Linee guida per la progettazione delle macchine CNC: massimizzare i risultati

La lavorazione CNC è un processo di produzione versatile in grado di produrre un'ampia gamma di parti con elevata precisione e ripetibilità.Si tratta di un processo di produzione essenziale per la produzione di parti complesse e di alta precisione per vari settori, tra cui quello aerospaziale, automobilistico, sanitario ed elettronico.

Ma ecco la svolta: raggiungere la perfezione nella lavorazione CNC non è solo una questione di macchinari.È una forma d'arte, che richiede un occhio attento al design e una profonda comprensione del processo.In questa guida sveliamo i segreti della progettazione della lavorazione CNC.Dalle migliori pratiche generali ai suggerimenti su misura per diverse operazioni CNC, stiamo approfondendo come scolpire i tuoi progetti per ottenere le massime prestazioni CNC.Benvenuti nell'intersezione tra innovazione e precisione, dove ogni linea guida che condividiamo è un passo verso l'eccellenza produttiva.

Cos'è la lavorazione CNC?

Nella lavorazione CNC, lo sviluppo di un pezzo procede dal concetto iniziale alla forma fisica attraverso un processo preciso e tecnologicamente avanzato.Inizialmente, un progettista CNC crea il progetto utilizzando un software CAD avanzato.Questo disegno viene successivamente convertito in G-code, il codice direttivo per le macchine CNC.Seguendo questo codice, la macchina CNC utilizza utensili da taglio specializzati per scolpire metodicamente la parte da un blocco solido.

Le macchine CNC come fresatrici verticali e orizzontali e torni possono operare su vari assi.Per creare parti relativamente semplici, le tradizionali macchine a 3 assi possono manipolare le parti lungo tre assi lineari (X, Y e Z).La lavorazione a 5 assi può lavorare lungo i tre assi lineari e attorno a due assi rotazionali per creare componenti più complessi.

Il processo di produzione soggettivo consente la produzione di parti complesse e di alta precisione in vari materiali come metalli, plastica e compositi.Inoltre, è veloce, automatizzato, preciso e scalabile, il che lo rende applicabile nella prototipazione, nella produzione una tantum e nella produzione su larga scala.

Linee guida per la progettazione CNC: suggerimenti per la riduzione dei costi

Comprendere cos'è la lavorazione CNC pone le basi per apprezzare l'importanza di aderire alle pratiche di progettazione.Queste pratiche sono essenziali per ridurre i costi e mantenere un elevato standard di qualità e precisione.

Guide di progettazione comuni per la lavorazione CNC

Evitare superfici non planari e con angoli di sformo

Le superfici non planari e con angolo di sformo sono complesse e impegnative da lavorare, il che può comportare velocità di taglio più lente, tempi di lavorazione più lunghi e una maggiore usura dell'utensile.Inoltre, queste superfici possono rendere più difficile ottenere parti di qualità costante e tolleranze strette.Per evitare superfici non planari e con angoli di sformo nel progetto:

• Utilizzare la geometria semplice e piatta quando possibile.
• Utilizzare raccordi e raggi per ammorbidire gli angoli acuti e ridurre il numero di superfici complesse.
• Incorpora gli angoli di sformo nel tuo progetto per consentire una facile rimozione del materiale e ridurre l'usura dell'utensile durante la lavorazione.

Aumenta la dimensione dei raccordi interni

I raccordi interni sono angoli arrotondati o transizioni all'interno di una parte che possono ridurre le concentrazioni di sollecitazioni e migliorare la resistenza della parte.L'aumento delle dimensioni di questi raccordi migliorerà la qualità e l'efficienza dell'operazione di lavorazione:

• Riduzione delle forze di taglio e dell'usura dell'utensile durante la lavorazione.
• Miglioramento della rimozione dei trucioli e del flusso del materiale durante il taglio.
• Riduce la probabilità di rottura e di usura prematura dell'utensile.
• Miglioramento della finitura superficiale e della qualità delle parti.

Aggiungi sottosquadri agli angoli acuti

I sottosquadri sono rientranze o tacche negli angoli di una parte che consentono un migliore accesso all'utensile e una migliore rimozione del materiale durante la lavorazione.Un design di sottosquadro ottimizzato per la lavorazione CNC:

• Ridurre le forze di taglio e l'usura dell'utensile.
• Migliora la rimozione dei trucioli e il flusso del materiale durante il taglio.
• Ridurre la probabilità di rottura e di usura prematura dell'utensile.
• Migliorare la finitura superficiale e la qualità della parte.

Tuttavia, la creazione di sottosquadri può essere un compito complesso e impegnativo perché può essere difficile da raggiungere utilizzando utensili da taglio standard.Inoltre, per la lavorazione dei sottosquadri potrebbero essere necessari utensili specializzati o lavorazione multiasse.Ridurre al minimo le dimensioni e la complessità dei sottosquadri può aiutare a ottenere risultati migliori.Quando si progettano i sottosquadri è necessario tenere in considerazione quanto segue:

Utilizza tolleranze standard

Le tolleranze standard garantiscono che le parti CNC finite soddisfino le specifiche e i requisiti funzionali desiderati.Tolleranze strette non necessarie possono aumentare i costi e i tempi di lavorazione.

Specificando le tolleranze di lavorazione CNC standard, i produttori possono ridurre la necessità di operazioni secondarie e migliorare l'efficienza complessiva del processo di lavorazione.

Testo e lettere

Quando si crea testo o caratteri, l'utensile deve essere in grado di mantenere larghezza, altezza e spaziatura costanti durante tutto il processo di lavorazione.Qualsiasi variazione di questi fattori può comportare un prodotto finale che non soddisfa le specifiche di progettazione.

È necessario considerare il carattere e la dimensione del testo o dei caratteri.Testi troppo piccoli potrebbero essere difficili da leggere o potrebbero non soddisfare le specifiche desiderate, mentre testi troppo grandi potrebbero causare la deflessione dell'utensile o influenzare l'accuratezza e la precisione del processo di lavorazione.Per affrontare queste sfide, alcune buone pratiche di progettazione consigliate da ingegneri e progettisti:

• Utilizzare caratteri standard adatti al processo di lavorazione
• Evita caratteri eccessivamente complessi o fini
• Specificare una dimensione del carattere più grande
• Scegli un carattere con larghezza, altezza e spaziatura più coerenti
• Considerare attentamente l'orientamento del testo rispetto al pezzo
• Regolare l'utensile di conseguenza per mantenere un'altezza, una spaziatura e una velocità di taglio costanti.

Dimensione parte

Le macchine CNC hanno capacità diverse in base alle loro dimensioni e capacità.Alcune macchine potrebbero essere troppo piccole per accogliere pezzi di grandi dimensioni, mentre altre potrebbero non essere in grado di gestire pezzi troppo piccoli.Di conseguenza, le parti da progettare dovrebbero considerare attentamente la dimensione della parte e scegliere di conseguenza la macchina appropriata.

Oltre alle dimensioni della macchina, anche le dimensioni del pezzo possono influire sulla velocità del processo di lavorazione.Le parti più grandi hanno tempi di lavorazione più lunghi e costi di produzione più elevati perché gli ingegneri devono rimuovere più materiale durante la lavorazione rispetto alle parti più piccole.

Scegli materiale più morbido

I materiali più morbidi sono più facili da lavorare, con conseguenti velocità di taglio più elevate, ridotta usura degli utensili e tempi e costi di lavorazione inferiori.Inoltre, sono meno soggetti a fessurazioni o deformazioni durante il processo di lavorazione, il che migliora la qualità delle parti e riduce i tempi di lavorazione post-lavorazione.Scegliere comunque un materiale morbido solo se la destinazione d'uso e l'applicazione finale del prodotto lo consentono.

Riduci al minimo i cambi utensile e le configurazioni dei supporti

Una maggiore necessità di cambi utensile e di impostazioni di mantenimento del pezzo durante un ciclo di lavorazione porterà a un processo lungo e costoso.Puoi prendere in considerazione i seguenti suggerimenti per ridurre al minimo le modifiche e le impostazioni degli strumenti:

• Parti con caratteristiche e geometrie simili possono essere lavorate a controllo numerico utilizzando un unico utensile da taglio.
• Riduci le configurazioni richieste progettando parti con orientamenti coerenti o utilizzando dispositivi modulari in grado di ospitare più parti.
• Utilizza utensili da taglio multifunzionali in grado di eseguire più operazioni con un unico cambio utensile.

Per parti di fresatura CNC

Mantieniti disponibileUtensili da taglio CNCin mente

L'ottimizzazione delle parti CNC per la riduzione dei costi e dei tempi di consegna implica l'allineamento dei progetti con le funzionalità degli strumenti di fresatura CNC standard.Scegliendo design conformi alle dimensioni e alle capacità di questi strumenti standard, la necessità di strumenti personalizzati o speciali può essere notevolmente ridotta al minimo.

Un esempio pratico è la progettazione dei raccordi interni.È consigliabile evitare specifiche che richiedono un raggio inferiore a quello che gli utensili da taglio CNC standard possono ospitare.La creazione di tali funzionalità richiede il passaggio a strumenti più piccoli, possibilmente personalizzati, che potrebbero comportare un aumento di tempi e costi che potrebbero non giustificare i vantaggi.Pertanto, rimanere entro i limiti delle capacità degli utensili standard è una considerazione chiave per una produzione efficiente di parti CNC.

Evitare angoli interni taglienti

La fresatura CNC presenta limitazioni intrinseche, una delle quali è l'incapacità di creare angoli interni acuti.Questa limitazione deriva dalla forma rotonda degli utensili di fresatura CNC.Per risolvere questo problema, gli ingegneri spesso utilizzano angoli raggiati nei loro progetti.Il raggio di questi angoli deve essere almeno la metà del diametro della fresa.Ad esempio, con una fresa da 1/4", il raggio minimo per i raccordi non deve essere inferiore a 1/8".

Per affrontare la sfida posta dai requisiti degli spigoli vivi nelle parti, vengono impiegati approcci di progettazione specifici.Questi includono:

• Praticare dei fori per “rompere” gli angoli.
• Permettere agli spigoli vivi di adattarsi all'interno della cavità.
• Utilizzo dei raccordi quando le superfici inclinate o sformi incontrano pareti verticali o spigoli vivi.
• L'utilizzo di frese a testa quadra o sferica comporterà sempre la presenza di materiale tra la parete e la superficie, a meno che la superficie non sia piana e normale all'utensile.

Evitare fessure o tasche profonde e strette

Una buona pratica di progettazione prevede che la profondità di taglio finale non superi determinati rapporti in base al materiale da lavorare.Ad esempio, con la plastica, il rapporto non dovrebbe essere superiore a 15 volte il diametro della fresa, l'alluminio non dovrebbe essere superiore a 10 volte e il limite dell'acciaio è 5 volte.Questo perché gli utensili più lunghi sono più suscettibili alla deflessione e alle vibrazioni, il che porta a imperfezioni superficiali.

Inoltre il raggio del raccordo interno dipende anche dal diametro dell'utensile da taglio.Se una fessura larga 0,55" per una parte in acciaio deve essere lavorata a CNC utilizzando una fresa da 0,5", la profondità non deve superare 2,75".Inoltre, le frese a candela con un rapporto lunghezza/diametro elevato possono essere più difficili da ottenere.Pertanto, è consigliabile diminuire la profondità della scanalatura o della lavorazione oppure aumentare il diametro dell'utensile da taglio.

Progettare i raggi interni più grandi consentiti

La dimensione dell'utensile da taglio utilizzato nelle frese CNC dovrebbe essere considerata durante la fase di progettazione.Una taglierina più grande rimuove più materiale in un unico passaggio, riducendo tempi e costi di lavorazione.

Per sfruttare appieno le capacità delle frese più grandi, progettare gli angoli interni e i raccordi con il raggio più ampio possibile, preferibilmente maggiore di 0,8 mm.

Un ulteriore suggerimento è quello di rendere i raccordi leggermente più grandi del raggio della fresa, ad esempio un raggio di 3,3 mm invece di 3,175 mm.Ciò crea un percorso di taglio più fluido e produce una finitura più fine sulla parte lavorata.

Scegli lo spessore adatto

È importante notare che le pareti sottili delle parti possono creare sfide significative nel processo di lavorazione, soprattutto in termini di mantenimento della rigidità e della precisione delle dimensioni.Per evitare queste difficoltà, è possibile progettare pareti con uno spessore minimo di 0,25 mm per i componenti metallici e 0,50 mm per le parti in plastica in quanto possono resistere ai rigori del processo di produzione.

Per pezzi di tornitura CNC

Evitare angoli interni taglienti

Gli angoli interni ed esterni acuti nella progettazione di un pezzo possono rappresentare una sfida durante la lavorazione.Per superare questo problema, si consiglia di:

• Hanno angoli interni arrotondati, fornendo una transizione graduale affinché l'utensile possa muoversi agevolmente.
• Incorporare un leggero angolo nelle pareti laterali ripide per eliminare gli angoli interni acuti.
• Semplifica il processo di lavorazione riducendo il numero di operazioni richieste con un unico utensile.

Evitare pezzi torniti lunghi e sottili

L'instabilità è una preoccupazione comune quando si tratta di pezzi lunghi e torniti sottili.La parte rotante può facilmente sbattere contro l'utensile, creando una finitura imperfetta.Per combattere questo problema, utilizzare i seguenti suggerimenti per la progettazione CNC.

• Incorpora una punta centrale all'estremità e utilizza un centro per mantenere la parte che gira in modo diritto.
• Mantenere il rapporto lunghezza/diametro pari o inferiore a 8:1 per ridurre al minimo il rischio di instabilità durante la lavorazione.

Evitare pareti sottili

Durante un'operazione di tornitura CNC, prestare attenzione alla quantità di materiale da asportare.Una lavorazione eccessiva può provocare sollecitazioni eccessive sulla parte, mentre pareti sottili possono comportare una diminuzione della rigidità e difficoltà nel mantenere tolleranze strette.

Come linea guida, lo spessore delle pareti delle parti tornite deve essere pari ad almeno 0,02 pollici per garantire stabilità e precisione durante il processo di produzione.

Per parti di perforazione

Profondità ottimale del foro

La profondità ideale di un foro dovrebbe bilanciare la stabilità dell'utensile e la resistenza del materiale da lavorare.Una foratura troppo superficiale può provocare un giunto debole e ridurre la capacità di tenuta delle viti, mentre una foratura troppo profonda può causare la rottura o la piegatura della punta del trapano, con conseguente scarsa precisione e finitura superficiale.

Per determinare la profondità ottimale del foro, è necessario considerare la dimensione della punta, la durezza e lo spessore del materiale, la resistenza richiesta per l'applicazione prevista e la stabilità complessiva della configurazione della macchina.Si consiglia di praticare il foro abbastanza in profondità da accogliere la vite o il dispositivo di fissaggio, lasciando del materiale di supporto.Se è necessaria una svasatura, il foro deve essere praticato più in profondità per consentire la svasatura.

Distinguere fori passanti e fori ciechi

Comprendere la differenza tra fori passanti e fori ciechi è importante, poiché entrambi richiedono tecniche e strumenti di perforazione diversi.

Un foro passante è un foro che si estende interamente attraverso il pezzo da un'estremità all'altra.Generalmente è più facile da produrre, poiché la punta deve entrare ed uscire dal pezzo da lati opposti.I fori passanti sono applicabili nel fissaggio, nel montaggio e nell'instradamento di componenti elettrici e meccanici.

I fori ciechi, invece, non attraversano completamente il pezzo e si fermano ad una determinata profondità.Sono applicabili nella creazione di cavità, rientranze o tasche all'interno del pezzo e sono generalmente più difficili da produrre rispetto ai fori passanti.I fori ciechi richiedono punte da trapano CNC e velocità di taglio speciali per garantire che il tagliente non sfonda il fondo del pezzo.

Evitare fori parziali

Un foro parziale si verifica quando la punta non penetra completamente nel materiale e può essere causato da vari fattori come la rottura della punta, una selezione errata della punta o parametri errati come velocità, avanzamento e profondità di taglio.Pertanto, è necessario selezionare la punta giusta, mantenere i parametri corretti e utilizzare il liquido refrigerante per dissipare il calore.

Evitare di perforare le cavità

Durante la perforazione, tenere presente che l'intersezione dei fori con le cavità esistenti nelle parti può comprometterne l'integrità strutturale.È possibile evitare ciò posizionando le punte del trapano lontano dalle cavità esistenti.Tuttavia, se il foro deve attraversare la cavità, una pratica operativa consiste nell'assicurarsi che il suo asse centrale non si intersechi con esso per mantenere la stabilità della parte.

Dimensioni della punta standard di progettazione

Ottimizza il tuo progetto per punte di dimensioni standard per risparmiare tempo e denaro e semplifica la produzione del tuo pezzo da parte delle officine meccaniche senza la necessità di costose attrezzature personalizzate.

Prendi in considerazione l'utilizzo di una dimensione di punta standard come 0,12" invece di una dimensione più precisa ma meno comune come 0,123".Inoltre, prova a limitare il numero di diverse dimensioni di punta utilizzate nella progettazione CNC, poiché più dimensioni aumentano il tempo e lo sforzo necessari per il cambio utensile durante il processo di lavorazione.

Specificare i fori filettati

Un foro filettato consente il fissaggio di bulloni, viti e altri elementi di fissaggio filettati.Assicurati di specificare la profondità corretta della filettatura in modo che il dispositivo di fissaggio filettato abbia un impegno sufficiente per tenere insieme la parte.Più profondo è il filo, più forte è la presa dell'elemento di fissaggio.

Il tipo di materiale può influenzare il tipo di filo.Da un lato, i materiali morbidi potrebbero richiedere una filettatura meno profonda.D'altra parte, i materiali più duri potrebbero richiedere una filettatura più profonda.

Quando si specificano i fori filettati in un disegno, utilizzare richiami di filettatura chiari e precisi per garantire lo standard, il passo e la profondità di filettatura corretti.Garantire uno spazio sufficiente per l'installazione e la rimozione del dispositivo di fissaggio filettato senza legare o strappare la filettatura.

Evita i colpi profondi

Un altro consiglio fondamentale per ottenere risultati accurati e precisi è quello di evitare tocchi profondi.Più lungo è il rubinetto, maggiore è il rischio che vibri e si sposti durante il funzionamento, causando imperfezioni nel prodotto finale.Un rubinetto che supera 3 volte il suo diametro è profondo e può rappresentare una sfida non da poco.

Tuttavia, in molti casi, anche un maschio di 1,5 volte il diametro fornirà un ampio impegno della filettatura, eliminando così la necessità di un maschio profondo.L'utilizzo di maschiature profonde aumenta il rischio di rottura dell'utensile, filettature difettose e diminuzione della precisione, rendendolo un aspetto indesiderato della progettazione della lavorazione CNC.