Lo que debe saber al preparar su modelo CAD para fresado CNC

Convertir un modelo CAD en piezas mecanizadas con éxito requiere una cuidadosa consideración de los requisitos de diseño, las capacidades de fabricación y las optimizaciones para evitar problemas con las trayectorias de herramientas. Esta guía cubre los factores clave que los ingenieros deben tener en cuenta al configurar modelos CAD para garantizar un fresado CNC eficiente y preciso.

Diseño de piezas para su fabricación

Diseñar piezas teniendo en cuenta la fabricación desde el principio evita problemas de maquinabilidad:

Evite la complejidad innecesaria

Simplifique la geometría y consolide las funciones siempre que sea posible. Las formas orgánicas complejas normalmente no ofrecen ningún beneficio funcional pero requieren un mecanizado más lento.

Diseño para operaciones mínimas

Reduzca las operaciones secundarias como perforación y roscado incorporando esas características directamente en las operaciones de fresado principales, si es posible.

Estandarizar elementos

Reutilice características, dimensiones y tamaños de componentes comunes en familias de piezas para simplificar los requisitos de fijación y herramientas.

Utilice tamaños de stock estándar

Seleccione tamaños de materia prima que minimicen los cortes requeridos. Considere las capacidades del stock disponible del proveedor y la capacidad interna de corte/sierra.

Cuenta para retención de trabajo y acceso

Asegúrese de que haya una superficie adecuada para la sujeción y un acceso suficiente para que los cortadores eviten colisiones.

Facilitar el desbarbado/acabado

Incluya chaflanes, radios de esquina y ángulos de salida para facilitar las operaciones de limpieza secundaria. Evite bolsillos profundos sin ángulos donde las herramientas no puedan alcanzar.

Minimizar las características delgadas

Las paredes delgadas y las secciones propensas a vibrar deben evitarse o especificarse como áreas no críticas.

Al optimizar los modelos CAD para la fabricación, se reducen el tiempo de programación y los costos de mecanizado, al tiempo que se maximiza la calidad.

Principios de diseño para piezas mecanizadas

Pautas adicionales a seguir al diseñar piezas para fresado CNC:

• Especifique radios internos generosos en las intersecciones para evitar concentraciones de tensión.
• Marque todos los filetes, redondeos y chaflanes para evitar esquinas afiladas que requieran un trabajo de desbarbado adicional.
• Establezca los espesores de pared en incrementos adecuados a los diámetros de cortador disponibles.
• Cuando se necesiten hilos, especifique formas y tamaños de hilo estándar.
• Utilice pernos con resalto en lugar de pasadores para una ubicación más segura y ajustable.
• Evite pequeños agujeros perforados propensos a romper la herramienta; especifique un mínimo de 12 a 15 diámetros de orificio si es posible.
• Para los agujeros, alinee los ejes para permitir el mecanizado directo siempre que sea posible.
• Oriente las características consistentemente para minimizar los accesorios durante el mecanizado.
• Diseñe patrones simétricos para maximizar la vida útil de la herramienta y equilibrar las fuerzas en el husillo.

La incorporación de estas mejores prácticas en los modelos CAD facilitará la programación y el mecanizado.

Modelado de geometrías de piezas con precisión

Crear modelos CAD con precisión es fundamental para el mecanizado CNC:

• Modele las dimensiones nominales de las piezas en valores exactos sin tolerancias. Las tolerancias deben especificarse únicamente en los planos.
• Asegúrese de que los modelos representen la geometría diseñada sin espacios no deseados, defectos de superficie, etc. que hagan tropezar el software CAM.
• Tenga en cuenta el radio de curvatura de las piezas de chapa y el modelo de superficies exteriores estiradas entsprechende.
• Modele roscas, protuberancias, agujeros, etc. en lugar de simplemente colocar agujeros cosméticos en los modelos.
• La geometría de la estructura alámbrica debe coincidir limpiamente con cero espacios en las intersecciones y vértices.
• Las superficies como las paredes laterales de los cilindros y los conos deben ser geométricamente precisas, no facetadas.
• Verifique los modelos con impresiones 2D para verificar que todas las dimensiones se traduzcan con precisión a partir de los dibujos.

Los modelos sólidos precisos son esenciales para una programación CAM perfecta y para entregar piezas mecanizadas correctamente.

Organización de ensamblajes CAD

Estructurar ensamblajes CAD de manera lógica para ayudar a la programación y el mecanizado CAM:

• Convierta cada subcomponente en un archivo de pieza individual al que se haga referencia en el conjunto completo.
• Las piezas deben modelarse en su estado mecanizado final, no como piezas fundidas/dibujos en bruto.
• Oriente todas las piezas de manera consistente con respecto al sistema de coordenadas del ensamblaje principal.
• Establezca los orígenes de las piezas en la referencia del dispositivo para que coincidan con la configuración en la fresadora.
• Modele piezas en contexto de ensamblaje para detectar cualquier interferencia o desalineación.
• Suprima las piezas irrelevantes que no se mecanizan para evitar el desorden y el rendimiento lento de los archivos.

Los conjuntos CAD correctamente construidos garantizan una traducción eficiente y sin errores a las piezas de trabajo terminadas.

Especificación de materiales

Defina los materiales del modelo con precisión para calcular velocidades/avances de herramientas:

• Especifique el grado exacto del material en lugar del tipo de material genérico (por ejemplo, Aluminio 6061 frente a solo Aluminio).
• Incluya datos relevantes del material como dureza, resistencia y propiedades térmicas.
• Para los plásticos, proporcione temperaturas de transición vítrea/fusión, composición química y contenido de relleno.
• Si utiliza acero para herramientas pretemplado, indique su nivel de dureza en el modelo.
• Para piezas fundidas, indique la estructura del grano: fino, medio o grueso.

La información precisa del material optimiza las velocidades y avances generados automáticamente para la vida útil de la herramienta, la potencia y el acabado superficial.

Modelado de elementos fundidos o forjados

Tenga en cuenta los requisitos de los procesos de fundición y forja en modelos:

• Diseñe ángulos de desmoldeo y radios generosos para piezas fundidas para permitir el desmolde.
• Permita que se elimine material adicional alrededor de las áreas forjadas durante las operaciones CNC.
• Modele porosidades, líneas de separación o efectos de enfriamiento típicos de las piezas fundidas para evitar colisiones de herramientas.
• Establezca el calado adecuado en los salientes y agujeros forjados para perforar.
• Verifique la moldeabilidad/formabilidad de los modelos con expertos en fundición/forja durante las revisiones de diseño.

Esto equipa a los programadores CAM con información completa para mecanizar piezas forjadas o fundidas semiacabadas.

Detallando tolerancias críticas

Resalte dimensiones y tolerancias críticas en los modelos:

• Tolerancia de todas las características críticas en los dibujos y marcarlas en modelos mediante anotaciones.
• Tolerancias más estrictas pueden requerir avances más lentos y profundidades de corte conservadoras.
• Afloje las bandas de tolerancia no críticas para un mecanizado más fácil y rápido.
• Evite especificar tolerancias innecesariamente estrictas como +/- 0.005 mm sólo porque suena preciso.
• Considere GD&T (Dimensionamiento y tolerancias geométricas) para tolerancias complejas.

Esto permite a los programadores CAM seleccionar trayectorias de herramientas y sujeción de piezas óptimas para lograr tolerancias clave.

Especificación de acabados de superficie

Indique los requisitos de acabado superficial en el modelo CAD:

• Proporcione el valor del acabado de la superficie (p. ej., 63 μin) o referencia estándar (p. ej., grano #250)
• Considere las marcas de herramientas y los patrones de colocación aceptables para áreas cosméticas no críticas.
• Permita un acabado granulado/piel de naranja en las piezas de plástico si la apariencia no es importante.
• Afloje los estándares de acabado de superficies donde la función lo permita para permitir tasas de eliminación de material más rápidas.
• Los acabados más ajustados pueden requerir avances reducidos, pasos más pequeños y ciclos de encendido.

Las especificaciones precisas de acabado de superficie evitan problemas de mecanizado como ranuras y, al mismo tiempo, optimizan el tiempo del ciclo.

Modelado de fijaciones y sujeción de piezas

Modele los accesorios y prensas reales que se utilizarán junto con las piezas:

• Esto permite comprobar si hay colisiones entre piezas, portapiezas y componentes de la máquina.
• Los accesorios deben ubicarse fuera del origen de la máquina y colocar las piezas para un acceso eficiente a las herramientas.
• Modele abrazaderas, mordazas, correas, etc. para verificar la fuerza de sujeción adecuada y ubicar las piezas con precisión.
• Agregue componentes de fijación como bloques verticales, paralelos, placas angulares, etc. que soportarán las piezas de trabajo.

La simulación de configuraciones evitará problemas como espacio insuficiente para cambios de herramientas o relaciones entre piezas.

Lista de verificación de revisión del modelo CAD

Revise los modelos minuciosamente antes de su lanzamiento para asegurarse de que cumplan con las necesidades de maquinabilidad:

• Todas las características de las piezas basadas en dibujos de ingeniería se modelan con precisión como sólidos.
• Los tamaños de orificios estándar se especifican cuando corresponde.
• Los radios internos mínimos se definen según las mejores prácticas.
• Los ángulos de salida cumplen con los requisitos del proceso de fundición, si corresponde.
• El esquema de referencia coincide con la configuración planificada del dispositivo de fresado.
• Se definen tolerancias críticas y acabados superficiales.
• Piezas/conjuntos estructurados lógicamente para programación CAM.
• Se modelan dispositivos reales para sujetar piezas.

Esta revisión integral del modelo evita demoras, defectos e ineficiencias al fresar piezas.

Conclusión

La preparación de modelos CAD requiere una considerable previsión para evitar problemas durante la programación y el mecanizado CNC. Seguir los principios de diseño de fabricación, modelar piezas con precisión con GD&T adecuado, especificar los requisitos de mecanizado y estructurar los datos de manera adecuada configura a los programadores CNC para una generación eficiente de trayectorias de herramientas. Tomarse el tiempo inicial para desarrollar modelos listos para la fabricación agiliza todo el proceso de desarrollo, desde CAD hasta las piezas fresadas terminadas. Aprovechar la experiencia colectiva de su equipo en diseño, mecanizado y calidad ayuda a desarrollar la capacidad de fabricación de los modelos CAD. Este enfoque inicial de DFM/DFA bien vale la pena para producir componentes mecanizados de alta calidad más rápido y a menor costo.