Fresado mecanizado CNC: estrategia de trayectoria de herramienta, parámetros de materiales y decisiones de fijación que determinan si su pieza se entrega según las especificaciones

Mecanizado CNC Fresado: estrategia de trayectoria de herramienta, parámetros de materiales y decisiones de fijación que determinan si su pieza se envía según las especificaciones

La profundidad de su bolsillo es de 18 mm. El ancho es de 4 mm. La pared del lado largo mide 1,1 mm. El material es 7075-T651. Su revisión de DFM arrojó una señal: "las proporciones de las ranuras requerirán un avance reducido y un aumento de las pasadas; se recomienda revisar si la geometría de la pared está funcionalmente limitada".

Vale la pena entender esa bandera antes de rechazarla. El ancho de 4 mm obliga a un diámetro máximo de fresa de extremo de 3,2 mm para mantener el radio de esquina que ha indicado. Una fresa de extremo de 3,2 mm a 18 mm de profundidad funciona con una relación de longitud-a-diámetro de 5,6:1. En esa proporción, la herramienta se desvía bajo la carga lateral-y la deflexión no es uniforme - es mayor en la parte inferior del bolsillo que en la parte superior, lo que produce una pared cónica. La reducción puede estar dentro de su tolerancia de paralelismo; puede que no. De cualquier manera, el tiempo del ciclo se duplica porque la velocidad de avance debe disminuir para controlar la deflexión.

Esta es la relación de proceso de geometría-queFresado mecanizado CNClas decisiones se encienden. No si la máquina puede alcanzar la característica - puede - sino si la estrategia de trayectoria, la selección de herramientas y los accesorios pueden mantener sus llamadas a un costo que haga que la pieza sea fabricable.

Estrategia de trayectoria: cuando el fresado trocoidal supera al ranurado convencional

Fresado CNC trocoidal frente a trayectoria de herramienta convencionalNo es una cuestión de optimización abstracta. Tiene una respuesta específica basada en la geometría de la característica y el material.

El ranurado convencional - hundiendo una fresa-de ancho completo en una cavidad y atravesando - mantiene la herramienta en contacto continuo con la pieza de trabajo. En aluminio a profundidades moderadas, esto funciona. El problema comienza cuando la ranura es más estrecha que 1,5 veces el diámetro del cortador, o cuando la relación de profundidad-a-ancho excede 3:1. En ese punto, la evacuación de viruta se degrada, el calor de corte se concentra en el fondo de la ranura y la herramienta se desvía porque el acoplamiento radial es demasiado alto para la rigidez de la herramienta en esa longitud de voladizo.

El fresado trocoidal - trayectorias de herramientas de arco circular que limitan el compromiso radial al 10-20 % del diámetro de la fresa independientemente del ancho de la ranura - resuelve los tres problemas simultáneamente. La carga de viruta por diente se mantiene constante porque el arco de engrane se mantiene constante. El calor se evacua porque la herramienta sale del corte en cada arco. La deflexión disminuye porque la fuerza radial es una fracción del caso de ranurado convencional. La contrapartida-es la longitud de la trayectoria de la herramienta: un programa trocoidal recorre más distancia para eliminar el mismo volumen. Pero en 7075-T651, el trocoidal permite pases completos en la profundidad total de la ranura en una sola operación, donde el ranurado convencional requiere múltiples incrementos de profundidad y un avance entre un 30% y un 40% menor.

El punto de cruce práctico: utilice trocoidal cuando la relación entre la profundidad-y{1}}ancho de la ranura supere 2,5:1, o cuando el ancho de la ranura esté entre 1,0× y 1,5× el diámetro del cortador. Por debajo de 2,5:1 de profundidad-a-ancho en una ranura abierta en aluminio, las trayectorias de herramientas convencionales son más rápidas. Por encima de él, el trocoidal ahorra tiempo de ciclo y produce una mejor calidad de pared -, lo cual es importante si tiene una indicación de paralelismo o rectitud en las paredes de la ranura.

El fresado por inmersión es la tercera opción y tiene un caso de uso específico: desbaste de gran-volumen en cavidades profundas donde la principal limitación es la tasa de eliminación de material, no la calidad de la pared. El fresado por inmersión dirige las fuerzas de corte axialmente en lugar de radialmente, lo que significa que la herramienta puede manejar profundidades mucho mayores sin deflexión. El acabado de la superficie es deficiente y requiere una pasada de acabado, pero para una cavidad de carcasa de 30 mm-de profundidad en 7075-T651 donde se elimina el 80 % del volumen en la operación de desbaste, el fresado por inmersión reduce el tiempo de desbaste entre un 35 % y un 50 % en comparación con el trocoidal. La regla de decisión: si necesita calidad de pared en una característica profunda, trocoidal. Si necesita una tasa de eliminación de material en una cavidad amplia y profunda y de todos modos desea terminar el fresado, sumérjalo.

Material-Parámetros de fresado específicos: lo que realmente se ejecuta en producción

La siguiente tabla refleja los parámetros de producción paraparámetros del proceso de fresado cnc de aluminioy los demás materiales que publicamos regularmenteFresado mecanizado CNCoperaciones. Estos no son valores de catálogo -, reflejan lo que utilizamos en centros de mecanizado de 5-ejes y 3 ejes bien-con mantenimiento y con refrigerante a través del husillo.

Dc=diámetro del cortador. Los parámetros asumen carburo afilado y sin recubrimiento sobre aluminio y plásticos; TiAlN-recubierto sobre acero y titanio; Cerámica sobre desbaste de Inconel.

Un parámetro que rara vez aparece en los datos del catálogo pero que es importante en la producción: la relación entre la velocidad del husillo y la frecuencia natural de la pieza en elementos de pared delgada-. Si está fresando una pared de aluminio de 0,8 mm a alta velocidad del husillo y la pared se está desconchando o muestra marcas de vibración, la solución no siempre es reducir la velocidad. A veces, al reducir la velocidad, el eje se sitúa en una frecuencia armónica del modo de vibración de la pared. Cambiar la velocidad del husillo en ±15 % - en cualquier dirección - puede eliminar las vibraciones más rápido que cambiar la velocidad de alimentación. Esto no es teoría; es el ajuste que hacemos en las carcasas de aluminio-de pared delgada cuando aparecen vibraciones a mitad del-programa.

Lógica de fijación: la decisión de configuración que determina la planitud y la precisión posicional

Fresado mecanizado CNClas tolerancias en piezas complejas no están limitadas por la precisión de posicionamiento de la máquina. - los centros de mecanizado modernos mantienen una repetibilidad de posicionamiento de ±0,003 mm en condiciones controladas. Lo que limita la tolerancia alcanzable en la producción es la fijación: la rigidez con la que se sujeta la pieza, la consistencia con la que se contactan las superficies de referencia y si las fuerzas de sujeción introducen una deflexión que se libera después de soltarla.

Para piezas prismáticas con características mecanizadas en múltiples caras, la secuencia de fijación es tan importante como el método de fijación. La primera configuración debe mecanizar las superficies de referencia - las caras que ubicarán la pieza para todas las operaciones posteriores. Si las superficies de referencia no son planas y paralelas entre sí dentro de la tolerancia requerida para las funciones posteriores, cada configuración posterior hereda ese error.

El modo de falla de fijación específico que vemos con más frecuencia enfresado CNCTrabajos en el primer artículo: marcas de sujeción en caras de referencia que se mecanizaron en una operación anterior. Cuando una abrazadera se apoya directamente sobre una superficie terminada, la tensión de contacto local deforma la superficie elásticamente - la pieza regresa después de soltarla, pero la deformación durante el corte significa que la característica que se mecaniza en esa configuración se colocó contra una referencia desplazada. El resultado es un error de posición que parece un error de máquina pero que en realidad es un error de fijación. La solución es sujetar superficies en bruto, en bruto o almohadillas de sacrificio premecanizadas en lugar de caras de referencia terminadas.

Para piezas donde todas las caras son funcionales - no hay superficie bruta disponible para sujetar - las opciones son mordazas blandas mecanizadas según el perfil de la pieza, fijación por vacío en la cara de referencia primaria o una sub-placa con inserciones roscadas mecanizadas en el cuerpo de la pieza y luego retiradas. Cada enfoque tiene un costo; Ninguno de ellos es gratuito. La elección correcta depende del tamaño del lote y de los requisitos de tolerancia.

Acabado superficial: cómo especificar Ra sin sobre-tolerancia

Especificación Ra del acabado de la superficie de fresado CNCes la leyenda sobreapretada más comúnmente-en piezas mecanizadas. Ra 0,8 µm se puede lograr con un paso de fresado de acabado controlado y es apropiado para la mayoría de las caras de contacto, ranuras de sellado y superficies de ingeniería en general. Al especificar Ra 0,4 µm se añade una pasada de acabado dedicada con avance reducido. Especificar Ra 0,2 µm o mejor requiere lapeado o una operación de rectificado de precisión además del fresado - un proceso separado con un costo y un impacto en el tiempo de entrega separados.

El valor Ra de una operación de fresado es direccional: la superficie es más suave perpendicular a la dirección de avance que paralela a ella, porque las marcas de avance están orientadas a lo largo de la dirección de avance. Si su pieza tiene una cara de sellado que hace contacto con una junta, el Ra relevante está a lo largo de la dirección de alimentación, no a lo largo de ella. Para que los valores Ra informados por CMM- sean significativos, la dirección de medición debe coincidir con la dirección de contacto funcional - que debe especificarse en el dibujo o confirmarse con el taller.

Un detalle que afecta las lecturas de Ra en aluminio: el radio de la punta del inserto de corte o la geometría del extremo de la fresa. Un radio de esquina más grande en la herramienta de acabado produce una superficie más suave con la misma velocidad de avance porque la altura del festón - los picos que quedan entre pasadas adyacentes - es menor. Para una fresa de punta esférica que termina una superficie contorneada, Ra es directamente proporcional al cuadrado del paso-dividido por el radio de la bola. Reducir a la mitad el paso-reduce la altura del festón 4 veces. Esta es la razón por la que el acabado de superficies contorneadas en carcasas de aluminio suele llevar más tiempo que el acabado de caras planas con la misma especificación Ra.

Capacidad de fresado y proceso DFM de MID

NuestroFresado mecanizado CNCLos programas se ejecutan en centros de mecanizado de 3-ejes y 5-ejes, con estrategias de trayectoria de herramienta seleccionadas por tipo de característica: trocoidal para ranuras estrechas y profundas, desbaste por penetración para cavidades de gran volumen, 5 ejes simultáneos para superficies contorneadas compuestas. No aplicamos una única plantilla de trayectoria a todos los trabajos; la estrategia se escribe por archivo STEP, por operación.

Parafresado CNCen materiales fuera del aluminio - titanio, acero inoxidable, Inconel, PEEK - el plan de proceso incluye intervalos de cambio de herramientas, puntos de medición en-proceso y requisitos de estabilización térmica antes de las pasadas de acabado. Parapiezas fresadas de precisióncon tolerancias inferiores a ±0,01 mm, el plan de inspección se redacta antes de cortar la primera pieza, no después.

Envíe su archivo STEP a nuestro equipo de ingeniería de procesospara una revisión escrita de DFM. Señalamos conflictos de geometría, problemas de acceso a herramientas y riesgos de tolerancia antes de cotizar el programa - y devolverlo dentro de las 24 horas, sin necesidad de compromiso. Para las piezas que ya están en producción en otros lugares y que generan no-conformidades, podemos revisar el plan de proceso existente e identificar la causa raíz. Comience en bishenprecision.com.

Preguntas frecuentes

¿Qué radio de esquina debo especificar en una cavidad fresada profunda para evitar operaciones con herramientas pequeñas-y tiempos de ciclo extendidos?

Para una profundidad de bolsillo D, especifique un radio de esquina interno mínimo de D/4 - y, si el diseño lo permite, vaya a D/3. En un bolsillo de 15 mm-de profundidad, R3,75 como mínimo; R5 es mejor. El radio de la esquina es igual al radio de la herramienta más pequeña que puede mecanizarla. Las herramientas más pequeñas funcionan más lento, se desvían más y se rompen con más frecuencia, especialmente en materiales con fuerzas de corte significativas. Una esquina R2 en una cavidad de 15 mm fuerza una fresa de 4 mm con parámetros reducidos - a agregar entre un 25 y un 40 % al tiempo del ciclo solo para esas esquinas. Si la geometría de la esquina no tiene ninguna restricción funcional, aumentar el radio a R5 no cuesta nada en el dibujo y elimina por completo el problema de la herramienta pequeña.

¿Se puede sujetar ±0,005 mm en una cara de aluminio de 150 mm sin necesidad de esmerilar?

En una leyenda de planitud, sí, - con una pasada de corte de acabado-y estabilización térmica antes de la medición. En una indicación de paralelismo entre dos caras, sí - si ambas caras se mecanizan en la misma configuración a partir del mismo dato, por lo que el paralelismo se establece mediante la geometría del eje de la máquina en lugar de mediante re-fijación. En una indicación de espesor de ±0,005 mm en 150 mm, la respuesta depende de la planitud del material antes del mecanizado y del estado térmico en el momento de la medición. El aluminio se expande 23 µm por 100 mm por grado - una pieza de 150 mm medida 2 grados por encima de la temperatura de referencia resulta 0,007 mm más gruesa de lo que realmente es. El mecanizado es realizable; las condiciones de medición son donde ±0,005 mm resulta difícil de verificar de manera consistente.

¿Cuándo debo cambiar del fresado de 3 ejes al de 5 ejes en una pieza compleja?

Cuando el conjunto de funciones requiere más de dos configuraciones en una máquina de 3-ejes, y esas configuraciones implican volver a -refijar desde una superficie de referencia terminada o semiacabada. Cada re-dispositivo introduce un error-de transferencia de referencia - normalmente de 0,005 a 0,015 mm, según el diseño y la repetibilidad del dispositivo. En una pieza con una tolerancia posicional de ±0,01 mm entre características en diferentes caras, tres re-repuestos acumulan suficiente error como para amenazar el presupuesto de tolerancia antes de que arranque el husillo. El mecanizado simultáneo de cinco-ejes elimina los re-accesorios al alcanzar características de ángulo-compuesto en una sola configuración. La prima de costo para los 5-ejes (generalmente entre un 25 % y un 40 % más por hora que los de 3 ejes) a menudo se recupera en el tiempo de configuración y se reduce el desperdicio en piezas cuya geometría requeriría de otro modo cuatro o más configuraciones de 3 ejes.

¿Cuál es el enfoque correcto cuando una superficie fresada muestra marcas de vibración en una pieza de aluminio de pared delgada-?

Primero, descarte la fijación: verifique si la vibración aparece solo en las características adyacentes a las ubicaciones de la abrazadera, lo que sugiere que la abrazadera está excitando la resonancia de la pieza en lugar de la herramienta. Si la vibración es uniforme en toda la superficie, el problema es la dinámica de la herramienta-pieza de trabajo. Intente cambiar la velocidad del husillo entre ±10 y 15 % antes de cambiar la velocidad de avance. - colocar el husillo a una velocidad que evite la frecuencia resonante de la pared suele ser más rápido que reducir el avance. Si la vibración persiste, aumente el número de canales en la herramienta de acabado (4-canales en lugar de 2-canales en aluminio para esta aplicación) para aumentar la amortiguación en la zona de corte. Si nada de esto funciona, la pared necesita soporte de fijación adicional, ya sea un accesorio de respaldo o un método de cavidad llena donde la cavidad se llena con cera antes de la pasada de acabado de la pared delgada.