Cómo diseñar piezas para el mecanizado CNC

Tanto si mecaniza las piezas usted mismo como si las subcontrata, querrá diseñar piezas que puedan mecanizarse fácilmente (de forma barata y rápida) y que, al mismo tiempo, conserven la función prevista. Los errores comunes cometidos durante la fase de diseño pueden dar lugar a un mecanizado posterior innecesariamente costoso, o a que se le devuelva el diseño para que lo revise. Las revisiones en esa fase pueden requerir revisiones de otros componentes, lo que resulta en una cascada de cosas que no querrá hacer ni pagar.

Si tiene en cuenta estas reglas generales desde el principio, se asegurará de que las consideraciones de diseño más habituales para el mecanizado CNC puedan aplicarse durante la fase de diseño, lo que le ahorrará tiempo y, probablemente, mucho dinero y quebraderos de cabeza. Corrija sus errores en el softwareCAD antes de enviarlos a la cadena de procesos.

En el mecanizado CNC, la accesibilidad de la herramienta es una de las principales limitaciones del diseño. Para acceder a todas las superficies del modelo, la pieza debe someterse a varias rotaciones. Cada vez que se gira la pieza, es necesario recalibrar la máquina y establecer un nuevo sistema de coordenadas.

A la hora de diseñar, es fundamental tener en cuenta las configuraciones de la máquina por dos motivos principales:

El número acumulado de configuraciones repercute directamente en el coste. El proceso de rotación y reposicionamiento de la pieza implica la intervención manual, lo que prolonga la duración total del mecanizado. Aunque en general es aceptable que una pieza se gire tres o cuatro veces, ir más allá de esto puede considerarse excesivo.

Para obtener una precisión de posición relativa óptima, es esencial mecanizar dos características en la misma configuración. Esto se debe al error acumulativo menor pero potencialmente significativo que se introduce durante cada fase de recalibrado.

En el mecanizado CNC, la profundidad de las cavidades y cajeras desempeña un papel fundamental en la calidad del producto final. La regla general es tener una profundidad de cavidad cuatro veces mayor que la anchura de la fresa que se va a utilizar. ¿Por qué?

La respuesta está en la naturaleza de las fresas de mango. Estas herramientas, esenciales en el mecanizado CNC, tienen una longitud de corte que suele ser 3-4 veces su diámetro. Cuando la relación profundidad-anchura de una cavidad es menor, problemas como la desviación de la herramienta, la evacuación de virutas y las vibraciones son más pronunciados, lo que puede comprometer la calidad de la pieza mecanizada.

Al mantener la profundidad de la cavidad en torno a cuatro veces su anchura, estos problemas se minimizan, garantizando un resultado de alta calidad. Sin embargo, si su diseño requiere cavidades más profundas, merece la pena explorar piezas con una profundidad de cavidad variable para mantener la integridad estructural.

Para los que se adentran en el fresado de cavidades profundas, donde la profundidad es más de seis veces el diámetro de la herramienta, es esencial contar con herramientas especializadas. Con las herramientas adecuadas, se pueden conseguir profundidades impresionantes: ¡imagínese alcanzar una profundidad de 35 cm con una fresa de 1 pulgada de diámetro!

Los bordes internos, en particular el radio de la esquina vertical, son cruciales en el mecanizado CNC. El valor recomendado es de al menos un tercio de la profundidad de la cavidad. El cumplimiento de esta directriz garantiza la utilización de la herramienta del diámetro adecuado, que se ajusta perfectamente a las directrices de profundidad de la cavidad.

Pero no basta con seguir las directrices. Aumentando ligeramente los radios de las esquinas (incluso en tan sólo 1 mm), la herramienta puede seguir una trayectoria redondeada en lugar de un ángulo agudo de 90 grados. Este sutil cambio puede mejorar significativamente el acabado de la superficie, dando al producto un aspecto pulido. Si su diseño requiere esquinas internas afiladas de 90 grados, integrar un rebaje en T es una decisión inteligente.

El radio del fondo es otro aspecto crítico del diseño CNC. Mientras que las herramientas de fresa tienen normalmente un borde inferior plano o ligeramente redondeado, pueden conseguirse otros radios utilizando herramientas de punta esférica. Para obtener los mejores resultados, se recomienda utilizar un radio de base de 0,5 mm, 1 mm o incluso ningún radio. No se trata de una sugerencia al azar, sino de una preferencia basada en la experiencia de mecanizadores experimentados.

Las paredes finas pueden ser complicadas. Cuanto más fina es la pared, menos rígido es el material. Esta falta de rigidez puede aumentar las vibraciones durante el mecanizado y comprometer la precisión. Esto es especialmente cierto en el caso de los plásticos, que son susceptibles de alabearse debido a las tensiones residuales y al reblandecimiento por las fluctuaciones de temperatura. A título orientativo, se recomienda un grosor de pared mínimo de 0,8 mm para los metales y de 1,5 mm para los plásticos. No obstante, evalúe siempre estos valores en función del proyecto específico y del material utilizado.

Los agujeros, ya sea con fines estéticos o funcionales, son una característica común en las piezas mecanizadas con CNC. Suelen realizarse con brocas o fresas. Los tamaños de las brocas están normalizados, lo que facilita la obtención de resultados uniformes. Para agujeros que exigen tolerancias estrechas, entran en juego los escariadores y las herramientas de mandrinar. Para agujeros de precisión de menos de 20 mm de diámetro, lo mejor es ceñirse a los tamaños estándar.

En cuanto a la profundidad, las directrices son claras. Para diámetros de orificio no estándar, la herramienta elegida son las fresas. Aquí entran en juego las directrices de profundidad máxima de la cavidad. Los agujeros más profundos requieren brocas especializadas, y es esencial tener en cuenta la diferencia en la base del agujero en función de la herramienta utilizada.

Las roscas, tanto internas como externas, forman parte integral de muchas piezas mecanizadas con CNC. Mientras que los machos se encargan de las roscas internas y las terrajas de las externas, las herramientas de roscado CNC son cada vez más populares. Muchos maquinistas las prefieren porque minimizan el riesgo de rotura del macho.

En términos de longitud, los primeros dientes de una rosca soportan la mayor parte de la carga. Por lo tanto, las roscas de más de tres veces el diámetro nominal pueden ser excesivas y a menudo innecesarias.

Para roscas en agujeros ciegos realizadas con machos de roscar (en concreto, los de tamaño inferior a M6), asegúrese de que haya una sección sin roscar en la base del agujero, equivalente a 1,5 veces el diámetro estándar. Sin embargo, cuando se utilizan herramientas de roscado CNC para roscas superiores a M6, se puede roscar toda la profundidad del orificio.

En el mundo del CNC, el tamaño importa. La mayoría de los talleres están equipados para manejar herramientas de hasta 2,5 mm de diámetro. Todo lo que sea más pequeño entra en el ámbito del micromecanizado, que exige herramientas únicas y un profundo conocimiento del proceso de corte a esta escala.

Las tolerancias son los límites aceptables dentro de los cuales puede variar una dimensión. Son cruciales para garantizar que el producto final cumple las especificaciones deseadas. Dependiendo de la geometría de la pieza y de la dimensión base, las tolerancias alcanzables pueden variar. Como pauta general, una tolerancia de ±0,1 mm es típica, pero con herramientas de precisión y experiencia, una tolerancia de ±0,02 mm es factible. Si está mecanizando piezas usted mismo con el softwareCAM , verá de primera mano cómo las tolerancias muy ajustadas pueden aumentar el tiempo de ciclo.

Incorporar texto o letras a un diseño CNC añade un toque de personalización. El texto grabado, que elimina menos material que el texto en relieve, es el método preferido. Para obtener los mejores resultados, se recomienda un tamaño de fuente mínimo de 20 en fuentes sans-serif como Arial o Verdana, dado que muchas máquinas CNC están optimizadas para estas fuentes.