Usinagem CNC É muito flexível. No entanto, cada componente tem limites de tamanho físico. Estes são definidos pela área de trabalho, pelo curso dos eixos e pelo tamanho mínimo permitido para ferramentas e recursos.
Compreender esses limites desde o início permite projetar peças melhores. Suas peças se encaixarão nas máquinas disponíveis e manterão as tolerâncias corretas, evitando retrabalho ou redesenhos dispendiosos. Este artigo aborda os limites dimensionais para engenheiros, analisando o envelope da peça, os limites do processo e as dimensões mínimas dos recursos. Também explica o que alterar no projeto ao se aproximar desses limites.
Como o tamanho da peça afeta os resultados da usinagem CNC
O tamanho da peça afeta quais máquinas Você pode usar. Isso também afeta a rigidez com que você pode segurar a peça de trabalho. Isso dificulta o controle das tolerâncias. Uma peça pequena que se encaixa bem dentro da área de trabalho é fácil de fixar. É simples de alcançar e finalizar em uma ou duas configurações.
À medida que uma peça fica mais comprida, larga ou alta, a fixação torna-se mais difícil. Muitas vezes, são necessárias configurações adicionais. Isso aumenta a variação e o custo. Peças muito pequenas apresentam um problema diferente. Entramos no mundo da microusinagem. Aqui, ferramentas minúsculas e baixa rigidez tornam o processo muito mais complexo.
Restrições gerais de tamanho
Para entender a capacidade dimensional real de uma máquina CNC, você precisa observar principalmente três restrições: a área de trabalho, o deslocamento dos eixos X/Y/Z e o alcance efetivo da ferramenta.
Área de trabalho CNC e dimensões da máquina
O envelope de trabalho CNC é o espaço 3D que uma máquina pode usinar. Ele define o tamanho máximo da peça para uma única configuração. Para uma fresadora, isso corresponde ao seu curso nos eixos X, Y e Z. Para um torno, corresponde ao diâmetro máximo de giro e à distância entre centros.
Você também precisa de espaço para dispositivos de fixação, grampos e movimentação segura da ferramenta. Uma peça pode tecnicamente caber de acordo com suas dimensões. Mas, se não houver espaço para dispositivos de fixação ou trajetórias da ferramenta, ela ainda será grande demais na prática.
Deslocamento dos eixos (X/Y/Z) e dimensões máximas da peça
O deslocamento dos eixos é o movimento linear de cada eixo. Ele define numericamente a área de trabalho. Os deslocamentos em X e Y limitam o comprimento e a largura máximos da peça. O deslocamento em Z limita sua altura útil após considerar a espessura da fixação e o comprimento da ferramenta.
Se uma peça for maior do que o curso de qualquer eixo, você tem duas opções. Pode dividir o projeto em partes menores ou usiná-la em várias configurações. Cada configuração extra aumenta o risco de desalinhamento. Também torna mais difícil manter tolerâncias rigorosas, como ±0,01 mm em elementos longos.
Alcance da ferramenta, folga do porta-ferramentas e limites na direção Z
O alcance da ferramenta é a profundidade máxima que uma fresa pode atingir mantendo a precisão e evitando colisões. Mesmo com um grande curso no eixo Z, a ferramenta geralmente limita a profundidade efetiva. O comprimento da ferramenta, o tamanho do porta-ferramentas e a geometria próxima são os principais fatores que influenciam essa limitação.
Uma regra comum é manter a profundidade de fresagem entre 3 e 4 vezes o diâmetro da fresa. Isso garante um corte estável. Ferramentas mais longas são possíveis, mas aumentam a vibração, a deflexão e o custo. Devem ser usadas apenas quando absolutamente necessário.
Limites de tamanho específicos do processo: fresagem, torneamento e furação
Para a mesma geometria de peça, a fresagem, o torneamento e a furação têm faixas de tamanho e limites de trabalho muito diferentes, por isso é importante compreender os limites de capacidade típicos de cada processo CNC separadamente.
Fresamento CNC
Em moagem, O tamanho da mesa e o curso dos eixos limitam o volume da peça. Este é o maior volume de peça que você pode fixar e usinar em uma única configuração. A peça e seu dispositivo de fixação devem caber na mesa e também devem estar dentro do limite de peso da máquina.
A usinagem de cavidades profundas e paredes altas geralmente é limitada pelo alcance e rigidez da ferramenta, e não pela máquina em si. Peças largas e rasas são mais fáceis de manusear. Carcaças estreitas e profundas podem causar problemas de estabilidade e qualidade da superfície se o projeto não for ajustado.
Torneamento CNC
Para virando, A distância entre centros define o comprimento máximo de um eixo. Ele deve ser suportado entre o fuso e a contraponta. Se a peça for mais longa, você precisará de uma máquina maior ou de uma alteração no projeto. Ao planejar seu projeto, utilize uma Cotação online para torneamento CNC Essa ferramenta pode ajudá-lo a avaliar rapidamente a viabilidade e o custo de usinagem da sua peça dentro dessas restrições.
O diâmetro máximo sobre o barramento e o diâmetro máximo sobre o carro transversal definem o diâmetro máximo de rotação. Este é o maior diâmetro que a ferramenta pode atingir e que ainda permite sua operação. O diâmetro útil é um pouco menor que esses valores para garantir a folga necessária. Flanges ou discos grandes podem ter seu diâmetro limitado, mesmo que sejam curtos.
Perfuração CNC
Na furação, o volume de trabalho limita o tamanho total da peça. O comprimento e a rigidez da broca limitam a profundidade do furo. Um limite seguro é cerca de 10 vezes o diâmetro da broca. Acima desse limite, a remoção de cavacos e a deflexão tornam-se problemas significativos.
O diâmetro mínimo do furo depende da broca de menor diâmetro confiável. Quando os furos estão na faixa de microfuração, outros fatores se tornam críticos. Estes incluem a excentricidade do fuso, o fornecimento de fluido de corte e a consistência do material. Os tempos de ciclo também aumentam consideravelmente.
Dimensões mínimas da estrutura, espessura da parede e profundidade da cavidade.
Questões comuns de projeto, como "isso é muito pequeno, muito fino ou muito profundo?", essencialmente se resumem a saber se o tamanho mínimo do elemento, a espessura mínima da parede e a profundidade da cavidade permanecem dentro de uma faixa de engenharia estável.
Dimensões mínimas de características e considerações sobre microusinagem
A dimensão mínima da peça é definida pelo diâmetro da ferramenta, pela precisão da máquina e pela estabilidade da fixação. Ranhuras muito estreitas, nervuras finas ou degraus minúsculos exigem fresas pequenas. Essas fresas são menos rígidas e mais sensíveis à excentricidade da ferramenta.
Quando a dimensão de uma característica se aproxima do diâmetro da ferramenta, entramos no território da microusinagem. Nesse ponto, pequenas alterações na configuração ou no material podem causar grandes erros. É melhor manter as dimensões das características bem acima do mínimo teórico, a menos que a função da peça exija isso.
Paredes finas
Paredes finas são limitadas pela sua capacidade de flexão sob as forças de corte. Se uma parede se flexiona durante a usinagem, ela retorna à sua forma original posteriormente. Isso causa alterações dimensionais, mesmo com uma trajetória de ferramenta perfeita.
A espessura mínima prática da parede depende da rigidez do material e da altura da parede. Paredes curtas de alumínio podem ser mais finas do que paredes altas de aço. No entanto, qualquer parede com uma alta relação de aspecto representa um risco. Adicionar reforços, reduzir a altura sem suporte ou engrossar áreas-chave pode ajudar a manter a estrutura dentro dos limites de segurança.
Cavidades e buracos profundos
Os limites de profundidade são definidos pela relação entre a profundidade da cavidade e o diâmetro da ferramenta. Uma cavidade muito profunda e estreita comporta-se como um tubo longo, amplificando cada vibração e dificultando a remoção de cavacos.
Para fresamento, atingir profundidades maiores que alguns diâmetros de ferramenta exige táticas especiais. Isso pode incluir passes escalonados ou o uso de ferramentas longas apenas para acabamento. Para furação, furos muito profundos geralmente requerem ciclos de furação intermitente ou refrigeração interna da ferramenta. Você também pode precisar alterar o projeto para permitir diâmetros maiores ou profundidades menores.
Diretrizes de projeto dentro das limitações de tamanho da CNC
Existe uma clara discrepância entre o que é teoricamente usinável no papel e o que é robusto e econômico na prática, e preencher essa lacuna exige otimizações de projeto direcionadas à divisão de peças, orientação de fixação e alocação de tolerâncias e detalhes estruturais.
Divisão de peças grandes e aplainamento de juntas
Quando uma peça é grande demais para as máquinas disponíveis, dividi-la em partes costuma ser a melhor opção. Cada peça menor pode ser adaptada para caber em uma máquina e dispositivo de fixação padrão.
Posicione as juntas onde as tolerâncias sejam mais fáceis de manter. Utilize recursos de montagem como pinos de localização ou ressaltos. Isso reduz o risco de erros de empilhamento e mantém você dentro de limites de tamanho realistas.
Orientação de peças e uso de usinagem multieixos para melhorar o acesso.
A orientação inteligente de peças pode facilitar muito um trabalho difícil. Girar o modelo no dispositivo de fixação pode reduzir suas dimensões X ou Y. Também pode expor detalhes para que você possa alcançá-los com ferramentas mais curtas.
As máquinas de 4 e 5 eixos aprimoram isso adicionando eixos de rotação. Elas permitem usinar múltiplas faces sem a necessidade de fixar a peça novamente. Isso proporciona melhor acesso dentro da mesma área de trabalho e reduz o número de preparações.
Ajustando tolerâncias e características para corresponder à capacidade da máquina.
Tamanho e tolerância estão interligados. É mais fácil manter uma precisão de ±0,01 mm em um detalhe pequeno próximo a um ponto de fixação. É muito mais difícil em um detalhe longo que abrange a maior parte do curso do eixo. Nesse caso, problemas como retilineidade, dilatação térmica e deflexão da ferramenta se acumulam.
Durante o projeto, utilize tolerâncias rigorosas apenas onde forem realmente necessárias. Utilize tolerâncias gerais, como as da norma ISO 2768, para todo o resto. Simplificar pequenos detalhes e flexibilizar as tolerâncias em grandes áreas pode trazer o projeto de volta a um processo estável e econômico.
Lista de verificação rápida para limitações de tamanho no projeto:
- A peça e o dispositivo de fixação cabem dentro da área de trabalho e do limite de peso da máquina?
- Os bolsos e buracos profundos estão dentro de proporções razoáveis entre profundidade e diâmetro?
- As dimensões mínimas dos elementos são compatíveis com os diâmetros das ferramentas padrão?
- As paredes finas são suficientemente rígidas para o material e a altura da parede?
Como as limitações de tamanho influenciam o custo e a seleção de máquinas
As dimensões da peça e a escala das características não apenas determinam se uma peça pode ser usinada em uma determinada máquina CNC, mas também influenciam a seleção da classe da máquina, a complexidade da fixação e o custo unitário, portanto, devem ser avaliadas logo no início do planejamento do processo e da elaboração de orçamentos.
Correspondência entre o tamanho da peça e a classe da máquina (pequena/média/grande)
O tamanho da peça geralmente determina se você precisa de uma máquina CNC pequena, média ou grande. Máquinas menores geralmente têm custos por hora mais baixos. Elas também são mais baratas para configurar. Manter a peça pequena geralmente reduz o custo.
Se um projeto exigir fresadoras de pórtico muito grandes ou tornos de alta resistência, espere custos mais elevados. Isso é verdade mesmo que você não utilize toda a capacidade extra. Essas máquinas têm necessidades de fixação mais complexas.
Impacto de peças superdimensionadas em configurações, dispositivos de fixação e reposicionamento
Peças que estão próximas dos limites de curso do eixo ou do tamanho da mesa precisam de dispositivos de fixação especiais. Elas também exigem múltiplas posições de fixação. Cada configuração extra aumenta o tempo e a probabilidade de pequenos desalinhamentos.
Peças pesadas também exigem um controle cuidadoso da carga na mesa e da distribuição do peso. Ignorar a capacidade de carga da máquina pode prejudicar a precisão e reduzir sua vida útil, mesmo que a peça seja tecnicamente adequada.
Equilíbrio entre tolerâncias rigorosas, tamanho e tempo de usinagem
Grandes partes com tolerâncias apertadas São as peças mais difíceis de usinar. Manter tolerâncias pequenas em longas distâncias exige avanços mais lentos e cortes mais leves. Os operadores podem precisar de mais trajetórias de ferramenta e mais inspeções. Tudo isso aumenta o tempo de ciclo.
Se possível, ampliar as tolerâncias em componentes grandes pode reduzir significativamente o tempo de usinagem e o desperdício. Discuta essas compensações com seu parceiro de usinagem o quanto antes. Essa é a maneira mais rápida de equilibrar funcionalidade e custo.
Conclusão
As limitações dimensionais na usinagem CNC vão além das dimensões da mesa. Elas englobam fatores como área de trabalho, curso dos eixos, alcance da ferramenta e tamanho mínimo da peça. Também incluem a espessura da parede e níveis de tolerância realistas. Projetar considerando esses limites torna a usinagem mais previsível e econômica, além de reduzir significativamente o risco de retrabalho em fases avançadas do processo.
No Yonglihao Machinery, Na [Nome da Empresa], analisamos cada projeto cuidadosamente. Mapeamos a geometria da peça em relação às capacidades reais do nosso equipamento. Verificamos a área de trabalho, a distância entre centros, o diâmetro máximo sobre o barramento, o alcance da ferramenta e as opções de fixação. Fazemos isso antes de definir o processo e o projeto do dispositivo de fixação. Essa abordagem nos ajuda a manter as peças dentro dos limites de tamanho viáveis. Também nos permite oferecer qualidade estável e prazos de entrega ágeis. Se você está avaliando se uma peça é adequada para usinagem CNC, revise esses limites de tamanho com seu parceiro de usinagem o quanto antes. Essa é a maneira mais rápida de evitar retrabalho, controlar custos e garantir a viabilidade de fabricação do projeto.
Perguntas frequentes
Qual o tamanho máximo que uma peça usinada por CNC pode ter na prática?
Uma peça pode ter o tamanho que a área de trabalho e a capacidade de peso permitirem, com espaço extra para dispositivos de fixação e acesso às ferramentas. Quando uma peça utiliza a maior parte do curso dos eixos ou do limite de peso, o gerenciamento de configurações e custos torna-se muito difícil. Dividir projetos grandes em peças menores costuma ser mais confiável do que fabricar uma única peça enorme.
Qual o tamanho mínimo que os detalhes podem ter antes de exigirem microusinagem?
As características entram no âmbito da microusinagem quando suas dimensões se aproximam da menor ferramenta que seu fornecedor consegue produzir. Nesse ponto, a quebra da ferramenta e os problemas com o material controlam o processo. Sempre que possível, projete ranhuras estreitas e furos pequenos que correspondam aos diâmetros padrão das ferramentas, em vez de usar o mínimo absoluto.
Qual é a espessura mínima de parede ideal para usinagem CNC?
Uma espessura mínima prática para paredes é aquela que suporta as forças de corte sem deformar-se excessivamente. Isso depende do material e da altura da parede. Paredes curtas de alumínio podem ser mais finas do que paredes altas de aço, mas qualquer parede com alta relação de aspecto é arriscada. Se você precisar de paredes muito finas, considere adicionar reforços ou redesenhar a peça para que a parede seja suportada durante a usinagem.
Qual a profundidade máxima que pode ser usinada com precisão em furos e cavidades?
Furos e cavidades geralmente são limitados pela relação entre profundidade e diâmetro, e não apenas pelo deslocamento no eixo Z. Para furação, profundidades em torno de 10 vezes o diâmetro do furo são um limite superior comum. Para fresagem, a profundidade estável da cavidade geralmente é muito menor. Elementos mais profundos podem exigir ferramentas especiais, ciclos de avanço intermitente ou alterações no projeto para aumentar os diâmetros ou reduzir as profundidades.
Como as máquinas de 3 eixos, 4 eixos e 5 eixos alteram as limitações de tamanho?
As máquinas multieixos não alteram o espaço físico de trabalho, mas o utilizam melhor, melhorando o acesso. Uma máquina de 4 ou 5 eixos pode rotacionar e inclinar a peça. Isso permite que ferramentas mais curtas e rígidas alcancem múltiplas faces e formas complexas. Consequentemente, há uma redução nas configurações, um aumento na precisão e um aumento nas possibilidades de usinagem com o mesmo tamanho de máquina.
