¿Qué es el fresado de contorno CNC? Diseño de la trayectoria de avance y de los parámetros de corte

En el mecanizado CNC, la trayectoria que sigue el punto de ubicación de la fresa con respecto a la pieza se denomina «trayectoria de mecanizado». El diseño de la trayectoria influye directamente en la precisión dimensional y la rugosidad superficial. Una trayectoria adecuada debe cumplir cuatro principios:

1. Debe alcanzar la precisión y el acabado superficial requeridos, manteniendo al mismo tiempo una alta eficiencia.
2. Debería simplificar los cálculos numéricos y reducir el trabajo de programación.
3. Debe ser lo más breve posible, dentro de lo razonable, para reducir tanto los bloques de programa como el tiempo sin corte.
4. Debe tener en cuenta el margen de material disponible y la rigidez de la máquina, la herramienta y la pieza de trabajo.

Movimientos de entrada y salida, y compensación de radio de fresa

El fresado de contornos suele requerir una compensación del radio de la fresa. La trayectoria de la herramienta debe establecer la compensación antes de que la fresa entre en la pieza y cancelarla solo después de que la fresa haya salido de la pieza.

Al entrar o salir de un perfil, la fresa debe seguir una línea o un arco tangente al contorno. La entrada y salida tangenciales evitan las marcas de la herramienta que pueden producirse con una aproximación normal directa y ayudan a que el contorno acabado quede liso.

Un método sencillo consiste en establecer la compensación de radio mientras la fresa se desplaza en línea recta desde el punto S hacia el contorno. Posteriormente, la fresa vuelve a S en línea recta, y la compensación se cancela durante el retorno. Este enfoque directo es eficaz, pero el contacto en el punto donde la fresa entra en contacto con el perfil puede dejar una marca visible. Por lo tanto, resulta más adecuado cuando los requisitos del contorno no son muy estrictos.

Para obtener un contorno de alta calidad, la compensación de radio se establece durante un desplazamiento recto desde el punto S que no toca el perfil acabado. Con la compensación activa, un arco lleva entonces a la fresa de forma natural y tangencialmente hacia el contorno circular. Una vez completado el contorno, la secuencia de salida se invierte y la compensación se cancela durante el desplazamiento recto final de retorno.

Al finalizar el fresado de un contorno exterior, la fresa debe entrar tangencialmente desde el exterior del perfil y retirarse siguiendo una tangente una vez finalizado el mecanizado.

Parámetros de corte para el fresado de contornos

Profundidad de corte axial y radial

La longitud de la ranura, o longitud del filo lateral, determina la profundidad máxima de corte. En la práctica, la profundidad axial de corte en la dirección Z (a_p) no debe superar 1,5 veces el diámetro de la fresa. La profundidad de corte radial (a_w) no debe superar el radio de la fresa.

Una fresa de diámetro más pequeño requiere una profundidad de corte menor para mantener una rigidez adecuada.

Cuando se realiza el desbaste de una superficie sin mecanizar con una fresa de extremo, se puede utilizar una fresa de desbaste dentada para cortes intensos, siempre que el sistema máquina-herramienta-pieza lo permita. Si es necesario eliminar un gran margen de material, es preferible utilizar una fresa de extremo de mayor diámetro y menor longitud.

Esta combinación ayuda a evitar las vibraciones y la desviación de la fresa durante los cortes intensos o, al menos, reduce ambos efectos al mínimo.

Velocidad de avance

Las distintas condiciones de funcionamiento requieren velocidades de avance diferentes. El movimiento de avance se puede dividir en dos tipos:

• Velocidad de desplazamiento rápido: la velocidad de avance utilizada para los desplazamientos sin corte.
• Velocidad de avance en el mecanizado: la alimentación de trabajo utilizada durante la entrada, la salida y el corte.

Para mejorar la eficiencia y reducir el tiempo no dedicado al corte, el avance rápido debe ser lo más rápido posible y, por lo general, se utiliza la velocidad máxima permitida por la máquina.

La velocidad de avance del mecanizado (v_f) está relacionada con la velocidad de la fresa (n), número de dientes (z), y avance por diente (f_z) de la siguiente manera:

v_f = f_z · z · n      Ecuación (5-1)

donde:

• v_f es la velocidad de avance;
• f_z es el avance por diente, en milímetros por diente (mm/diente);
• z es el número de dientes de la fresa; y
• n es la velocidad de rotación de la fresa.

Avance por diente (f_z) se elige principalmente en función de las propiedades mecánicas del material de la pieza, del material de la fresa y de la rugosidad superficial requerida.

A medida que aumentan la resistencia y la dureza de la pieza de trabajo, f_z deberían disminuir; a medida que disminuyen, f_z puede aumentar. Una fresa de carburo suele permitir un avance por diente mayor que una fresa de acero rápido comparable.

Un requisito de rugosidad superficial más exigente exige un tamaño menor f_z. Una pieza de baja rigidez o una fresa con una resistencia limitada también requieren un valor menor.

Velocidad de avance en arcos circulares

Durante la interpolación circular, la velocidad de avance real en el punto de corte (v_T) difiere de la velocidad de avance seleccionada en el centro de la fresa (v_f) debido al radio del arco.

En el caso de un arco exterior, la velocidad de avance real en el punto de corte es:

v_T = RR + r · v_f

Por lo tanto: v_T < v_f

En el caso de un arco interno, la velocidad de avance real en el punto de corte es:

v_T = RR − r · v_f

Por lo tanto: v_T > v_f

Si R ≈ r, la velocidad de avance real en el punto de corte se vuelve extremadamente alta y puede dañar la herramienta o la pieza de trabajo. Por lo tanto, hay que tener en cuenta la influencia del radio del arco a la hora de seleccionar la velocidad de avance programada.

Hay otros factores especiales que también influyen en la elección de la velocidad de avance. En el mecanizado de contornos, por ejemplo, la inercia o la deformación del sistema de mecanizado pueden provocar un sobreavance o un subavance en una esquina.

Si la fresa se desplaza desde el punto A hacia el punto B a una velocidad de avance elevada, la inercia puede provocar un sobredesplazamiento y un sobrecorte en la esquina B. Se elimina material en exceso de la esquina, lo que da lugar a un error de contorno.

Una velocidad de avance variable puede solucionar este problema. Reduce el avance de forma adecuada antes de llegar a la esquina y, a continuación, auméntalo gradualmente una vez que la fresa haya pasado la esquina.

Velocidad del husillo de la fresa de mango

Al mecanizar acero, una fresa de carburo con plaquitas intercambiables suele funcionar a una velocidad de husillo mayor que una fresa estándar de acero rápido (HSS).

A medida que aumenta la velocidad del husillo durante el mecanizado de carburo, también aumenta la temperatura del acero en contacto con el filo de corte. El material se ablanda localmente, lo que crea unas condiciones de corte más favorables.

La velocidad del husillo que se utiliza con una fresa de metal duro suele ser entre tres y cinco veces superior a la que se emplea con una fresa estándar de acero rápido (HSS). Utilizar una fresa de metal duro con plaquitas intercambiables a una velocidad del husillo demasiado baja puede provocar que el metal duro se astille o incluso que falle.

Sin embargo, en el caso de una fresa de acero rápido, una velocidad del husillo excesivamente alta acelera el desgaste de la herramienta.

La velocidad de fresado también se puede seleccionar consultando una tabla de velocidades de corte adecuada.

[ESPACIO RESERVADO PARA LA IMAGEN: Tabla de referencia de velocidades de corte en fresado]

Figura: Tabla de referencia para velocidades de corte en fresado

Vibraciones y corrección de los parámetros de corte

Una fresa de extremo puede vibrar durante el mecanizado. Entre las causas más habituales se encuentran una sujeción deficiente de la herramienta, un saliente excesivo de la cuchilla respecto al portafresas, una profundidad de corte o una velocidad de avance excesivas al mecanizar paredes delgadas, y la flexión de la cuchilla.

La vibración provoca un acoplamiento irregular en torno a los filos de corte periféricos de la fresa. La carga de corte real puede superar el valor previsto, lo que reduce la precisión del mecanizado y la vida útil de la herramienta.

Si se producen vibraciones, reduzca tanto la velocidad de corte como la velocidad de avance. Si las vibraciones persisten de forma significativa tras haber reducido ambas en 40%, reduzca la profundidad de corte.

Si el traqueteo persiste, comprueba el método de mecanizado y la rigidez de la configuración.