En la industria automotriz y aeroespacial comúnmente encontramos piezas geométricamente complejas sobre todo en la fabricación de dados y moldes, en los cuales el tiempo de mecanizado según sea el tamaño y forma anda en el rango de las 1200 a 3800 horas y de las cuales un tiempo considerable (47% al 72%) es destinado en el acabado de las superficies. (sme.org)

¿Cómo calificas los acabados de tus piezas mecanizadas? ¿Las sometes a procesos adicionales de pulido o sandblasting? ¿Lograr acabados superficiales de gran precisión es costoso y tardado?

Cualesquiera que hayan sido tus respuestas, lograr un excelente acabado en el maquinado es tarea que necesita toda nuestra atención, pues son varios parámetros que influyen. En este blog abordaremos los aspectos más comunes a considerar cuando se trata de calidad y tiempo de mecanizado.

En la práctica, una operación de maquinado para un molde o cualquier pieza que tenga geometría de superficies involucra cuatro secuencias de maquinado:

Primero, una operación de planeado (face milling) para “escuadrar” las dimensiones del stock de material, las trayectorias para esta operación son básicas y no implicaran mayor detalle.

La segunda secuencia de operación es usualmente un fresado de volumen (desbaste) mejor conocido como VoluMill en CAMWorks que remueve material en gran cantidad a alta velocidad. Enseguida es un fresado local el cual esencialmente es remoción de material a menor escala, removiendo el material remanente de la operación anterior con un cortador de menor tamaño, también conocido como Rest Machining o bien Z-Level.

La secuencia final es el maquinado de superficies (acabado), es considerada la operación más importante para superficies dado que los remanentes o bien el tamaño de Scallop (cresta) determina la calidad de la superficie, más delante definiremos este parámetro.

Teniendo como base estas 4 etapas, veamos en mayor profundidad cada una de ellas, considerando las potentes herramientas que CAMWorks brinda en cada etapa de la programación.

Desbaste en 2.5 ejes

CAMWorks cuenta con un excelente motor de trayectorias para desbaste en fresado de 2.5 ejes, que permite recortar los tiempos de ciclo, y ajustar las trayectorias a la geometría prismática de tus piezas, entre las trayectorias más conocidas se encuentran, Zig, Zigzag, Pocket in, Pocket out, Spiral in, Spiral out, Plunge rough, Offset rough.

La selección entre una u otra trayectoria muchas veces viene definida en base a las mejores prácticas del programador, sin embargo, la mejor trayectoria (en cuanto a tiempo de ciclo) puede variar en base a las características geométricas de la pieza, por ejemplo, si se tienen formas cilíndricas un método Spiral ha de ajustarse mejor que una trayectoria Zig o Zigzag y viceversa una estrategia Zigzag puede ajustarse mejor a cajas rectangulares a diferencia de un método Spiral.

Ejemplo: Operación de desbaste, diámetro de herramienta y avance idénticos. Estrategia Zigzag mayor longitud de camino de herramienta y tiempo de mecanizado. Estrategia Spiral Out, menor longitud de camino de herramienta y tiempo de mecanizado.

El ejemplo anterior pudiera decirnos que siempre será asi, sin embargo, el comportamiento puede variar como ya mencionamos debido a la geometría por lo que es irrelevante decir que una estrategia es mejor que otra, todo dependerá también de la experiencia del programador y las mejores practicas del piso de trabajo.

Desbaste 2.5 ejes avanzado

Para preparar el fresado en 3 ejes simultáneos es primero necesario remover el volumen de material y aproximar las dimensiones haciendo un fresado en 2.5 ejes, y para ello utilizamos estrategias mas avanzadas a las anteriores como: Area Clearance, Z-Level y Flat Area.

Acabado en 3 Ejes simultáneos

Las capacidades que brinda CAMWorks para el fresado de superficies o bien el Fresado 3D, son excelentes cuando se trata de lograr la mejor relación calidad de superficie-tiempo; dentro de las estrategias que solucionan los más grandes retos de superficies complejas están Pattern Project (Proyección patrón), Constant Step Over (Pasada Constante), Pencill Mill (Bitangencia), Curve Project (Proyectar de curva).

Pattern Project

La estrategia Pattern Project es un ciclo de acabado de varias superficies que elimina material según el patrón seleccionado: Corte, Línea de flujo, Radial y Espiral. Estos patrones tienen características únicas que los hacen apropiados para el semiacabado y acabado de áreas seleccionadas o en todo el modelo.

Constant Step Over

Constant Step Over elimina el material manteniendo un paso constante en relación con la superficie. El escalonado 3D genera una trayectoria con una verdadera pasada constante independientemente de la pendiente de las caras de la entidad. Este método produce el acabado de superficie más uniforme en entidades cuyas caras tienen ángulos de pendiente poco profundos o muy prominentes.

Pencil Mill

Pencil Mill genera trayectorias de herramientas para mecanizar esquinas o redondeos, usando una sola pasada o múltiples pasadas constantes.

Las áreas de esquina se definen donde el radio de curvatura de la característica es menor que el radio de la herramienta.

Curve Project

La operación Curve Project (proyección de curva) remueve material seleccionado una característica de grabado en 2.5 ejes proyectándola en caras o superficies de una característica multisuperficie, generando trayectorias a lo largo de las entidades proyectadas. Esta estrategia asegura una profundidad de corte constante a lo largo de la superficie y se puede variar a una o varias pasadas.

Parámetros Importantes

Ya hemos visto las estrategias avanzadas para lograr un mecanizado de superficies con trayectorias de alto rendimiento, sin embargo, es importante destacar que hay que considerar algunos parámetros que nos ayudan a lograr ese ajuste fino que, en conjunto con las operaciones vistas, nos lleve a mecanizar superficies con un excelente acabado.

Stepover (Escalonado)

Uno de los parámetros fundamentales en cualquier Maquinado CNC y particularmente el Maquinado de Superficies, es el Stepover. No es exagerado decir que es el parámetro mas importante para determinar la calidad de las piezas que se maquinarán. Un programador puede seleccionar un valor de Stepover por puro “feeling” o experiencia, o hacer los cálculos matemáticos para conseguir el valor exacto que le dará el acabado requerido.

Con CAMWorks este parámetro es sencillo controlar, e iterar para lograr el acabado de superficie requerido.

Scallop (Cresta)

Un efecto colateral del Stepover es el Scallop (ya lo veíamos al inicio de este blog).

El área en rojo en el recuadro de la ilustración es el material restante entre pasadas de herramienta; es importante saber que no es bueno, no esta en nuestro modelo CAD y muchas veces esta “imperfección” es removida por pulido, lijado o proceso de sandblasting, es decir, mas tiempo, y dinero en la fabricación de nuestros moldes o piezas.

Muchos expertos en manufactura CNC y programación siempre han tratado de reducir el Scallop tanto como sea posible, y se ha logrado a través de muchos años de esfuerzo desarrollando trayectorias y algoritmos que han logrado reducir este problema.

Con CAMWorks podemos controlar este parámetro, seleccionado distancia de pasada, tamaño de Scallop, o bien porcentaje.

Podemos resumir lo siguiente:

• A mayor valor de Stepover, mayor valor de Scallop, y menor tiempo de ciclo
• A menor valor de Stepover, menor valor de Scallop, y mayor tiempo de ciclo,

Con esto en mente, encontrar el punto medio y lograr un buen acabado sin reducir drásticamente el Stepover y por ende aumentar el tiempo de ciclo, es importante considerar también el material que se va a mecanizar e incluso el diámetro de herramienta.

Cabe destacar que puede ser contraproducente utilizar valores extremadamente pequeños de Stepover, puesto hay un punto en el que puede llegar a ser irrelevante para el acabado de la superficie, y esto solo impactará en un tiempo de ciclo exponencialmente alto.

Este ensayo esta medido considerando una herramienta de 1 pulgada de diámetro. Obsérvese que en el punto inferior el Scallop tiende a cero, por lo que valores de Stepover inferiores a 0.025 no tendrán mayor impacto, solo que el tiempo de ciclo tendera a ser mayor

Muchos fabricantes de moldes, o fabricantes de piezas que demandan un acabado superficial con tolerancia muy cerrada, se enfrentan día con día a retos de manufactura CNC en la etapa de programación, por ello deben contar no solo con una plataforma CAM que programe superficies, sino con una solución CAD/CAM como CAMWorks, que cuente con un motor de trayectorias que les permita lograr los detalles mas minuciosos de su programación y además cuente con una interfaz amigable que les permita conocer qué parámetros están iterando en una etapa inicial del proyecto.