Las mejores prácticas de diseño para piezas mecanizadas a medida

tiempo: 2017-11-24
Resumen: Para participar con éxito en una máquina CNC, los programas le indican a la máquina cómo debe moverse. Las instrucciones programadas están codificadas usando software de fabricación asistida por computadora (CAM) junto con el modelo de diseño asistido por computadora (CAD) proporcionado por el cliente.
Para participar con éxito en una máquina CNC, los programas le indican a la máquina cómo debe moverse. Las instrucciones programadas están codificadas usando software de fabricación asistida por computadora (CAM) junto con el modelo de diseño asistido por computadora (CAD) proporcionado por el cliente. El modelo CAD se carga en el software CAM y las rutas de herramientas se crean en función de la geometría requerida de la pieza fabricada. Después de determinar las trayectorias de la herramienta, el software CAM crea un código de máquina (código G) que le indica a la máquina qué tan rápido debe moverse, qué tan rápido debe girar el material y / o la herramienta y la ubicación para moverse en una coordenada de 5 ejes. sistema.

Las formas cilíndricas complejas se pueden fabricar de forma más rentable utilizando un torno CNC en comparación con una fresadora CNC de 3 o 5 ejes. Con un torno CNC, las herramientas de corte son estacionarias y el stock de piezas está girando, mientras que en un molino CNC, la herramienta gira y el material se fija. Para crear la geometría, la computadora CNC controla la velocidad de rotación del material así como el movimiento y las velocidades de alimentación de las herramientas estacionarias requeridas para fabricar la pieza. Si las características cuadradas deben crearse en una parte redonda, la geometría redonda se crea primero en el torno CNC y luego las características cuadradas se realizarán en una fresadora CNC.
Debido a que la computadora controla el movimiento de la máquina, los ejes X, Y y Z se pueden mover simultáneamente para producir una variedad de características, desde líneas rectas simples hasta formas geométricas complejas. Existen algunas limitaciones en el mecanizado CNC, y no todas las formas y características se pueden crear incluso con los avances realizados en herramientas y controles CNC. Las limitaciones serán discutidas más tarde.
¿Qué es exactamente el mecanizado controlado por computador numérico (CNC)? Es un medio para hacer piezas mediante la eliminación de material a través de máquinas robóticas de precisión de alta velocidad que utilizan una variedad de herramientas de corte para crear el diseño final. Las máquinas CNC comúnmente utilizadas para crear las formas geométricas requeridas por los clientes son fresadoras verticales, fresadoras horizontales y tornos.

CONTENIDO PATROCINADO
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OCT 20, 2017
Para participar con éxito en una máquina CNC, los programas le indican a la máquina cómo debe moverse. Las instrucciones programadas están codificadas usando software de fabricación asistida por computadora (CAM) junto con el modelo de diseño asistido por computadora (CAD) proporcionado por el cliente. El modelo CAD se carga en el software CAM y las rutas de herramientas se crean en función de la geometría requerida de la pieza fabricada. Después de determinar las trayectorias de la herramienta, el software CAM crea un código de máquina (código G) que le indica a la máquina qué tan rápido debe moverse, qué tan rápido debe girar el material y / o la herramienta y la ubicación para moverse en una coordenada de 5 ejes. sistema.
Las formas cilíndricas complejas se pueden fabricar de forma más rentable utilizando un torno CNC en comparación con una fresadora CNC de 3 o 5 ejes. Con un torno CNC, las herramientas de corte son estacionarias y el stock de piezas está girando, mientras que en un molino CNC, la herramienta gira y el material se fija. Para crear la geometría, la computadora CNC controla la velocidad de rotación del material así como el movimiento y las velocidades de alimentación de las herramientas estacionarias requeridas para fabricar la pieza. Si las características cuadradas deben crearse en una parte redonda, la geometría redonda se crea primero en el torno CNC y luego las características cuadradas se realizarán en una fresadora CNC.
Debido a que la computadora controla el movimiento de la máquina, los ejes X, Y y Z se pueden mover simultáneamente para producir una variedad de características, desde líneas rectas simples hasta formas geométricas complejas. Existen algunas limitaciones en el mecanizado CNC, y no todas las formas y características se pueden crear incluso con los avances realizados en herramientas y controles CNC. Las limitaciones serán discutidas más tarde.

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Tolerancias generales
Si el cliente no ha proporcionado un dibujo o una hoja de especificaciones, una empresa puede proporcionar especificaciones generales a seguir para fabricar un modelo. Estas especificaciones pueden cambiar de una compañía a otra. Además, algunas compañías no tienen tolerancias predeterminadas y requerirán que el cliente proporcione las especificaciones.
La tolerancia para todas las dimensiones será de ± 0.005 in para todas las partes metálicas y de ± 0.010 in para todas las partes de plástico.
El acabado será un acabado tallado a un RMS máximo de 125 micropulgadas.
Si los agujeros roscados no se agregan a la cita y al dibujo proporcionado, no se agregarán a la pieza y se mecanizarán al diámetro especificado en el modelo.
No se aplicará ningún tratamiento superficial (chorro de perlas, anodizado, capa de polvo, etc.) a menos que el cliente lo solicite específicamente.
Para las partes metálicas, las paredes deben tener un espesor mínimo de 0.030 pulgadas (~ 0.75 mm).
Para las piezas de plástico, las paredes deben tener un espesor mínimo de 0.060 pulg. (~ 1.5 mm).

Tolerancias de piezas
La tolerancia es el rango aceptable para una dimensión, que es determinada por el diseñador en función de la forma, el ajuste y la función de una pieza. Es importante tener en cuenta que una tolerancia más estricta puede resultar en un costo adicional debido al aumento de la chatarra, accesorios adicionales y / o herramientas de medición especiales.
Los tiempos de ciclo más largos también pueden aumentar el costo si la máquina necesita reducir la velocidad para mantener tolerancias más estrictas. Dependiendo de la llamada de tolerancia y la geometría asociada a ella, los costos pueden ser más del doble de lo que sería mantener la tolerancia estándar. Las tolerancias más estrictas solo deben utilizarse cuando sea necesario para cumplir los criterios de diseño de la pieza.
Además, las tolerancias geométricas generales se pueden aplicar al dibujo de la pieza. En función de la tolerancia geométrica y el tipo de tolerancia aplicada, el costo puede aumentar debido al aumento de los tiempos de inspección.
La mejor forma de aplicar tolerancias es aplicar tolerancias estrechas y / o geométricas a áreas críticas, lo que ayudará a minimizar los costos.

Limitaciones de tamaño
Molienda
El tamaño de la pieza se limita a las capacidades de la máquina y la profundidad de corte requerida por una función en la pieza. Tenga en cuenta que las dimensiones de un espacio de construcción no equivalen a tamaño de parte. Por ejemplo, un desplazamiento en Z de 38 pulgadas no significa que una pieza se pueda mecanizar a esa profundidad o altura (ver a continuación). Dependiendo del tamaño de la pieza y la característica que se necesite mecanizar, la altura en Z de la pieza deberá ser menor a 38 pulgadas debido a la holgura de la herramienta y la profundidad de corte. Las características y el tamaño de la pieza determinarán la altura mecanizable de la pieza.

Torno
Las capacidades del torno dependerán del espacio de construcción, o el diámetro y la longitud. Una empresa también puede ofrecer un torno de herramientas en vivo, lo que reduce drásticamente los plazos de entrega y aumenta la cantidad de características que se pueden mecanizar mediante la combinación de funciones adicionales de fresado CNC dentro del torno.

Selección de material
La selección del material es fundamental para determinar la funcionalidad y el costo total de la pieza. El diseñador debe definir las características importantes del material del diseño: dureza, rigidez, resistencia química, termo tratabilidad y estabilidad térmica, por nombrar solo algunas.
El espacio en blanco del material es el tamaño del material que se usará para crear la pieza terminada. Por ejemplo, si las dimensiones de la pieza terminada son 3.5 pulgadas de largo x 2 pulgadas de ancho x 1 pulgada de alto, entonces el tamaño de material en blanco en su forma bruta necesitaría tener un mínimo de 3.75 pulgadas de largo x 2.125 pulgadas de ancho x 1.125 pulg. De altura. El espesor del material en blanco es otra área que debe considerarse durante el proceso de diseño.
Una buena regla a seguir es dar cuenta de un espacio en blanco que sea un mínimo de 0.125 pulgadas más grande que el tamaño de la pieza. Por ejemplo, si las dimensiones finales son 1 pulgada × 1 pulgada × 1 pulgada, el espacio en blanco para la pieza sería 1.125 pulg. × 1.125 pulg. × 1.125 pulg. Para tener en cuenta las variaciones en la materia prima . Al diseñar la pieza, considere si la forma, el ajuste y la función de la pieza no se cambiarían si las dimensiones de la parte final fueran 0.875 pulg. × 0.875 pulg. × 0.875 pulg. De esta manera, una pulgada estándar de 1 pulg. x 1 pulg. x 1 pulg. Se puede pedir un bloque y ahorrar algo de costo de material en comparación con un espacio en blanco de inicio más grande.

Rieles
Como regla general, los metales más blandos, como el aluminio y el latón, así como los plásticos, se mecanizan fácilmente y tomarán menos tiempo para eliminar el material, lo que a su vez reduce el tiempo y el costo. Los materiales más duros, como el acero inoxidable y el acero al carbono, se deben mecanizar con RPM del husillo más lentos y velocidades de alimentación de la máquina, lo que aumentaría los tiempos de ciclo en comparación con los materiales más blandos. Como regla general, el aluminio se mecanizará unas cuatro veces más rápido que el acero al carbono, y ocho veces más rápido que el acero inoxidable.
El tipo de material es un controlador crítico para determinar el costo total de la pieza. Por ejemplo, el stock de barra de aluminio 6061 es aproximadamente la mitad del precio por libra de placa de aluminio, y el stock de barra de aluminio 7075 puede ser de dos a tres veces el costo del stock 6061 bar. El costo para el acero inoxidable 304 es de dos a tres veces mayor que el aluminio 6061, y aproximadamente el doble que el acero al carbono 1018.
Dependiendo del tamaño y la geometría de la pieza, el costo del material puede asumir una parte importante del precio total de la pieza. Si el diseño no garantiza las propiedades de un carbono o acero inoxidable, considere usar aluminio 6061 para minimizar el gasto de material.

Plástica
El material plástico puede ser una alternativa menos costosa a los metales si el diseño no requiere la rigidez del metal. El polietileno es fácil de mecanizar y cuesta aproximadamente 1/3 del aluminio 6061. En términos generales, ABS es aproximadamente 1½ veces el costo de Acetal; el nylon y el policarbonato son aproximadamente tres veces el costo del Acetal. Tenga en cuenta que, dependiendo de la geometría, las tolerancias ajustadas pueden ser más difíciles de mantener con los plásticos, y las piezas podrían deformarse después del mecanizado debido a la tensión creada cuando se elimina el material.

Complejidad y limitaciones
Cuanto más compleja es la parte, lo que significa geometría contorneada o múltiples caras que deben cortarse, más costoso es debido al tiempo y tiempo de configuración adicionales para cortar la pieza. Cuando una pieza se puede cortar en dos ejes, la configuración y el mecanizado se pueden realizar más rápido, lo que minimiza el costo.
Para piezas simples de dos ejes, se eliminará más material a medida que la herramienta se mueve alrededor de la pieza que con una parte contorneada. Con una parte más compleja, algunas áreas deberán cortarse con los ejes X, Y y Z moviéndose juntos.
Para crear una superficie compleja con un buen acabado superficial, se necesitarán cortes muy pequeños. Esto aumenta el tiempo y, por lo tanto, el precio de una pieza. Una regla general para ayudar a minimizar el costo es intentar diseñar utilizando solo dos cortes de ejes, pero esto no siempre es posible si se requiere un aspecto o funcionalidad determinados. Mantener las cosas consistentes, como los radios de las esquinas internas y los agujeros roscados, también ayudará a ahorrar tiempo y dinero en las piezas al reducir la necesidad de cambios de herramientas.
Mecanizado del eje ee, se requieren menos configuraciones para crear una pieza con geometría compleja.

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