Optimización de selección de herramientas y parámetros de corte CNC para mecanizado preciso

Hoy, muchos paquetes CAD/CAM ofrecen programación automática. Suelen plantear en la interfaz cuestiones de planificación: selección de herramienta, planificación de trayectoria, ajuste de cantidad de corte. Programador solo fija parámetros y genera programa NC automáticamente. Por tanto, selección de herramienta y determinación de cantidad de corte en CNC se realizan en estado hombre-máquina, contraste con máquinas convencionales. Programadores deben dominar principios básicos y considerar características del mecanizado CNC. Este artículo discute problemas de selección y cantidad de corte en programación NC, da principios y sugerencias, y señala puntos de atención.

Tipos y características de herramientas comunes en CNC

Herramientas CNC deben adaptarse a alta velocidad, eficiencia y automatización. Incluyen herramientas generales, portaherramientas universales y pocos portaherramientas especiales. Portaherramienta conecta herramienta y se monta en cabezal, por eso se ha estandarizado y seriado. Muchas formas de clasificar.

Según estructura:

• Integral
• Incrustada (soldada o sujeción mecánica; mecánica: no indexable e indexable)
• Especiales (compuestas, amortiguadoras, etc.)

Según material:

• Acero rápido (HSS)
• Metal duro (carburos)
• Diamante
• Otros: nitruro boro cúbico, cerámicos, etc.

Según proceso de corte:

• Torneado: exterior, interior, roscas, corte, etc.
• Taladrado: brocas, escariadores, machos, etc.
• Mandrinado
• Fresado, etc.

Para cumplir requisitos de durabilidad, estabilidad, fácil ajuste y reemplazo, herramientas de sujeción mecánica indexables se usan ampliamente: 30-40% del total de herramientas CNC, 80-90% del total en cantidad.

Comparadas con herramientas de máquinas convencionales, herramientas CNC tienen requisitos distintos, principalmente:

1. Buena rigidez (especialmente desbaste), alta precisión, baja vibración y deformación térmica
2. Buena intercambiabilidad, cambio rápido
3. Larga vida, rendimiento de corte estable y fiable
4. Tamaño fácil de ajustar, reduce tiempo de ajuste en cambio
5. Romper/enrollar virutas fiablemente para facilitar evacuación
6. Serialización y estandarización para facilitar programación y gestión

Selección de herramientas de mecanizado CNC

Selección en estado hombre-máquina de programación NC. Herramienta y portaherramienta deben seleccionarse correctamente según capacidad de máquina, material de pieza, procedimiento, cantidad de corte y otros factores.

Principio general: fácil instalación/ajuste, buena rigidez, alta durabilidad y precisión. Cumpliendo requisitos, elegir portaherramienta más corto para mejorar rigidez.

Tamaño de herramienta debe adaptarse a superficie de pieza a mecanizar.

• Fresas de extremo para contornos perimetrales de piezas planas.
• Fresas de plaquita de metal duro para fresado de planos.
• Fresas de extremo de acero rápido para bosses y ranuras.
• Fresas de maíz con plaquita de metal duro para desbaste de bruto o agujeros.
• Perfiles 3D y biselados variables: fresas esféricas, anulares, cónicas, disco.

En superficies libres, velocidad de corte en punta de fresa esférica es cero; para asegurar exactitud, paso de corte muy denso, así que esférica para acabado. Fresa de extremo plano superior en calidad y eficiencia. Por tanto, mientras no haya interferencia, preferir fresa plana tanto en desbaste como acabado de superficies curvas. Además, durabilidad y precisión relacionan con precio. Aunque buena herramienta aumenta coste, mejora calidad y eficiencia, reduciendo coste total.

En centro de mecanizado, varias herramientas en almacén, selección y cambio según programa. Por tanto, portaherramienta estándar para instalar rápidamente herramientas estándar de taladrado, mandrinado, escariado, fresado en husillo o almacén. Programador debe conocer estructura, método y rango de ajuste del portaherramienta para determinar dimensiones radiales y axiales al programar.

En CNC económico, afilado, medición y reemplazo manual, tiempo auxiliar largo. Orden de herramientas debe ser razonable:

1. Minimizar número de herramientas
2. Tras sujetar herramienta, completar todo lo que pueda
3. Herramientas desbaste/acabado separadas, aunque mismo tamaño
4. Primero fresar, luego taladrar
5. Primero acabado superficial, luego contorno 2D
6. Usar cambio automático de herramienta para mejorar eficiencia

(Repetición de principios eliminada en versión optimizada)

Determinación de cantidad de corte en mecanizado CNC

Principio de selección razonable: en desbaste, objetivo principal productividad, pero también economía y coste. Valor específico según manual de máquina, manual de cantidad de corte y experiencia.

① Profundidad de corte (t)

Si rigidez máquina, pieza y herramienta permite, t = exceso de mecanizado, medida eficaz para mejorar productividad. Para garantizar exactitud y rugosidad, dejar exceso para acabado. Exceso de acabado en CNC puede ser menor que en convencional.

② Ancho de corte (L)

Generalmente L proporcional a diámetro herramienta d e inversamente proporcional a profundidad. En CNC económico, rango general: L = (0.6–0.9)d.

③ Velocidad de corte (v)

Aumentar v mejora productividad, pero v relacionado con durabilidad de herramienta. Al aumentar v, durabilidad cae drásticamente, así que elección depende de durabilidad. También v relacionado con material. Ej.: fresar aleación 30CrNi2MoVA con fresa extremo, v ~8 m/min; fresar aleación aluminio con misma fresa, v >200 m/min.

④ Velocidad de avance (vF)

Seleccionar según exactitud y rugosidad requeridas, herramienta y material. Aumentar vF mejora eficiencia. Si rugosidad baja, vF mayor. Durante mecanizado, vF ajustable manualmente por interruptor en panel, pero avance máximo limitado por rigidez y sistema de avance.