizados em usinagem CNC. Caracteriza-se por ser leve, moderadamente resistente e fácil de cortar. O alumínio também possui alta condutividade térmica, o que ajuda a dissipar o calor rapidamente, reduzindo assim o desgaste da ferramenta.
Aço: O aço possui alta resistência e resistência ao desgaste, mas é mais difícil de usinar. A usinagem do aço requer ferramentas mais potentes e velocidades de corte mais baixas, o que aumenta o tempo e os custos de usinagem.
Titânio: O titânio possui altíssima resistência à corrosão e resistência à corrosão, mas é muito difícil de usinar. Sua alta dureza e baixa condutividade térmica causam desgaste rápido das ferramentas, exigindo ferramentas e fluidos de refrigeração especiais.
Plásticos: Materiais plásticos como ABS e policarbonato são fáceis e baratos de usinar. No entanto, os plásticos são menos estáveis termicamente e exigem controle de temperatura durante a usinagem para evitar distorções.
Impacto das propriedades dos materiais no projeto
As propriedades dos materiais têm um impacto direto no design de uma peça. A alta condutividade térmica e a facilidade de usinagem do alumínio permitem geometrias mais complexas, enquanto a alta dureza do aço e do titânio limita a complexidade do projeto. A flexibilidade e a baixa resistência dos plásticos exigem a adição de estruturas de suporte durante o projeto para garantir a estabilidade e a durabilidade da peça. Ao compreender essas propriedades dos materiais, os projetistas podem otimizar seus projetos para maximizar a eficiência do processamento e o desempenho da peça.
Conclusão
Neste artigo, focamos nos princípios básicos de projeto, trajetórias de usinagem otimizadas e seleção racional de materiais no guia de projeto de usinagem CNC. Uma explicação detalhada é fornecida. Evitar o projeto de furos profundos, ranhuras estreitas e ângulos internos agudos pode ajudar a reduzir a dificuldade e o custo da usinagem. O uso de raios internos grandes e tamanhos de ferramentas padrão pode melhorar a eficiência da remoção de material e reduzir o tempo de usinagem. A escolha dos materiais corretos, como alumínio, aço, titânio e plásticos, pode atender às necessidades de diferentes aplicações e melhorar a qualidade das peças.
Seguir esses princípios de projeto e métodos de otimização não só melhora a eficiência e a qualidade da usinagem CNC, como também reduz significativamente os custos de produção. Ao projetar e otimizar adequadamente os caminhos de usinagem, você garante a durabilidade e a funcionalidade das suas peças.
Se você tiver alguma necessidade de guia de usinagem CNC ou precisar de suporte técnico adicional, entre em contato com Yonglihao Machinery, nós fornecemos profissionais peça cnc e lhe forneceremos a melhor solução para garantir a conclusão bem-sucedida do seu projeto!
Perguntas frequentes
O que é usinagem CNC?
CNC significa Controle Numérico Computadorizado, que se refere ao uso de computadores para automatizar máquinas-ferramentas. Isso significa que o processo utiliza programas de computador para controlar máquinas-ferramentas, como tornos, fresadoras e retificadoras. Essa tecnologia melhora a precisão, a eficiência e a consistência da produção de peças e produtos.
Quais são os problemas mais comuns no projeto de usinagem CNC?
Problemas comuns incluem furos profundos e ranhuras estreitas que tornam a usinagem difícil e cara, cantos internos afiados que são difíceis de usinar e má seleção de materiais que afeta a eficiência e a qualidade da usinagem.
Como escolher o material certo para usinagem CNC?
A seleção do material deve ser baseada em uma combinação de requisitos de aplicação e desempenho. O alumínio atende a requisitos de peso leve, o aço a requisitos de alta resistência, o titânio a requisitos de alto desempenho e o plástico a requisitos de baixo custo.
Qual é a melhor maneira de otimizar os caminhos de usinagem CNC?
A otimização de caminhos inclui o uso de tamanhos de ferramentas padrão para reduzir o número de trocas de ferramentas, a redução do uso de ferramentas para otimizar o projeto e o uso de software CAD/CAM para gerar caminhos de usinagem otimizados para melhorar a eficiência.