El uso del mecanizado de cinco ejes puede ofrecer beneficios en diversas áreas. Se pueden obtener beneficios mediante el análisis del equipo, el proceso y la fijación, especialmente... herramientas de corte y acción de corte.
Además de ciertas características que solo se pueden completar con el mecanizado completo de cinco ejes, también existen procesos de mecanizado selectivos y simplificados que utilizan cinco ejes. Estos incluyen el uso de tres más dos ejes, o en ocasiones solo tres ejes, especialmente para diversas operaciones de desbaste, semiacabado y fresado.
Aunque algunas características de las piezas presentan contornos hiperbólicos y se mueven a lo largo de cinco ejes simultáneamente, utilizando la herramienta adecuada y manteniendo una cantidad de corte constante, se puede mecanizar prácticamente cualquier curvatura con eficacia.
Principales beneficios del uso del mecanizado de cinco ejes
La principal ventaja es la capacidad de producir eficientemente piezas tridimensionales complejas (de dos caras) con alta precisión y excelente calidad superficial. El tiempo de corte se reduce considerablemente, con una sola configuración y mínimas operaciones de corte, y el voladizo de la herramienta se mantiene al mínimo. La velocidad de arranque de viruta suele aumentar y el riesgo de colisiones de la herramienta es controlable. Para el mecanizado de cinco ejes, el mecanizado simultáneo y el mecanizado de tres más dos ejes, la selección de la herramienta de corte y del proceso es clave para obtener resultados satisfactorios. La selección del proceso es más importante para el mecanizado simultáneo que para el mecanizado de tres más dos ejes, ya que el primero presenta menos retos y puede considerarse una operación de tres ejes.
El mecanizado CNC de cinco ejes se basa en la capacidad de la máquina herramienta para generar formas de piezas 3D mediante el movimiento en cinco ejes. Además, el mecanizado simultáneo de cinco ejes permite posicionar la herramienta a lo largo de los ejes de rotación y avanzar a lo largo de estos ejes durante el corte. El resultado inevitable es que la máquina herramienta puede producir formas de piezas complejas en una sola configuración. Además de los tres ejes básicos (x, y, z), se incluyen dos ejes adicionales (b y c, o a veces a y c, según la configuración de la máquina), que cortan sobre el eje z y giran sobre el eje y (o x e y). Cuando el husillo o la mesa de la máquina herramienta se fijan en ángulo y el mecanizado se realiza en modo de tres ejes, se trata de un mecanizado de tres más dos ejes. Desde la perspectiva de una máquina herramienta, existen varias maneras de obtener el mecanizado de cinco ejes: un centro de mecanizado de cinco ejes, una mesa basculante o mediante un cabezal de husillo.
Mecanizado de impulsores en cinco ejes con fresas de extremo de carburo sólido CoroMill Plura
La textura producida por la herramienta giratoria en la superficie de la pieza es el factor principal a considerar. Por ello, el ángulo de avance y el ángulo de inclinación de la herramienta se implementan en el programa CAD-CAM y deben considerarse al diseñar el método de sujeción. No solo el ángulo de ataque principal del filo de corte, sino también el grado de contacto de la herramienta y el tamaño del ángulo de incidencia influyen para evitar el retroceso.
El ángulo de avance se mide como el ángulo entre la línea central de la herramienta y una línea perpendicular a la superficie de la pieza en el punto donde la herramienta entra en contacto con la pieza en la dirección de avance. En muchos casos, este valor se mantendrá constante y coincidirá con el valor recomendado para la herramienta utilizada, pero puede modificarse mediante programación si el CAM lo permite. Con un ángulo de avance fijo, la herramienta se inclina a un ángulo predeterminado con respecto a la superficie de la pieza en toda la dirección de avance. El ángulo de avance se basa en el radio interno mínimo de la superficie y el diámetro efectivo de la herramienta.
El ángulo de inclinación de la herramienta se basa en un plano perpendicular a la dirección de avance; por lo tanto, a diferencia del ángulo de avance, se mide con base en la línea central de la herramienta y una línea perpendicular a la superficie en el corte. Un ángulo de avance constante en cada punto es esencial para generar superficies curvas y cóncavas en las piezas. Si bien el fresado por puntos consume más tiempo de corte y puede acortar la vida útil de la herramienta, es una forma segura de obtener superficies cóncavas y de doble curvatura. La herramienta siempre mantiene contacto con la pieza de trabajo en su radio de filete (la ubicación del punto de contacto varía a lo largo del radio de filete de la herramienta según la superficie específica), y se puede generar una superficie 3D mediante pasadas continuas. El fresado por puntos con fresas de extremo es adecuado para operaciones de desbaste, semiacabado y acabado.
Proceso de fresado lateral
Más eficiente, con tiempos de corte más cortos que el fresado por puntos, pero con algunas limitaciones. Ideal para operaciones de semiacabado y acabado, pero limitado a superficies curvas y convexas simples. Como su nombre indica, el fresado lateral implica cortar principalmente con el lateral de la herramienta, y el radio de la herramienta (si lo hay) solo genera el radio de la esquina de la pieza. Debido a la mayor área de contacto herramienta/pieza, requiere mayor potencia, par, estabilidad, evacuación de viruta y operatividad de la máquina.
La selección de herramientas para el mecanizado de cinco ejes depende en parte del método de fresado específico (fresado puntual o lateral). El fresado lateral requiere una herramienta con filos de corte radiales suficientemente largos, como fresas de metal duro integral o fresas de cabezal intercambiable. Estas fresas pueden ser rectas o cónicas y tener diversos radios de punta. Existen varias técnicas de fresado lateral: trocoidal, de corte o de perfil. Las fresas de bola cónicas ofrecen mayor estabilidad que las de bola, que requieren un radio de ajuste menor.
En el fresado trocoidal (técnica de desbaste de tres ejes), la herramienta corta en una trayectoria espiral continua, avanzando radialmente en un espacio reducido, con altas tasas de arranque de material. La herramienta se desplaza continuamente hacia afuera con cada corte, formando una ranura o contorno. Dado que la profundidad de corte radial es pequeña, se puede utilizar una mayor profundidad de corte y se generan fuerzas de corte relativamente pequeñas. El rebanado (técnica de semidesbaste/acabado de tres ejes) es similar al redondeo de piezas y, por lo general, requiere una máquina herramienta de alta velocidad y dinámicamente rígida. Además, el corte se realiza con múltiples pasadas a una pequeña profundidad de corte radial, de modo que se puede aplicar una mayor profundidad de corte axial para radios grandes. El fresado de copia puede ser un proceso de corte 2D que utiliza solo la superficie lateral o un proceso de corte 3D que forma la superficie inferior para el radio de la herramienta. El fresado de copia también requiere una máquina herramienta de alta velocidad y dinámicamente rígida, y una estabilidad extremadamente alta.
Para fresado por puntos
Existen numerosas opciones de herramientas, según las características de la pieza y los requisitos de calidad superficial. En general, para superficies abiertas más grandes, se prefieren las fresas de plaquita redonda o de punta esférica. Para cavidades, las fresas de punta esférica cónica con grandes voladizos suelen ser la mejor opción, ya que los adaptadores de diámetro reducido que ofrece el sistema modular de herramientas garantizan la máxima estabilidad cuando se requiere accesibilidad a la herramienta.
La aplicación de herramientas para desbaste depende de las capacidades de la máquina herramienta y de los requisitos de la superficie de la pieza, y en el mecanizado de tres ejes se pueden utilizar diámetros de herramienta efectivos mayores. Para el semiacabado, las estrategias de trayectoria de la herramienta deben imitar las estrategias de acabado y suelen ser más eficientes en el mecanizado de cinco ejes (a veces incluso en tres ejes) para lograr los mejores resultados. El objetivo debe ser dejar una tolerancia de mecanizado uniforme para la operación de acabado.
Para el acabado, la selección de herramientas depende de la calidad superficial y la precisión requeridas. El mecanizado simultáneo en cinco ejes puede optimizarse mediante el uso de diferentes tipos de herramientas, específicos para las características y el acabado de la pieza. Las fresas de extremo de plaquita redonda son las más utilizadas, mientras que las fresas de extremo de punta esférica son adecuadas para cortes que requieren mayor forma y accesibilidad, como las cavidades cerradas.
Una gama de diversas herramientas de fresado
Adecuadas para operaciones de mecanizado simultáneo y de tres ejes, según el grado de participación en el desbaste y el acabado. Por ejemplo, las fresas de plaquita redonda de gran diámetro son adecuadas para superficies grandes y poco profundas, que utilizan un corte radial relativamente amplio. Al fresar con herramientas de plaquita redonda o fresas de extremo con radio de punta grande o punta redonda, es recomendable aplicar ángulos de entrada y de ataque adecuados para garantizar el máximo rendimiento y resultados de mecanizado. El efecto de adelgazamiento de la viruta, que puede generar altos avances, es un factor de productividad que debe considerarse.
Las herramientas de punta esférica son ideales para el fresado de puntas en cinco ejes, pero su accesibilidad y libertad de ejes son limitadas (tres más dos ejes), por ejemplo, debido a características de la pieza o accesorios. Estas herramientas suelen ser fresas de metal duro integral o fresas de cabezal intercambiable, con tiempos de procesamiento cortos y una eficiencia extremadamente alta a altas velocidades de corte. Por supuesto, también son aptas para cualquier operación de mecanizado de tres más dos ejes.
Calidad de la superficie durante el mecanizado de cinco ejes
Se trata, en parte, del paso, que está relacionado con el diámetro de la herramienta. Es un factor importante en la aplicación específica, ya que afecta al tiempo de mecanizado y a la calidad superficial. En comparación con las fresas de punta esférica para el fresado de perfiles convencional, el uso de fresas de plaquita redonda puede reducir significativamente el tiempo de corte. En el caso de las fresas de plaquita redonda, la relación entre el paso y el diámetro es de un máximo de 1:2, y los pasos mayores pueden reducir el tiempo de mecanizado, pero dejar acabados superficiales de mayor calidad. En este sentido, las fresas de punta esférica no ofrecen la misma productividad y las condiciones de mecanizado también son peores. La herramienta formará una superficie con ciertos puntos altos en función del avance por diente y del ancho de corte, mientras que la profundidad de corte afecta a las fuerzas de corte y requiere una alta estabilidad de la herramienta. Para lograr una calidad superficial lisa y uniforme, se deben optimizar la inclinación, el valor de avance, la dirección de corte y la sujeción de la herramienta para lograr el mejor equilibrio.
En resumen, cada método de mecanizado y tipo de herramienta tiene sus ventajas específicas. La elección correcta de la herramienta y la optimización de su aplicación pueden ofrecer más posibilidades de mecanizado y la oportunidad de reducir el coste del mecanizado de cinco ejes. Además, el uso de un buen software de simulación puede reducir significativamente la probabilidad de errores y evitar la pérdida de valioso tiempo de producción probando nuevos programas en la máquina herramienta.
