Diretiva de Projeto de Máquinas CNC: Maximizar seus resultados

A usinagem CNC é um processo de fabricação versátil que pode produzir uma ampla gama de peças com alta precisão e repetibilidade.É um processo de fabricação essencial para a produção de peças complexas e de alta precisão para vários setores, incluindo aeroespacial, automotivo, saúde e eletrônico.

Mas aqui está a diferença: alcançar a perfeição na usinagem CNC não envolve apenas o maquinário.É uma forma de arte que exige um olhar atento para o design e uma compreensão profunda do processo.Neste guia, desvendamos os segredos do projeto de usinagem CNC.Desde práticas recomendadas gerais até dicas personalizadas para diferentes operações CNC, estamos nos aprofundando em como esculpir seus projetos para obter o máximo desempenho do CNC.Bem-vindo à intersecção entre inovação e precisão, onde cada diretriz que compartilhamos é um passo em direção à excelência na fabricação.

O que é usinagem CNC?

Na usinagem CNC, o desenvolvimento de uma peça avança desde o conceito inicial até a forma física através de um processo preciso e tecnologicamente avançado.Inicialmente, um projetista CNC cria o projeto usando software CAD avançado.Este design é posteriormente convertido em código G, o código diretivo para máquinas CNC.Seguindo este código, a máquina CNC utiliza ferramentas de corte especializadas para esculpir metodicamente a peça a partir de um bloco sólido.

Máquinas CNC, como fresadoras verticais e horizontais e tornos, podem operar em vários eixos.Para criar peças relativamente simples, as máquinas tradicionais de 3 eixos podem manipular peças ao longo de três eixos lineares (X, Y e Z).A usinagem de 5 eixos pode trabalhar ao longo de três eixos lineares e em torno de dois eixos rotacionais para criar componentes mais complexos.

O processo de fabricação subjetivo permite a produção de peças complexas e de alta precisão em vários materiais, como metais, plásticos e compósitos.Além disso, é rápido, automatizado, preciso e escalável, o que o torna aplicável em prototipagem, produção única e produção em larga escala.

Diretrizes de projeto CNC: dicas para redução de custos

Compreender o que é usinagem CNC estabelece a base para apreciar a importância de aderir às práticas de design.Essas práticas são essenciais para reduzir custos e manter um alto padrão de qualidade e precisão.

Guias de projeto comuns para usinagem CNC

Evite superfícies não planas e com ângulo de saída

Superfícies não planas e com ângulo de inclinação são complexas e difíceis de usinar, o que pode resultar em velocidades de corte mais lentas, tempos de usinagem mais longos e maior desgaste da ferramenta.Além disso, essas superfícies podem dificultar a obtenção de peças com qualidade consistente e tolerâncias rígidas.Para evitar superfícies não planas e com ângulo de inclinação em seu projeto:

• Use geometria simples e plana sempre que possível.
• Use filetes e raios para suavizar cantos vivos e reduzir o número de superfícies complexas.
• Incorpore ângulos de inclinação em seu projeto para permitir fácil remoção de material e reduzir o desgaste da ferramenta durante a usinagem.

Aumente o tamanho dos filetes internos

Filetes internos são cantos arredondados ou transições dentro de uma peça que podem reduzir as concentrações de tensão e melhorar a resistência da peça.Aumentar o tamanho desses filetes melhorará a qualidade e a eficiência da operação de usinagem ao:

• Reduzindo as forças de corte e o desgaste da ferramenta durante a usinagem.
• Melhorando a remoção de cavacos e o fluxo de material durante o corte.
• Reduzindo a probabilidade de quebra e desgaste prematuro da ferramenta.
• Melhorando o acabamento superficial e a qualidade da peça.

Adicionar cortes inferiores aos cantos agudos

Rebaixos são reentrâncias ou entalhes nos cantos de uma peça que permitem melhor acesso à ferramenta e melhor remoção de material durante a usinagem.Um projeto de corte inferior otimizado para usinagem CNC irá:

• Reduza as forças de corte e o desgaste da ferramenta.
• Melhore a remoção de cavacos e o fluxo de material durante o corte.
• Reduza a probabilidade de quebra e desgaste prematuro da ferramenta.
• Melhore o acabamento superficial e a qualidade da peça.

No entanto, criar rebaixos pode ser uma tarefa complexa e desafiadora porque pode ser difícil alcançá-los com ferramentas de corte padrão.Além disso, podem ser necessárias ferramentas especializadas ou usinagem multieixos para usinar rebaixos.Minimizar o tamanho e a complexidade dos cortes inferiores pode ajudar a obter melhores resultados.O seguinte deve ser levado em consideração ao projetar cortes inferiores:

Use tolerâncias padrão

As tolerâncias padrão garantem que as peças CNC acabadas atendam às especificações e requisitos funcionais desejados.Tolerâncias estreitas desnecessárias podem aumentar o custo e o tempo de usinagem.

Ao especificar tolerâncias padrão de usinagem CNC, os fabricantes podem reduzir a necessidade de operações secundárias e melhorar a eficiência geral do processo de usinagem.

Texto e Letras

Ao criar texto ou letras, a ferramenta deve ser capaz de manter largura, altura e espaçamento constantes durante todo o processo de usinagem.Qualquer variação nesses fatores pode resultar em um produto final que não atenda às especificações do projeto.

Você precisa considerar a fonte e o tamanho do texto ou das letras.Textos muito pequenos podem ser difíceis de ler ou podem não atender às especificações desejadas, enquanto textos muito grandes podem causar deflexão da ferramenta ou afetar a exatidão e precisão do processo de usinagem.Para enfrentar esses desafios, algumas boas práticas de projeto recomendadas por engenheiros e projetistas:

• Use fontes padrão adequadas ao processo de usinagem
• Evite letras excessivamente complexas ou finas
• Especifique um tamanho de fonte maior
• Opte por uma fonte com largura, altura e espaçamento mais consistentes
• Considere cuidadosamente a orientação do texto em relação à peça de trabalho
• Ajuste a ferramenta de acordo para manter altura, espaçamento e velocidade de corte consistentes.

Tamanho da peça

As máquinas CNC têm capacidades variadas com base em seu tamanho e capacidade.Algumas máquinas podem ser pequenas demais para acomodar peças grandes, enquanto outras podem não ser capazes de lidar com peças muito pequenas.Como resultado, as peças a serem projetadas devem considerar cuidadosamente o tamanho da peça e escolher a máquina apropriada de acordo.

Além do tamanho da máquina, o tamanho da peça também pode impactar a velocidade do processo de usinagem.Peças maiores têm um tempo de usinagem mais longo e custos de produção mais elevados porque os engenheiros precisam remover mais material durante a usinagem em comparação com peças menores.

Escolha um material mais macio

Materiais mais macios são mais fáceis de usinar, resultando em velocidades de corte mais rápidas, menor desgaste da ferramenta e menores tempos e custos de usinagem.Além disso, são menos propensos a trincas ou deformações durante o processo de usinagem, o que melhora a qualidade da peça e reduz o tempo de processamento pós-usinagem.No entanto, só escolha um material macio se o uso pretendido e a aplicação final do produto o permitirem.

Minimize as alterações de ferramentas e configurações de fixação

Uma maior necessidade de trocas de ferramentas e configurações de retenção de trabalho durante um ciclo de usinagem levará a um processo demorado e caro.Você pode considerar as dicas a seguir para minimizar alterações e configurações de ferramentas:

• Peças com características e geometrias semelhantes podem ser usinadas CNC usando uma única ferramenta de corte.
• Reduza as configurações necessárias projetando peças com orientações consistentes ou usando acessórios modulares que podem acomodar diversas peças.
• Use ferramentas de corte multifuncionais que podem realizar diversas operações com uma única troca de ferramenta.

Para peças de fresamento CNC

Mantenha-se disponívelFerramentas de corte CNCem mente

A otimização de peças CNC para redução de custos e prazos de entrega envolve o alinhamento dos projetos com os recursos das ferramentas de fresamento CNC padrão.Ao escolher designs que estejam em conformidade com os tamanhos e capacidades dessas ferramentas padrão, a necessidade de ferramentas personalizadas ou especiais pode ser significativamente minimizada.

Um exemplo prático é o dimensionamento de filetes internos.É aconselhável evitar especificações que exijam um raio menor do que as ferramentas de corte CNC padrão podem acomodar.A criação de tais recursos exige a mudança para ferramentas menores e possivelmente personalizadas, o que pode levar a um aumento de tempo e custos que podem não justificar os benefícios.Portanto, permanecer dentro dos limites das capacidades padrão da ferramenta é uma consideração fundamental para a produção eficiente de peças CNC.

Evite cantos internos afiados

A fresagem CNC tem limitações inerentes, uma das quais é a incapacidade de criar cantos internos vivos.Esta limitação surge do formato redondo das ferramentas de fresagem CNC.Para navegar nisso, os engenheiros costumam usar cantos arredondados em seus projetos.O raio desses cantos precisa ser pelo menos metade do diâmetro da fresa.Por exemplo, com uma fresa de 1/4”, o raio mínimo para os filetes não deve ser inferior a 1/8”.

Para enfrentar o desafio dos requisitos de cantos vivos nas peças, são empregadas abordagens de projeto específicas.Esses incluem:

• Fazer furos para “quebrar” os cantos.
• Permitindo que bordas afiadas caibam na cavidade.
• Usar filetes quando superfícies inclinadas ou inclinadas encontram paredes verticais ou arestas vivas.
• O uso de fresas quadradas ou esféricas sempre resultará em material entre a parede e a superfície, a menos que a superfície seja plana e normal à ferramenta.

Evite slots ou bolsos profundos e estreitos

Uma boa prática de projeto é que a profundidade final de corte não exceda certas proporções baseadas no material a ser usinado.Por exemplo, com plásticos, a proporção não deve ser superior a 15 vezes o diâmetro da fresa de topo, o alumínio não deve ser superior a 10 vezes e o limite do aço é de 5 vezes.Isso ocorre porque ferramentas mais longas são mais suscetíveis a deflexões e vibrações, levando a imperfeições superficiais.

Além disso, o raio interno do filete também depende do diâmetro da ferramenta de corte.Se uma ranhura de 0,55” de largura para uma peça de aço for usinada CNC usando uma fresa de topo de 0,5”, então a profundidade não deverá exceder 2,75”.Além disso, fresas de topo com alta relação comprimento/diâmetro podem ser mais difíceis de obter.Portanto, é aconselhável diminuir a profundidade da ranhura ou recurso ou aumentar o diâmetro da ferramenta de corte.

Projete os maiores raios internos permitidos

O tamanho da ferramenta de corte utilizada nas fresadoras CNC deve ser considerado durante a fase de projeto.Uma fresa maior remove mais material em uma passagem, reduzindo o tempo e os custos de usinagem.

Para aproveitar ao máximo as capacidades das fresas maiores, projete seus cantos internos e filetes com o maior raio possível, de preferência maior que 0,8 mm.

Uma dica adicional é fazer os filetes um pouco maiores que o raio da fresa de topo, como um raio de 3,3 mm em vez de 3,175 mm.Isso cria um caminho de corte mais suave e produz um acabamento mais fino na peça usinada.

Escolha a espessura adequada

É importante notar que paredes finas em peças podem criar desafios significativos no processo de usinagem, especialmente em termos de manutenção da rigidez e precisão das dimensões.Para evitar essas dificuldades, pode-se projetar paredes com espessura mínima de 0,25 mm para componentes metálicos e 0,50 mm para peças plásticas, pois podem suportar os rigores do processo de fabricação.

Para peças de torneamento CNC

Evite cantos internos afiados

Cantos internos e externos afiados em um projeto de peça podem ser um desafio durante a usinagem.Para superar esse problema, é recomendado:

• Possuem cantos internos arredondados, proporcionando uma transição gradual para que a ferramenta se mova suavemente.
• Incorpore um ligeiro ângulo nas paredes laterais íngremes para eliminar cantos internos afiados.
• Simplifique o processo de usinagem reduzindo o número de operações necessárias com uma única ferramenta.

Evite peças torneadas longas e finas

A instabilidade é uma preocupação comum quando se trata de peças torneadas longas e finas.A parte giratória pode facilmente bater na ferramenta, criando um acabamento imperfeito.Para combater isso, use as seguintes dicas de design CNC.

• Incorpore uma broca central na extremidade e use um centro para manter a peça girando em linha reta.
• Mantenha a relação comprimento/diâmetro igual ou inferior a 8:1 para minimizar o risco de instabilidade durante a usinagem.

Evite paredes finas

Durante uma operação de torneamento CNC, esteja atento à quantidade de material que está sendo usinado.A usinagem excessiva pode resultar em tensão indevida na peça, enquanto paredes finas podem resultar em diminuição da rigidez e dificuldade em manter tolerâncias rígidas.

Como orientação, a espessura da parede das peças torneadas deve ser de no mínimo 0,02 polegadas para garantir estabilidade e precisão durante o processo de fabricação.

Para peças de perfuração

Profundidade ideal do furo

A profundidade ideal de um furo perfurado deve equilibrar a estabilidade da ferramenta e a resistência do material a ser usinado.Perfurar muito raso pode resultar em uma junta fraca e reduzir o poder de fixação dos parafusos, enquanto perfurar muito fundo pode quebrar ou dobrar a broca, levando a baixa precisão e acabamento superficial.

Para determinar a profundidade ideal do furo, você deve considerar o tamanho da broca, a dureza e espessura do material, a resistência necessária para a aplicação pretendida e a estabilidade geral da configuração da máquina.Recomenda-se fazer o furo com profundidade suficiente para acomodar o parafuso ou fixador, deixando algum material para suporte.Se for necessário um escareador, o furo deverá ser perfurado mais profundamente para permitir o escareamento.

Distinguir furos passantes e furos cegos

Compreender a diferença entre furos passantes e furos cegos é importante, pois ambos requerem diferentes técnicas e ferramentas de perfuração.

Um furo passante é um furo que se estende inteiramente através da peça de trabalho, de uma extremidade à outra.Geralmente é mais fácil de produzir, pois a broca deve entrar e sair da peça em lados opostos.Os furos passantes são aplicáveis ​​na fixação, montagem e roteamento de componentes elétricos e mecânicos.

Os furos cegos, por outro lado, não atravessam toda a peça e param em uma profundidade específica.Eles são aplicáveis ​​na criação de cavidades, reentrâncias ou bolsas dentro da peça de trabalho e geralmente são mais difíceis de produzir do que furos passantes.Furos cegos requerem brocas CNC especiais e velocidades de corte para garantir que a aresta de corte não rompa a parte inferior da peça.

Evite buracos parciais

Um furo parcial ocorre quando a broca não penetra totalmente no material e pode ser causado por vários fatores, como quebra da broca, seleção incorreta da broca ou parâmetros incorretos, como velocidade, avanço e profundidade de corte.Portanto, você deve selecionar a broca certa, manter os parâmetros corretos e usar refrigerante para dissipar o calor.

Evite perfurar cavidades

Ao perfurar, lembre-se de que a interseção de furos com cavidades existentes nas peças pode comprometer sua integridade estrutural.Você pode evitar isso posicionando as pontas de perfuração longe das cavidades existentes.Porém, se o furo perfurado tiver que cruzar a cavidade, uma prática de trabalho é garantir que seu eixo central não cruze com ele para manter a estabilidade da peça.

Tamanho de broca padrão de projeto

Otimize seu projeto para tamanhos de broca padrão para economizar tempo e dinheiro e facilitar a produção de sua peça pelas oficinas mecânicas sem a necessidade de ferramentas personalizadas dispendiosas.

Considere usar um tamanho de broca padrão como 0,12” em vez de um tamanho mais preciso, mas menos comum, como 0,123”.Além disso, tente limitar o número de diferentes tamanhos de broca usados ​​em seu projeto CNC, pois vários tamanhos aumentam o tempo e o esforço necessários para trocas de ferramentas durante o processo de usinagem.

Especifique furos roscados

Um orifício roscado permite a fixação de parafusos, porcas e outros fixadores roscados.Certifique-se de especificar a profundidade correta da rosca para que o fixador rosqueado tenha engate suficiente para manter a peça unida.Quanto mais profunda a linha, mais forte será a aderência do fixador.

O tipo de material pode afetar o tipo de rosca.Por um lado, materiais macios podem exigir uma rosca mais rasa.Por outro lado, materiais mais duros podem necessitar de uma rosca mais profunda.

Ao especificar furos roscados em um desenho, use legendas de rosca claras e precisas para garantir o padrão, passo e profundidade corretos da rosca.Garanta espaço suficiente para a instalação e remoção do fixador roscado sem prender ou descascar a rosca.

Evite toques profundos

Outra dica crucial para obter resultados exatos e precisos é evitar toques profundos.Quanto mais comprida for a torneira, maior o risco de ela vibrar e se desviar durante o funcionamento, causando imperfeições no produto final.Uma torneira que exceda 3 vezes o seu diâmetro é profunda e pode representar um desafio significativo.

No entanto, em muitos casos, mesmo um macho com 1,5 vezes o diâmetro proporcionará um amplo encaixe da rosca, eliminando assim a necessidade de um macho profundo.O uso de machos profundos aumenta o risco de quebra da ferramenta, roscas defeituosas e diminuição da precisão, tornando-se um aspecto indesejável do projeto de usinagem CNC.