Con el avance de la tecnología de fabricación moderna, los equipos de mecanizado NC y su sistema CAM de soporte se han utilizado y desarrollado ampliamente.
El núcleo del control de la operación de mecanizado del equipo es la trayectoria de la herramienta (es decir, el modo de desplazamiento de la herramienta) generada por el sistema CAM.
Esto impacta directamente en la precisión de la pieza mecanizada, la rugosidad de la superficie, el tiempo total de mecanizado, la vida útil de la máquina herramienta y, en última instancia, la eficiencia de la producción.
Esta publicación analiza las características distintivas del modo de energía de la herramienta y algunos factores que influyen en su selección. Proporciona una base de referencia para elegir el modo de alimentación de herramientas adecuado basándose en una comparación de los métodos de proceso y los modos de alimentación de herramientas en el proceso de fresado.
1. Modo de alimentación de herramientas
Concepto básico del modo de avance de herramienta.
En el mecanizado NC, el término "modo de planificación de trayectoria de herramienta" se refiere a la forma en que se planifica la trayectoria de herramienta durante el corte de la pieza.
Para procesar la misma pieza, varios métodos de corte pueden cumplir con los requisitos de tamaño y precisión, pero sus eficiencias de procesamiento pueden ser diferentes.
Clasificación de métodos de alimentación de herramientas.
Los métodos de alimentación de herramientas se pueden clasificar en cuatro grupos: desplazamiento de cuchilla unidireccional, desplazamiento de cuchilla alternativo, desplazamiento de cuchilla de corte anular y desplazamiento de cuchilla compuesto. La última categoría, caminar con cuchillo compuesto, es una combinación de los tres primeros métodos.
Estos métodos emplean desplazamiento de herramienta unidireccional o alternativo, lo que se conoce como desplazamiento de herramienta de corte lineal en términos de estrategia de procesamiento.
Por lo tanto, según las diferentes estrategias de mecanizado, los métodos de alimentación de herramientas se pueden dividir en corte en línea, corte en anillo y otros métodos especializados.
El corte de líneas y el corte de anillos son los métodos más utilizados. El procesamiento de corte en línea permite la máxima utilización de la velocidad de avance de la máquina herramienta, lo que conduce a una mejor calidad de la superficie de corte en comparación con el procesamiento de corte de anillos.
Sin embargo, al procesar cavidades planas complejas con múltiples protuberancias que forman múltiples contornos internos, es posible que se requieran acciones adicionales de elevación de herramientas. Esto es necesario para evitar interferencias entre la herramienta y el hombro o para devolver la herramienta al área sin procesar. La herramienta debe elevarse a una altura específica en el plano de mecanizado, trasladarse al comienzo de otra trayectoria de herramienta y luego continuar con el proceso de corte.
La trayectoria de la herramienta para corte lineal consiste principalmente en una serie de líneas rectas paralelas a una dirección fija, lo que simplifica su cálculo. Este método es ideal para acabado de cavidades simples o mecanizado en desbaste para eliminar el exceso de material. Un ejemplo de esto se muestra en la Fig. 1: riel de corte alternativo.
Fig. 1 Riel de corte alternativo
En el corte circular, la herramienta se mueve a lo largo de una trayectoria que tiene un contorno límite similar, que consta de un grupo de curvas cerradas. Esto ayuda a mantener condiciones de corte consistentes al mecanizar piezas.
Sin embargo, el cálculo para el corte de anillos es complejo y requiere mucho tiempo, ya que implica construir el diagrama de anillos actual y cambiarlo continuamente para calcular el siguiente anillo. A pesar de esto, es adecuado para mecanizar cavidades y superficies complejas, como se muestra en la Figura 2: carril de corte circular.
Fig. 2 Riel de corte circular
2. Factores que afectan el modo de alimentación de la herramienta.
Forma y elementos geométricos de la propia pieza.
La geometría y la forma de la pieza, incluida el área de mecanizado y el tamaño y ubicación de las islas, son características inherentes de la pieza que no se pueden cambiar. Estos elementos juegan un papel crucial a la hora de determinar cómo se alimenta la herramienta y son factores fundamentales a considerar.
Ruta del proceso
La ruta del proceso es el método directo para lograr el objetivo de mecanizado y sirve como consideración principal para la selección del modo de corte.
Determina la secuencia de áreas de procesamiento, la combinación y separación de islas y la división entre mecanizado de desbaste, semiacabado y acabado.
Hay muchos tipos de rutas de proceso que pueden lograr el resultado deseado y la elección del modo de desplazamiento de la herramienta varía según la ruta elegida.
Material de la pieza
El material de la pieza también es un factor que influye en la elección del modo de desplazamiento de la herramienta.
El material de la pieza en sí es el objeto directo del procesamiento, pero no afecta directamente el modo de movimiento de la herramienta. Sin embargo, puede afectar la selección del material, el tamaño y el modo de procesamiento de la herramienta, lo que a su vez puede afectar indirectamente el modo de desplazamiento de la herramienta.
La forma y el tamaño de la pieza en bruto determinarán la distribución de las tolerancias de mecanizado en las diferentes partes de la pieza. Además, para piezas con piezas en bruto opcionales, el uso de diferentes tamaños y formas de piezas en bruto puede cambiar el modo de sujeción y la distribución de las áreas de mecanizado, afectando así a la estrategia de mecanizado y dando lugar a diferentes modos de desplazamiento de la herramienta.
Método de fijación y sujeción de la pieza de trabajo.
El método de sujeción y sujeción de la pieza de trabajo también puede afectar indirectamente al modo de desplazamiento de la herramienta. Esto incluye la creación de nuevas “islas” debido a la placa de presión, cambios en el modo de desplazamiento de la herramienta causados por el impacto de las fuerzas de sujeción en los parámetros de corte y la influencia de la vibración en el modo de desplazamiento de la herramienta.
Selección de herramientas de corte.
La selección de herramientas incluye factores como el material de la herramienta, la forma, la longitud y el número de dientes.
Estos parámetros influyen en el área y frecuencia de contacto entre la herramienta y la pieza, afectando así el volumen de material eliminado por unidad de tiempo y la carga de la máquina. Además, la resistencia al desgaste y la vida útil de la herramienta determinan el período de tiempo que se puede utilizar la herramienta.
El tamaño o diámetro de la herramienta tiene un impacto directo en la forma en que se alimenta la herramienta. La elección de herramientas con diferentes diámetros cambiará el tamaño del área residual, cambiará la ruta de mecanizado y dará como resultado diferentes métodos de desplazamiento de la herramienta.
Selección del dominio de mecanizado
En el fresado, cuando las cavidades planas complejas tienen múltiples protuberancias que forman múltiples contornos internos, con frecuencia se producirán acciones adicionales de elevación de la herramienta durante el corte lineal y la trayectoria de mecanizado se alargará en el corte circular. Estas acciones reducen significativamente la eficiencia de corte.
Para minimizar el número de estas ocurrencias, el área de corte se divide en varias subáreas según las necesidades de mecanizado. Las acciones de elevación de herramientas se producen entre estas subáreas. Las subáreas se pueden combinar, dividir o incluso ignorar, según el modo de movimiento de la herramienta. Esto ayuda a reducir el número de acciones de elevación de la herramienta y evita que el recorrido de mecanizado sea demasiado largo.
Además, al seleccionar el modo de desplazamiento de la herramienta más apropiado para cada subárea, se puede mejorar la eficiencia del mecanizado.
3. Selección razonable del modo de alimentación de herramientas.
Principio básico de selección
Se deben tener en cuenta dos factores al elegir el modo de avance de la herramienta: el tiempo de procesamiento y la uniformidad de la tolerancia del mecanizado.
En general, se prefiere el método de corte circular por su margen de mecanizado uniforme, que está determinado por la forma de la pieza. Por otro lado, el método de corte lineal da como resultado un margen de mecanizado no uniforme. Para lograr uniformidad en este caso, la trayectoria circular de la herramienta de corte debe aumentarse alrededor del límite.
Sin embargo, ignorando el requisito de uniformidad, el método de corte en línea tiene una trayectoria de herramienta relativamente corta. Por otro lado, aumentar la trayectoria de la herramienta de corte circular para resolver el problema de la falta de uniformidad puede dar como resultado un tiempo total de mecanizado más prolongado, especialmente para bordes largos, como situaciones de islas múltiples.
Aunque el corte de roscas es más fácil de calcular y requiere menos memoria, también implica más elevación de herramientas. Por el contrario, el corte circular requiere desplazar el límite del anillo varias veces y eliminar los anillos que se cruzan entre sí.
Selección según características de forma.
La forma de la pieza determina la trayectoria de la herramienta en el mecanizado.
Según la naturaleza del objeto que se mecaniza, la pieza se puede clasificar en dos tipos: cavidades planas y superficies de forma libre.
Las cavidades planas normalmente se mecanizan mediante corte lineal. Esto se debe a que la mayoría de piezas de este tipo se crean mediante procesos de corte y fresado, como cajas, bases y otras piezas, que tienen grandes tolerancias de mecanizado. El corte lineal permite el máximo uso de la velocidad de avance de la máquina herramienta, lo que resulta en una mayor eficiencia de mecanizado. Además, la calidad de la superficie producida mediante el corte en línea es mejor que la producida mediante el corte en anillo.
Por el contrario, las superficies de forma libre se suelen mecanizar mediante corte anular. Esto se debe a que estas superficies se funden o moldean en su mayoría mediante procesos regulares, lo que da como resultado una distribución residual desigual y requisitos de alta precisión. Además, en comparación con el corte en línea, el corte en anillo proporciona mejores características de mecanizado de superficies y puede aproximarse mejor a la forma real de la superficie.
Seleccionar según estrategia de mecanizado
El mecanizado de piezas normalmente se divide en tres etapas: mecanizado de desbaste, mecanizado de semiacabado y mecanizado de acabado. Esta división es importante para garantizar la precisión del mecanizado.
En los métodos de procesamiento tradicionales, los límites entre cada paso son claros. Sin embargo, en el fresado NC, estos límites pueden estar menos definidos debido a la capacidad de la máquina herramienta para realizar múltiples funciones. También puede haber superposición entre etapas, como el mecanizado fino realizado durante el mecanizado de desbaste o rastros de mecanizado de desbaste que quedan después del mecanizado de desbaste.
A pesar de esto, todavía es necesario dividir los pasos de mecanizado en el mecanizado NC para garantizar la calidad. Sin embargo, la determinación del contenido de mecanizado para cada paso puede diferir de los métodos tradicionales, ya que el objetivo es reducir el tiempo de sujeción y simplificar el movimiento de la herramienta.
El principal objetivo del mecanizado en desbaste es maximizar la tasa de eliminación de material y preparar el contorno geométrico de la pieza para el semiacabado. Por lo tanto, el corte en línea o los métodos compuestos se utilizan comúnmente para el corte en capas.
El semiacabado tiene como objetivo producir un contorno plano y un acabado superficial uniforme. Para esta fase se suelen utilizar métodos de corte circular.
El objetivo del mecanizado de acabado es producir una pieza que cumpla con los requisitos dimensionales, de precisión de forma y de calidad de la superficie. En función de las características geométricas de la pieza, se utiliza el corte lineal para el interior y el corte anular para bordes y juntas.
Seleccionar según estrategia de programación
Las principales consideraciones para determinar el modo de avance de la herramienta durante la programación son:
- Cumplimiento de los requisitos de precisión de mecanizado y rugosidad superficial de las piezas;
- Acorte la ruta de procesamiento para minimizar el tiempo de inactividad en el recorrido de la herramienta;
- Cálculo numérico simple y reducción del número de segmentos de programa para minimizar el esfuerzo de programación.
Para cavidades planas, se utiliza el corte lineal para dividir el dominio de mecanizado y minimizar el número de elevaciones de la herramienta. Por el contrario, las superficies de forma libre se aproximan en forma de anillos tangentes.
La selección del formato en blanco también afecta a la elección de la programación. Al modificar la forma de la pieza en bruto, el procesamiento de formas que son difíciles de sujetar se puede transformar en un procesamiento de cavidades de corte en línea que es más fácil de sujetar. Alternativamente, el mecanizado de superficies de forma libre se puede cambiar a corte lineal para eliminar espacios más grandes, mejorando así la eficiencia del mecanizado.
