Como conceber peças para maquinagem CNC

A maquinagem CNC é um dos métodos de fabrico mais eficientes e precisos que existem. No entanto, para obter os melhores resultados, é necessário saber como conceber peças para maquinagem CNC.

Este blogue destina-se a fornecer orientações e melhores práticas para a conceção de peças para maquinagem CNC.

O que é um processo de maquinagem CNC?

Maquinação CNC (Controlo Numérico Computadorizado) é um processo de fabrico subtrativo que pode ser utilizado para criar peças precisas. Começa-se com um bloco sólido de material e as ferramentas de corte removem secções para dar forma ao produto final.

Este método oferece uma elevada precisão e funciona com metais, plásticos e outros materiais. No entanto, uma vez que se baseia em ferramentas de corte, é necessário ter em conta determinadas limitações de conceção para garantir a possibilidade de fabrico.

Quais são as restrições de um projeto CNC?

A maquinagem CNC permite-lhe criar peças complexas, mas existem alguns limites. Estes limites resultam da forma como as ferramentas de corte funcionam e são abordados de seguida.

Geometria da ferramenta

A maioria das ferramentas CNC, como as fresas de topo e as brocas, são cilíndricas e têm um comprimento de corte limitado. Quando a ferramenta remove material, deixa para trás a sua forma. Isto significa que os cantos interiores terão sempre uma aresta arredondada, mesmo que se utilize uma ferramenta muito pequena.

Acesso a ferramentas

As ferramentas CNC cortam diretamente para baixo sobre o material. Se uma parte do seu desenho não puder ser alcançada a partir de cima, não pode ser maquinada. Uma exceção são os cortes inferiores. Estes necessitam de ferramentas especiais e pode aprender mais sobre elas mais tarde.

Para facilitar a maquinagem, tente alinhar orifícios, paredes e outras caraterísticas com uma das seis direcções principais (cima, baixo, frente, trás, esquerda, direita). No entanto, as máquinas CNC avançadas de 5 eixos podem lidar com ângulos mais complexos.

Se tiver caraterísticas profundas e estreitas, a ferramenta precisa de ir mais fundo, o que pode causar mais vibração e menor precisão. Para evitar isto, conceba peças que possam ser maquinadas utilizando a maior ferramenta possível com o menor comprimento possível. Isto torna o processo mais suave e mais preciso.

Rigidez da ferramenta

Na maquinagem CNC, as suas ferramentas de corte são feitas de materiais resistentes como o carboneto ou o tungsténio, que são mais duros do que a peça de trabalho. Mas mesmo as ferramentas fortes podem dobrar-se um pouco durante o corte. Esta curvatura, designada por deflexão da ferramenta, pode causar pequenos erros no seu trabalho.

Se não necessitar de uma precisão extrema, isto pode não ser um grande problema. Mas se estiver a trabalhar num trabalho muito preciso, mesmo uma pequena curvatura pode afetar o resultado final e limitar as suas opções de design.

Rigidez da peça de trabalho

Mesmo que as suas ferramentas de corte sejam muito fortes, podem não funcionar bem em materiais muito resistentes.

Se a peça de trabalho for demasiado rígida, pode tremer ou dobrar durante a maquinagem. Isto pode dificultar a obtenção de resultados exactos, especialmente quando são necessárias tolerâncias muito apertadas.

Forma da peça de trabalho

A forma da sua peça de trabalho afecta a facilidade ou dificuldade de maquinação. Se a forma for demasiado complexa, pode ser necessário parar e ajustá-la muitas vezes, abrandando o processo.

Mesmo que utilize uma máquina avançada, poderá ter de rodar a peça de trabalho várias vezes, tornando a produção menos eficiente. Manter os desenhos simples pode ajudá-lo a poupar tempo e a obter melhores resultados.

Porta-peças

É importante segurar firmemente a peça de trabalho durante a maquinagem. Se alguma parte da sua configuração for fraca, a sua máquina ou ferramenta pode vibrar, reduzindo a precisão.

Se a peça de trabalho se mover durante a maquinagem, cada peça acabada pode sair ligeiramente diferente. Uma configuração sólida ajuda-o a obter sempre os mesmos resultados de alta qualidade.

Diretrizes para um desenho CNC

Ao conceber peças para maquinagem CNC, não existem regras rígidas porque as máquinas e as ferramentas estão sempre a melhorar. Estas diretrizes ajudá-lo-ão a criar desenhos que sejam mais fáceis de maquinar.

Tolerâncias

As tolerâncias definem o quanto o tamanho de uma peça pode variar. A maioria das tolerâncias de maquinagem CNC é de ±0,1 mm, mas são possíveis tolerâncias mais apertadas de ±0,005 mm. Se não for especificada qualquer tolerância, os fabricantes utilizarão as tolerâncias padrão da indústria.

Arestas internas

As arestas internas devem ter um raio de canto que seja pelo menos um terço da profundidade da cavidade. Isto ajuda a ferramenta a cortar suavemente. Aumentar ligeiramente o raio (em cerca de 1mm) permite que a ferramenta siga um caminho circular em vez de fazer uma curva acentuada, o que melhora a qualidade da superfície.

Se precisar de cantos afiados de 90 graus, considere a utilização de um corte inferior em T em vez de diminuir o raio. Os raios do pavimento devem ser de 0,5 mm, 1 mm ou deixados sem raio, uma vez que estes tamanhos funcionam melhor para a maquinagem.

Cavidades e bolsas

As cavidades e bolsas não devem ter uma profundidade superior a quatro vezes a sua largura. As ferramentas de corte têm um comprimento limitado, normalmente três a quatro vezes o seu diâmetro. Se as cavidades forem demasiado profundas, a ferramenta pode dobrar-se e as limalhas podem não sair corretamente, provocando vibrações.

Se precisar de cavidades mais profundas, projecte-as com profundidades variáveis em vez de fazer um único corte profundo. Ferramentas especiais podem cortar cavidades mais profundas do que seis vezes o diâmetro da ferramenta. Por exemplo, uma fresa de topo de 1 polegada de diâmetro pode cortar até 35 cm de profundidade.

Furos

Sempre que possível, os furos devem corresponder aos tamanhos padrão das brocas. Qualquer furo maior do que 1 mm pode ser maquinado, mas a utilização de tamanhos padrão garante uma melhor precisão. A melhor profundidade de furo é quatro vezes o seu diâmetro, embora possam ser efectuados furos mais profundos com brocas especiais.

Normalmente, os furos são efectuados até dez vezes o seu diâmetro, mas as ferramentas especializadas podem ir até quarenta vezes o diâmetro. As brocas deixam os furos cegos com um fundo cónico (ângulo de 135 graus), enquanto as fresas de topo criam furos de fundo plano. A maquinagem CNC não favorece os furos passantes em detrimento dos furos cegos - ambos funcionam bem.

Paredes finas

As paredes finas podem ser difíceis de maquinar porque vibram e reduzem a precisão. Para peças metálicas, as paredes devem ter uma espessura mínima de 0,8 mm e para peças de plástico, uma espessura mínima de 1,5 mm. É possível uma espessura tão fina como 0,5 mm para o metal e 1,0 mm para o plástico, mas isto deve ser verificado cuidadosamente. As peças de plástico podem deformar-se ou amolecer devido ao calor e ao stress.

Fios

As roscas devem ser, pelo menos, de tamanho M1, mas é preferível M6 ou superior. As roscas mais pequenas do que M6 são cortadas com lonas, enquanto as ferramentas de roscar CNC são utilizadas para roscas maiores, uma vez que evitam a quebra da ferramenta. O melhor comprimento de rosca é de pelo menos 1,5 vezes o diâmetro, com um máximo de três vezes o diâmetro.

A maior parte da força numa rosca é absorvida pelos primeiros dentes, pelo que torná-los mais compridos é desnecessário. Se um furo cego for roscado e mais pequeno do que M6, deixe uma secção não roscada na parte inferior igual a 1,5 vezes o diâmetro. Para M6 ou superior, o furo pode ser totalmente roscado.

Pequenas caraterísticas

Pequenas caraterísticas, como pequenos orifícios, devem ter um diâmetro mínimo de 2,5 mm (0,1 polegadas). É possível maquinar orifícios tão pequenos como 0,05 mm (0,005 polegadas), mas isto requer micro-brocas especiais e conhecimentos especializados. A física do corte muda neste tamanho, pelo que, a menos que seja absolutamente necessário, devem ser evitadas caraterísticas muito pequenas.

Caraterísticas altas

As caraterísticas altas são difíceis de maquinar com precisão porque tendem a vibrar. Para minimizar este problema, mantenha a altura não superior a quatro vezes a largura. Também pode melhorar a estabilidade rodando a peça 90° durante a maquinagem, o que altera a relação altura/largura e facilita a maquinagem.

Texto e letras

O texto e as letras devem ser gravados em vez de gravados em relevo, uma vez que a gravação remove menos material. O tamanho de letra recomendado é 20 ou superior, com uma profundidade de, pelo menos, 5 mm. Os tipos de letra sem serifa, como Arial ou Verdana, são ideais porque são amplamente suportados pelas máquinas CNC.

Configurações de máquinas CNC e posicionamento de peças

Ao maquinar uma peça utilizando uma máquina CNC, é frequentemente necessário rodá-la várias vezes para alcançar todas as superfícies. No entanto, cada vez que se roda a peça, a máquina tem de ser recalibrada e tem de ser definido um novo sistema de coordenadas.

Ao conceber uma peça, tenha em conta estes dois aspectos:

• Rodar e realinhar a peça requer trabalho e tempo extra. Se a peça precisar de ser rodada três ou quatro vezes, normalmente não há problema, mas mais do que isso pode ser demasiado.
• Se duas caraterísticas tiverem de ser muito precisas uma em relação à outra, tente maquiná-las na mesma configuração. Sempre que se recalibra, há uma pequena hipótese de erro.

Maquinação CNC de cortes inferiores

Um corte inferior é uma forma numa peça que uma ferramenta de corte normal não consegue alcançar a partir de cima. São necessárias ferramentas especiais para efetuar estes cortes. Existem dois tipos principais: Ranhuras em T e caudas de andorinha. Uma ranhura em T tem um corte horizontal no interior da peça, enquanto uma cauda de andorinha tem cortes angulares, normalmente a 45 ou 60 graus. Os cortes inferiores podem ser efectuados num lado ou em ambos os lados de uma peça.

Uma ferramenta de ranhura em T tem uma lâmina horizontal ligada a um eixo vertical. A largura do corte pode ser entre 3 mm e 40 mm. É melhor utilizar tamanhos comuns, como milímetros inteiros ou fracções de polegadas padrão, para que possa encontrar mais facilmente a ferramenta certa.

Uma ferramenta de cauda de andorinha é medida pelo seu ângulo. Os ângulos mais comuns são 45 e 60 graus, mas também pode encontrar outros ângulos de 5 a 120 graus em passos de 10 graus. Estes ângulos menos comuns são mais difíceis de encontrar.

Conceção de cortes inferiores para maquinagem CNC

Se desenhar uma peça com um rebaixo no interior, certifique-se de que deixa espaço suficiente para a ferramenta encaixar. Uma boa regra é deixar uma folga de pelo menos quatro vezes a profundidade do rebaixo entre as paredes

As ferramentas standard só podem cortar até uma determinada profundidade porque o seu diâmetro de corte é normalmente o dobro do tamanho do veio. Se precisar de um corte inferior especial que uma ferramenta normal não consegue fazer, uma oficina mecânica pode ter de criar uma ferramenta personalizada. Isto leva mais tempo e custa mais dinheiro, por isso tente evitá-lo se puder.

Opções de materiais para maquinagem CNC

A escolha do material correto para maquinagem CNC afecta o custo, a facilidade de maquinagem e a qualidade final. Metais como o alumínio, o aço, o aço inoxidável, o latão, o cobre e o titânio são fortes e duradouros, razão pela qual são ideais para peças de elevada tensão. Também resistem ao calor e à corrosão, o que é útil para muitas indústrias.

Os plásticos são leves, económicos e fáceis de moldar em designs complexos. Alguns, como o acetal (POM), o nylon, o policarbonato (PC), o acrílico (PMMA) e o PEEK, resistem a produtos químicos, pelo que são adequados para ambientes agressivos. Os plásticos funcionam bem quando é necessária flexibilidade e custos mais baixos sem sacrificar a durabilidade.

Acabamento de superfícies para maquinagem CNC

O acabamento da superfície de uma peça CNC afecta o seu aspeto, resistência e desempenho. Um acabamento "como maquinado" tem pequenas marcas de ferramentas, mas pode solicitar uma superfície mais lisa. A decapagem com jato de grânulos dá um aspeto liso e mate, disparando pequenos grânulos sobre a peça. A anodização adiciona uma camada protetora para resistir a riscos, calor e corrosão - o Tipo II oferece uma proteção básica, enquanto o Tipo III é mais duradouro.

O revestimento em pó cria uma camada resistente e colorida através da cozedura de pó seco na peça. Se precisar de algo único, os acabamentos personalizados podem adicionar texturas, cores ou revestimentos especiais. O acabamento correto torna a sua peça mais forte, mais duradoura e com melhor aspeto.

Quais são as melhores práticas de maquinagem CNC?

• Utilize a ferramenta com o maior diâmetro possível para maquinar as suas peças com maior rapidez e precisão.
• Adicione cantos arredondados grandes (pelo menos ⅓ da profundidade da cavidade) a todas as arestas verticais interiores.
• Para evitar problemas de maquinagem, as profundidades das cavidades não devem ser superiores a 4 vezes a sua largura.
• Alinhe as principais caraterísticas do seu desenho com uma das seis direcções principais. Se tal não for possível, considere a maquinagem CNC de 5 eixos.
• Se o seu projeto incluir roscas, tolerâncias ou requisitos de acabamento de superfície, apresente um desenho técnico com notas claras para o operador da máquina.

Como conceber peças para maquinagem CNC Resumo

A maquinagem CNC é uma excelente forma de fabricar peças precisas, mas um bom design torna o processo mais suave e mais económico. Seguindo estas diretrizes simples, pode criar peças que são mais fáceis de maquinar, mais fortes e mais precisas.

Para garantir peças de alta qualidade, contacte DEK. Somos uma empresa de maquinação CNC com anos de experiência no fabrico de peças para diferentes indústrias.

A nossa loja dispõe de uma gama de máquinas CNC, de 3 eixos a 5 eixose uma equipa qualificada de designers, engenheiros e maquinistas. Também o podemos ajudar com as melhores ideias de design de máquinas CNC. Não importa o quão complexo seja o seu projeto, nós podemos lidar com ele.