En menos de 15 minutos, aprenderás todo lo que necesitas saber para diseñar piezas optimizadas para el mecanizado CNC: desde reglas de diseño para maquinabilidad hasta consejos de reducción de costos y pautas de selección de materiales.
Tabla de contenidos
Restricciones de diseño de mecanizado CNC
Las restricciones de diseño en el mecanizado CNC son un resultado natural de la mecánica del proceso de corte y, en particular:
Herramienta de geometría
La mayoría de las herramientas de corte de mecanizado CNC tienen una forma cilíndrica con un extremo plano o esférico, lo que restringe las geometrías de las piezas que se pueden producir.
Por ejemplo, las esquinas verticales internas de una pieza CNC siempre tendrán un radio, sin importar cuanto sea de tamaño la herramienta de corte utilizada.
Acceso a la herramienta
Las superficies que no pueden ser alcanzadas por la herramienta de corte, no pueden ser mecanizadas por CNC.
Esto impide, por ejemplo, la fabricación de piezas con geometrías internas ‘ocultas’ y pone un límite a la profundidad máxima de una perforación.
Rigidez de la pieza de trabajo
Debido a las fuerzas de corte y las temperaturas desarrolladas durante el mecanizado, es posible que la pieza de trabajo se deforme o vibre.
Esto limita, por ejemplo, el espesor mínimo de pared que puede tener una pieza mecanizada por CNC y su aspecto final.
Rigidez de la herramienta
Al igual que la pieza de trabajo, la herramienta de corte también puede desviarse o vibrar durante el mecanizado. Esto da como resultado tolerancias más flojas e incluso la rotura de la herramienta.
El efecto se acentúa cuando aumenta la relación entre la longitud y el diámetro de la herramienta de corte y es la razón por la cual las cavidades profundas no pueden mecanizarse fácilmente con el CNC.
Reglas de diseño para mecanizado CNC
En la siguiente tabla, resumimos cómo estas restricciones se traducen en reglas de diseño accionables.
Cavidades y bolsillos
Profundidad recomendada: 4 x ancho de la cavidad
Profundidad factible: 10 x diámetro de herramienta o 25 cm
Las cavidades más profundas deben mecanizarse con herramientas de corte de un diámetro mayor que alcance los bordes internos.
Bordes internos
Recomendado: mayor que ⅓ x profundidad de la cavidad
Para bordes verticales internos, cuanto más grande sea el filete, mejor.
Los bordes en el fondo de una cavidad deben ser afilados o tener un radio de 0,1 mm o 1 mm.
Espesor de pared mínimo
Recomendado: 0,8 mm (para metales)
Viable: 0,5 mm
Recomendado: 1,5 mm (para plásticos)
Viable: 1,0 mm
La disminución del grosor de la pared reduce la rigidez de la pieza de trabajo, aumenta las vibraciones y disminuye las tolerancias alcanzables.
Los plásticos son especialmente propensos a la deformación y el ablandamiento térmico, por lo que es necesario un espesor de pared mínimo mayor.
Agujeros
Diámetro recomendado: tamaños de broca estándar
Profundidad recomendada: 4 x diámetro nominal
Max. profundidad: 10 x diámetro nominal
Se prefieren los orificios con diámetro estándar, ya que pueden mecanizarse con una broca estándar. Los agujeros ciegos mecanizados con un taladro tendrán un piso cónico.
Los orificios con diámetro no estándar se mecanizarán con una herramienta de fresado de extremos y deben tratarse como cavidades (consulta la regla anterior). Los agujeros ciegos mecanizados con una herramienta de fresado final serán planos.
Pequeñas características
Diámetro mínimo del agujero:
Recomendado: 2,5 mm (0,1 »)
Viable: 0,05 mm (0,005 »)
La mayoría de los talleres mecánicos podrán mecanizar con precisión cavidades y agujeros utilizando herramientas de hasta 2,5 mm (0,1 ») de diámetro.
Cualquier cosa por debajo de este límite se considera micro-mecanizado. Se requieren herramientas especializadas (microtaladros) y conocimiento experto para mecanizar tales características (la física del proceso de corte cambia en esta escala), por lo que se recomienda evitarlas a menos que sea absolutamente necesario.
Tolerancias
Estándar: ± 0,125 mm (0,005 »)
Típico: ± 0,025 mm (0,001 »)
Viable: ± 0,0125 mm (0,0005 »)
Las tolerancias definen los límites para una dimensión aceptable. Las tolerancias alcanzables varían según la dimensión de la base y la geometría de la pieza. Los valores anteriores son pautas razonables.
Si no se especifican tolerancias, la mayoría de los talleres usarán la tolerancia estándar de ± 0,125 mm (0,005 »).
Texto y letras
Recomendado: tamaño de fuente 20 (o más grande), 5 mm grabado.
Se prefiere el texto grabado sobre el texto en relieve, ya que se elimina menos material.
Se recomienda utilizar una fuente Sans-Serif (como Arial o Verdana) con un tamaño de al menos 20 puntos.
Muchas máquinas CNC tienen rutinas preprogramadas para estas fuentes.
Configuraciones de la máquina y orientación de piezas
Se mencionó anteriormente que el acceso a herramientas es una de las principales limitaciones de diseño en el mecanizado CNC. Para alcanzar todas las superficies del modelo, la pieza de trabajo debe girarse varias veces.
Por ejemplo, la parte de la imagen de arriba debe rotarse tres veces en total: dos veces para mecanizar los agujeros a lo largo de las dos direcciones y una tercera vez para acceder a la parte posterior de la parte.
Cada vez que se gira la pieza de trabajo, la máquina debe recalibrarse y hay que definir un nuevo sistema de coordenadas.
Es importante pensar en las configuraciones de la máquina al diseñar por dos razones:
- El número total de configuraciones de la máquina afecta el costo. Girar y realinear la pieza requiere trabajo manual y aumenta el tiempo total de mecanizado. Esto a menudo es aceptable si la parte necesita ser rotada hasta 3-4 veces, pero cualquier cosa por encima de este límite es excesiva.
- Para lograr la máxima precisión, se deben mecanizar dos características en la misma configuración. Esto se debe a que el nuevo paso de llamada introduce un error pequeño (pero no despreciable).
Y hasta aquí nuestro artículo sobre reglas de mecanizado CNC valido para todo tipo de fresadoras CNC.
Artículo de la web 3dhubs.com