Diseño de piezas CNC

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Serie de vídeos Insight de Protolabs

Los vídeos de la serie Insight de Protolabs le serán de gran ayuda para conocer todos los secretos de la fabricación digital.

Regularmente publicaremos un nuevo vídeo con información detallada sobre cómo diseñar mejores piezas. En ellos trataremos temas específicos, como la elección del material adecuado para la impresión 3D, la optimización del diseño para el mecanizado CNC y los acabados de superficie de las piezas moldeadas.

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Insight: Diseño de piezas CNC

28.02.2020

Transcript

Hoy vamos a ver algunas formas de optimizar el diseño de una pieza para el mecanizado CNC.

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Como sabes, el mecanizado CNC es una excelente manera de obtener prototipos y piezas de producción de forma rápida y económica. Sin embargo, como todo en la vida, tiene ventajas e inconvenientes, y para sacarle el máximo partido hay que crear el diseño pensando en el mecanizado.

Por ejemplo, desde el momento en que empiezas a esbozar ideas, tienes que pensar en la profundidad y el diámetro de los agujeros que vas a hacer.

La razón es que muchos proveedores hacen los agujeros con una fresa radial en lugar de una broca normal. Esto se debe a la gran flexibilidad que ofrece en cuanto a los tamaños de agujeros disponibles con una determinada herramienta, aparte de proporcionar un mejor acabado de superficie que el que se obtiene con una broca.Además, les permite utilizar la misma herramienta para el mecanizado de ranuras y cajeras, lo que acorta los plazos y reduce el coste total.

La única desventaja de todo esto es que los agujeros de más de seis diámetros de profundidad se convierten en un verdadero desafío. Una fresa radial tiene una longitud limitada, así que cualquier añadido puede obligar a mecanizar ambos lados de la pieza. Eso requiere tiempo y dinero.

Otro tipo de mecanizado que suele necesitar brocas es el roscado. Ahora, muchos talleres utilizan machos para cortar roscas internas, pero nosotros usamos un sistema más moderno con una herramienta llamada fresa de roscar.

Esto crea una rosca exacta, y cualquier tamaño de rosca que comparta ese paso se puede cortar con una sola herramienta de fresado, lo que acorta los plazos tanto de producción como de preparación. Esto significa que puedes usar roscas UNC y UNF desde 2 hasta 1/2 pulgada, y roscas métricas desde M2 hasta M12, y todo va a funcionar de maravilla.

A continuación, hablaremos brevemente de letras, logotipos y números. A veces es necesario que la pieza tenga un número de pieza, una descripción o un logotipo grabado en ella. En este caso, debes asegurarte de que el diseño va a funcionar sin problemas con el fresado.

En la práctica, esto significa que el espacio entre los caracteres y el trazo utilizado para «escribirlos» debe medir al menos medio milímetro, y que el texto debe estar grabado y no en relieve. Marcarlo en la pieza es mucho más fácil que quitar todo lo que tiene a su alrededor. Además, lo ideal es que el tamaño del texto sea de 20 puntos o más, con una fuente sencilla sans-serif, como la Arial.

Lo siguiente que hay que tener en cuenta es la altura de las paredes y el tamaño de los elementos. Incluso las herramientas más fuertes se doblan un poco, igual que los materiales cuando se mecanizan, y por eso la altura de las paredes y los tamaños de los elementos que se pueden conseguir dependen mucho de la geometría de cada pieza.

El grosor mínimo de los elementos con los que trabajamos en Protolabs es de 0,5 mil, y la profundidad máxima de los elementos es de 51 mil. Sin embargo, incluso teniendo esto en cuenta, no significa que se pueda crear un disipador térmico acanalado usando esas dimensiones. No va a funcionar.

Bien, hasta aquí, todo lo que no se puede hacer, o que como mínimo debería evitarse. Hablemos ahora de algunas de las cosas interesantes que se pueden hacer con el mecanizado CNC moderno.

Por ejemplo, se puede realizar el torneado CNC con herramientas motorizadas. Los juegos de herramientas utilizados en estas máquinas permiten realizar agujeros descentrados, ranuras, partes planas y otros elementos que pueden mecanizarse de forma paralela o perpendicular al eje «largo» de la pieza de trabajo torneada.

La diferencia está en la forma de la materia prima, más que en el conjunto de herramientas en sí. Las piezas torneadas, como ejes y pistones, se crean a partir de un material redondo, mientras que las piezas fresadas, como por ejemplo los mandriles, las cajas de instrumentos y las tapas de válvulas, usan bloques cuadrados o rectangulares.

Además, ahora podemos ofrecer un fresado indexado de 5 ejes, que permite hacer algunos diseños sensacionales.

Con el fresado convencional de 3 ejes, la pieza de trabajo se agarra desde la parte inferior del bloque de materia prima mientras que todos los elementos de la pieza se cortan desde la parte superior. Por lo tanto, cada lado de la pieza requiere una preparación aparte y solo se pueden mecanizar las partes superior e inferior.

Con el fresado indexado de 5 ejes, la pieza se puede girar tanto en el eje X como en el Y, y se indexa en 90 grados en cualquier ángulo —o en varios ángulos, o en ángulos compuestos—. Esto permite posiciones verdaderamente complejas. Las matemáticas y la geometría que se utilizan al planificar el fresado de estas piezas son realmente impresionantes.