Corte de ángulos internos agudos de 90° sin electroerosión:aprovechamiento de la orientación del husillo

¿Por qué es tan difícil mecanizar ángulos rectos internos?

En el fresado CNC, lograr esquinas internas afiladas no sólo es difícil, sino que a menudo es físicamente imposible con herramientas estándar.

Problema principal

El fresado CNC utiliza herramientas giratorias que no pueden cortar esquinas internas perfectas de 90°. El radio de la herramienta deja una esquina interna curva, conocida como "R residual". Esta forma no cumple con los requisitos de ángulo recto de las ranuras cuadradas.

Soluciones tradicionales

• Mecanizado por descarga eléctrica (EDM):preciso, pero lento y caro.
• Ranurado/Ranurado:Requiere equipo especial.
• Acabado manual:propenso a la inconsistencia y la inexactitud.

Ventajas de la orientación del husillo

La orientación del husillo permite colocarlo en un ángulo específico, normalmente con una precisión de 0,2°, utilizando la retroalimentación del codificador del motor. Al utilizar fresas en ángulo recto personalizadas, se pueden mecanizar ranuras en ángulo recto sin configuración adicional ni operaciones secundarias. La herramienta se recupera automáticamente del cargador, lo que permite un mecanizado continuo y repetible.

Ventajas específicas

• Mecanizado de ranuras de precisión :Las herramientas personalizadas cortan ranuras internas en ángulos controlados.
• Mecanizado de configuración única: No es necesario volver a sujetar la pieza de trabajo. La alineación se simplifica.
• Rentable :Elimina la electroerosión o procesos de terceros, especialmente en lotes pequeños.

La clave es integrar esta funcionalidad mediante programación inteligente, diseño de herramientas personalizado y desarrollo de sistemas CNC. Esto se puede hacer sin grandes actualizaciones del equipo.

Estudio de caso:pieza cilíndrica de aluminio con ranuras en ángulo recto

Estas piezas de aluminio se utilizaron en equipos de comunicación de grado militar. El material era aluminio 6061-T6. Cada parte tenía 20 ranuras internas estrechas y profundas en ángulo recto. Los ángulos internos agudos eran críticos para los rieles deslizantes de PCB. (Los dibujos han sido simplificados.)

Dimensiones clave

• Profundidad de la ranura:13,5 mm
• Ancho de ranura:4,0 mm
• Requisito del radio de la esquina interna:R ≤ 0,2 mm
• Tolerancia del ancho de la ranura:±0,05 mm

¿Cómo lograr esquinas afiladas sin electroerosión?

La electroerosión no es la única forma de crear el ángulo recto interno si está equipado con las herramientas y técnicas adecuadas. Así es como funciona:

1. Análisis de diseño y evaluación de requisitos

Una revisión preliminar mostró que las fresas estándar dejarían un radio de aproximadamente 2 mm, lo que está mucho más allá del límite aceptable. Las opciones parecían ser:

• EDM
• Asignación secundaria mediante máquinas especiales (no es factible debido al bajo volumen y los plazos ajustados)

En cambio, el equipo de ingeniería eligió un método de ranurado personalizado. Utilizaron una orientación arbitraria del ángulo del husillo y herramientas de microranurado especialmente diseñadas.

2. Configuración de la máquina

• Modelo de máquina :VH-85 con sistema de control FANUC Oi-MF
• Herramientas :Herramientas de ranurado personalizadas hechas de aleación de acero para herramientas, de 4,0 mm de espesor, diseñadas para corte por inmersión.
• Ajuste del ángulo del husillo :Se logra mediante la personalización del sistema CNC utilizando códigos M88/M89 y parámetros de diagrama de escalera.

3. Estrategia de trayectoria de herramienta:5 pasos para el mecanizado de ranuras en ángulos agudos

Para lograr un mecanizado de ángulos agudos sin el uso de electroerosión, el equipo de ingeniería desarrolló una estrategia de mecanizado de cinco pasos clara y eficiente. La atención se centra en organizar la secuencia de herramientas de forma lógica y utilizar el control del ángulo del husillo para mejorar la precisión del mecanizado. A continuación se muestra una versión simplificada de este proceso:

Paso 1:Mecanizado de desbaste del contorno general

Se utiliza una fresa de extremo de 10 mm de diámetro para realizar el corte inicial de la cavidad interna. El objetivo de este paso es eliminar rápidamente la mayor parte del material y prepararlo para el acabado posterior.

Paso 2:Terminar el mecanizado del contorno interior y las superficies

Luego se utiliza una fresa de extremo de 8 mm de diámetro para refinar el contorno interior y el acabado de la superficie. El contorno exterior permanece conectado al material en bruto para mantener el soporte estructural para el siguiente proceso de fresado de ranuras.

Paso 3:Desbaste de la ranura en ángulo recto

Se utiliza una fresa de extremo de 3 mm para desbastar la ranura recta de 4 mm de ancho, lo que reduce el volumen del material y la carga de corte para la posterior operación de ranurado en ángulo recto.

Paso 4:Fresado por inmersión orientado al husillo

Usando un comando personalizado (M98S…), el husillo se orienta con precisión a la posición de la primera ranura (en este caso, M98S0). Se llama a un subprograma para fresar por inmersión y terminar la primera ranura horizontal. Esta entrada de estilo profundo es algo así como "afeitar" y es más adecuada para producir bordes limpios y afilados en ángulo recto. Después de completar una ranura, el eje gira 18° y continúa hasta terminar todas las ranuras.

Paso 5:Separación de la pieza terminada del stock

El perfil exterior se corta para separar la pieza acabada del material, seguido del acabado y biselado del borde exterior. Esto marca el final del proceso de mecanizado.

Consejos prácticos:¿Cómo garantizar la precisión en cada corte?

Las máquinas CNC suelen venir equipadas con un comando de orientación del husillo “M19”, que bloquea el husillo en un ángulo fijo. Sin embargo, este ángulo es constante e inmutable. Al modificar el sistema de control CNC, es posible lograr la orientación del husillo en cualquier ángulo deseado, lo que mejora enormemente la flexibilidad. Fue la combinación de los siguientes consejos lo que permitió al equipo completar con éxito la tarea:

Cortes de prueba para ajustes

Antes del mecanizado real, se realizaban cortes de prueba en material de desecho. Una sonda midió el ángulo después de cada corte. Los resultados se mostraron en la pantalla de la máquina y se utilizaron para ajustar los datos de ángulo en el programa principal en tiempo real.

Bloquear el ángulo

Una vez que la herramienta está alineada y el ángulo establecido, permanece sin cambios para todo el lote. Esto evita la recalibración al cambiar herramientas o piezas.

Configuración de posicionamiento del husillo FANUC Oi-MF

Después de la configuración, el husillo se puede colocar en cualquier ángulo usando M88S… en el programa. Utilice M89 para salir del modo.

• Establezca K0013.2 en "1" en "SISTEMA"> "Mantenimiento de PMC"
• Establezca el parámetro #3729 S1 en “1”
• Defina códigos de usuario:'M88' para habilitar, 'M89' para deshabilitar

EDM tradicional vs. Posicionamiento del husillo

InformaciónMétodo de electroerosión tradicionalMétodo de posicionamiento del husilloTiempo de una sola pieza153 minutos28 minutosRadio de esquina<0,15 mm<0,2 mmRugosidad de la superficieRa 1,6–2,0Ra 1,2–1,6CostoAlto (electrodos)Bajo (herramientas personalizadas)Flujo del procesoSubcontratado, configuraciones múltiplesConfiguración única, todo en uno

En la tabla anterior, se puede ver que el radio mínimo (R) del ángulo recto está muy cerca de los valores logrados por electroerosión. Esta R se creó intencionalmente para evitar que la herramienta se astille durante el corte estilo "afeitado" cuando la herramienta no está girando. Se rectifica un pequeño radio en el borde de la herramienta para mejorar la resistencia al impacto.

Si se mecanizan materiales blandos no metálicos, como plásticos, este R no es necesario y se puede lograr una esquina derecha teórica R=0. En la mayoría de los casos, un radio de R 0,2 mm o menos se considera aceptable para ángulos rectos. Teniendo en cuenta todos los factores, la tecnología de orientación del husillo ofrece una clara ventaja en términos de rentabilidad.

Resumen de experiencia práctica

• Asegure la alineación de la herramienta y la pieza de trabajo :El mecanizado de ángulos agudos es extremadamente sensible a la orientación de la herramienta; incluso una desviación de 0,5° puede afectar el rendimiento de corte.
• Elija un sistema de sujeción de alta rigidez :El uso de un portaherramientas de ajuste por contracción ofrece una rigidez significativamente mayor en comparación con las pinzas ER tradicionales, lo que lo hace especialmente adecuado para cavidades estrechas y profundas.
• Evite quitar la herramienta a mitad del proceso :Si se retira una herramienta del cargador, se debe restablecer el ángulo. Lo mejor es terminar todo el lote sin cambiar las herramientas.