Diversión de fijación de cinco ejes

Conoce a "Cúpula del Trueno". El tiempo total del ciclo para completar el mecanizado de las 27 piezas contorneadas sujetas en este accesorio personalizado en una máquina de cinco ejes es de seis horas. (Créditos de las fotos:Fabricación e ingeniería de Powill)

A veces hay que divertirse un poco en nuestro mundo, a veces demasiado serio, del mecanizado de piezas de precisión.

Caso en cuestión:"Cúpula del trueno".

Thunderdome es el nombre que se le da al accesorio personalizado en forma de cúpula creado por Powill Manufacturing and Engineering, uno de los muchos accesorios que ha fabricado desde que compró su primera máquina de cinco ejes en 2011 para aprovechar al máximo los componentes B y B integrales de la máquina. Mesas giratorias del eje C.

Inicialmente, sin embargo, el taller de Phoenix, Arizona, usó elevadores para levantar piezas sujetas en prensas convencionales y mandriles de tres mordazas hacia arriba y lejos de la superficie de la mesa del eje C de casi 20 pulgadas de diámetro de la máquina para proporcionar el husillo y la herramienta. con un mejor acceso a esas partes cuando estaban orientadas en ángulos extraños. Luego comenzó a usar dispositivos de sujeción disponibles en el mercado diseñados específicamente para máquinas de cinco ejes, que sujetan pequeños perfiles de cola de milano mecanizados en la parte inferior de las piezas en bruto. Estos accesorios de cola de milano brindan suficiente fuerza de sujeción para cortes pesados, así como un amplio espacio libre alrededor de la pieza. La tienda todavía los usa hoy.

En algunos casos, sin embargo, incluso esos dispositivos no son la sujeción más efectiva para la máquina de cinco ejes.

Powill se dio cuenta del valor que ofrecen los accesorios personalizados diseñados y fabricados internamente para ciertos trabajos, principalmente aquellos que involucran características ajustadas, tolerancias de posición real y/o lotes grandes. Para este último, el taller trata de crear accesorios que puedan contener varias piezas para maximizar el tiempo de actividad del husillo y el tiempo de mecanizado desatendido. Otros accesorios personalizados sostienen piezas que están muy contorneadas o que de otro modo no se pueden sujetar de manera efectiva con los dispositivos de sujeción de piezas convencionales. El liderazgo del taller siente que estas aplicaciones justifican el tiempo y el costo requeridos para desarrollar estos dispositivos de sujeción únicos.

Powill ha fabricado una variedad de accesorios personalizados para su máquina de cinco ejes. Este artículo destaca dos. El primero es Thunderdome, que contiene 27 piezas y se dedicó a un trabajo complejo y de gran volumen. El segundo es un accesorio de cuatro postes que sostiene cuatro partes a la vez. Las interfaces de sujeción de cola de milano comunes maximizaron el retorno de la inversión en este dispositivo al hacerlo útil para diferentes trabajos o familias de piezas.

La forma de cúpula de este dispositivo permitió que el taller asegurara las 27 piezas a la vez, así como proporcionar espacio para las herramientas de corte y el eje de la máquina.

Incursión en Five Axis

Powill, que atiende principalmente a las industrias aeroespacial comercial y militar, tiene máquinas CNC, incluidos centros de mecanizado vertical (VMC); centros de mecanizado horizontales (HMC); un torno de torneado vertical (VTL) con mesa de 40 pulgadas; tornos multitarea; y rectificadoras, rectificadoras y taladradoras. Un alto porcentaje de su negocio es trabajo tipo taller, aunque tiene algunos contratos recurrentes.

Kevin Wolfe es el gerente general de la empresa. Wolfe dice que la razón principal por la que el taller agregó su NMV5000 de cinco ejes de DMG MORI fue para reducir las configuraciones al permitir que el husillo acceda a los cinco lados de una pieza en una sola sujeción. Esto se conoce comúnmente como mecanizado 3+2. El taller también se sintió atraído por la capacidad completa de contorneado de cinco ejes, aunque solo una parte de las piezas que pasan por esa máquina requieren esa técnica.

Dice que otra característica que atrajo al taller fue la rigidez del diseño de mesa en mesa de los ejes B y C de la NMV5000. La máquina proporciona rotación del eje B de +160 a -180 grados y 360 grados de rotación del eje C, y la capacidad máxima de carga de la mesa es de 661 libras. También cuenta con un diseño más abierto que las mesas de muñones que soportan la mesa del eje C en dos ubicaciones, y las piezas se pueden voltear para acceder a las funciones cercanas a su base. En este caso, las virutas caen sin causar daño en lugar de volver a cortarse, lo que puede reducir la vida útil de la herramienta y estropear el acabado de la superficie. La capacidad de colocar piezas en ángulos extraños permite el uso de herramientas más cortas y rígidas que también pueden realizar cortes más agresivos.

La máquina venía con un asiento del software CAD/CAM Esprit Cam. Aunque el aprendizaje de este nuevo software llevó tiempo, la simulación de programas de piezas ha resultado valiosa. El software se precargó con un modelo CAD de la máquina NMV5000 y todos sus componentes móviles principales. Para simular operaciones de mecanizado para un trabajo, los programadores de CAD/CAM simplemente agregan modelos CAD de los dispositivos de fijación y la pieza de trabajo al modelo de la máquina. La simulación de la operación identifica posibles puntos de interferencia entre el husillo, los cortadores, los accesorios o las piezas, por lo que esos problemas se pueden solucionar antes de ejecutar el trabajo en la máquina.

Otra característica útil de programación de cinco ejes es Composite Milling de cinco ejes, que proporciona múltiples patrones de mecanizado y orientaciones de ejes de herramientas para controlar todos los ejes simultáneamente para piezas complejas. Wolfe agrega que las trayectorias de herramientas de ProfitMilling son particularmente útiles para el desbaste en el eje Z de pisos cilíndricos. Esta estrategia está diseñada para mejorar la vida útil de la herramienta y el tiempo de ciclo al optimizar los ángulos de enganche de la herramienta y las cargas de viruta.

El software CAD/CAM que vino con la máquina de cinco ejes del taller se cargó con un modelo CAD de esa máquina específica. Luego, los programadores pueden agregar fácilmente modelos CAD de accesorios y piezas para realizar la simulación del programa de piezas y asegurarse de que no haya fallas ni interferencias con las piezas orientadas en ángulos extraños.

A la Cúpula del Trueno

Un trabajo con un tamaño de lote de 1000 piezas contorneadas complejas hechas de Inconel 625 llevó al taller a crear un accesorio que podía acomodar 27 piezas de trabajo. De hecho, el accesorio se mecanizó en el NMV5000.

Inicialmente, el taller trató de encajar tantas piezas como fuera posible en un accesorio rectangular. El desafío con este tipo de concepto de fijación prismática fue proporcionar un espacio libre adecuado alrededor de cada parte para todas las operaciones de contorneado de cinco ejes. (Una vez completado, no hay lados rectos en esta parte). Desafortunadamente, este diseño de accesorio preliminar solo podía contener un máximo de 10 partes.

Wolfe pensó que una forma de accesorio similar a una cúpula podría acomodar más piezas. Disponerlos alrededor de un perfil esférico podría proporcionar un acceso adecuado, al tiempo que permite sujetar más a la vez. La luminaria resultante se creó a partir de material de acero de repuesto que el taller tenía a mano y se montó en la parte superior de un elevador rectangular. Alguien dijo en broma que se parecía a la arena Thunderdome de la película "Mad Max Beyond Thunderdome", y el apodo se quedó.

Un desafío fue determinar la mejor manera de mantener los espacios en blanco en este encuentro. Después de todo, tenía sentido comenzar con material redondo que estaba más cerca de la forma neta de la pieza. Para hacer eso, se mecanizan planos en cada pieza en bruto para permitir que las abrazaderas accionadas por leva de Mitee Bite las sujeten. Se mecanizaron dos cajeras para cada pieza, una para el dispositivo de sujeción y otra para la culata redonda.

Hay otros desafíos en la creación de un accesorio de este tipo para sostener múltiples partes. Por ejemplo, las partes deben estar lo suficientemente separadas y colocadas de tal manera que proporcionen un espacio libre adecuado alrededor de cada una. Además, se debe lograr un equilibrio entre el número de piezas que soportará un accesorio y la rigidez general del accesorio. Eliminar demasiado material para acomodar una gran cantidad de piezas puede limitar tanto la rigidez como la agresividad (la rapidez) con la que se pueden mecanizar esas piezas.

Thunderdome fue diseñado para sostener piezas en dos filas. La compensación de estas filas de bolsillos permitió colocar algunos bolsillos más en la fila inferior (15 partes, en comparación con 12 en la fila superior). El tiempo total del ciclo para mecanizar las 27 piezas sujetas es de seis horas. Después de eso, las piezas se montan en mordazas de tornillo de banco personalizadas en un VMC que mecaniza la cara inferior y avellanan la parte posterior de un orificio pasante.

Este accesorio cuenta con cuatro postes con la parte superior en ángulo de 45 grados. Esto proporciona suficiente espacio y espacio libre alrededor de las piezas cuando se instalan en las abrazaderas de cola de milano que rematan los postes.

Alternativamente, un accesorio de cuatro postes que creó el taller presenta una base de aluminio con cuatro postes de acero, cada uno con una interfaz de cola de milano que hace que el accesorio sea útil para una variedad de trabajos diferentes. Esta versatilidad ayudó a justificar el tiempo y el costo de fabricar el accesorio en primer lugar.

Sin embargo, el primer propósito del accesorio era ayudar a comenzar lo más rápido posible en un trabajo en particular:un bloque de combustible mecanizado a partir de una palanquilla de acero 1215 con pedidos por lotes de más de 300 piezas. Este gran tamaño de lote fue la razón principal por la que el taller consideró un accesorio personalizado que pudiera montar varias piezas a la vez.

El accesorio debía ser lo suficientemente rígido para manejar el trabajo de fresado en bruto, pero aún así proporcionar el espacio libre necesario para las operaciones de grabado y taladrado de agujeros de ángulo compuesto hacia la parte inferior de la pieza. La parte superior de cada publicación

Este accesorio personalizado que el taller creó para su máquina de cinco ejes brinda espacio para que la herramienta y el husillo accedan a las piezas.

se mecanizó en un ángulo de 45 grados para extender las piezas de trabajo y alejarlas entre sí y proporcionar el espacio necesario para la herramienta para acceder a las cinco caras de cada pieza. La capacidad de simulación y la función para evitar colisiones del software CAD/CAM resultaron útiles para garantizar un espacio libre adecuado.

Los espacios en blanco de la pieza de trabajo se preparan primero en un VMC, que mecaniza perfiles de cola de milano en la cara que requiere la menor cantidad de trabajo de mecanizado (o ninguno). Una vez que los espacios en blanco están asegurados en el accesorio, el tiempo de ciclo para mecanizar los cuatro bloques de combustible (sin quitar el perfil de cola de milano y realizar un mecanizado adicional en esa sexta cara) es de 2,5 horas. Para ciertas funciones, la mesa del eje B de la máquina se inclina 135 grados para alcanzar las funciones cerca de la parte inferior de las piezas. Los perfiles de cola de milano se fresan posteriormente en un HMC, que también mecaniza cuatro orificios que se cruzan con los puertos creados en la máquina de cinco ejes. Completar esta parte en uno de los HMC del taller habría requerido tres operaciones separadas y al menos un accesorio personalizado. Posteriormente, Powill utilizó este accesorio para una variedad de otras piezas.

Antes de instalar este bloque de combustible en bruto en el accesorio de cuatro postes en la máquina de cinco ejes, la función de cola de milano y la ranura del pasador asociado se mecanizan en un VMC. El taller dice que esta configuración elimina el movimiento de la pieza, incluso durante operaciones de desbaste pesado. La ranura del pasador también ubica el blanco en la posición adecuada en el accesorio de cola de milano para la repetibilidad. Estas características se fresan después de que se completa el trabajo en la máquina de cinco ejes (esto se muestra aquí a medio mecanizar).

Retroceso en el tiempo

Además de crear fijaciones personalizadas para nuevos trabajos, Powill ha utilizado su experiencia en sujeción de trabajos para transferir trabajos previamente mecanizados en equipos de tres ejes a la máquina de cinco ejes. El taller también ha escrito programas para hacer funcionar otras piezas en el accesorio flexible de cuatro postes. La consolidación de múltiples configuraciones para producir piezas en una sola sujeción en la máquina de cinco ejes no solo reduce el tiempo de producción sino que también mejora la precisión de la pieza. De hecho, Powill también usa su máquina de cinco ejes para crear fijaciones más precisas para su equipo de tres ejes porque puede mecanizar funciones críticas de localización de fijaciones en una sola configuración con mayor precisión.