Mecanizado de cinco ejes en la industria aeronáutica

Aquí se muestra una parte que está siendo producida en uno de los centros de mecanizado de cinco ejes de Padgett Machine.

Edward Padgett, presidente de Padgett Machine en Tulsa, Oklahoma, quería dejar pasar la oportunidad de mecanizar unos mástiles.

Los mástiles –-las partes mecanizadas muy largas que soportan las alas de los aviones-– están entre los tipos de componentes que demuestran por qué las máquinas-herramienta de cinco ejes en los talleres de la industria aeronáutica ofrecen recorridos largos.

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Máquinas de cinco ejes en la industria aeronáutica

En una máquina de cinco ejes con recorrido largo, un cabezal de husillo con ejes rotativos provee el movimiento angular, pivotando y avanzando a través de estos ejes a medida que se mueve hacia abajo por la longitud de la pieza. Varios tipos de componentes estructurales de aeronaves exigen esta variedad de máquinas-herramienta de cinco ejes.

Sin embargo, cuando Padgett Machine se pasó al mecanizado de cinco ejes, el señor Padgett cuenta que el taller tomó una decisión calculada para enfocarse solamente en trabajos de cinco ejes más pequeños (partes que miden 30 pulgadas o menos). Al decidirse por este trabajo más pequeño, el taller fue capaz de escoger un centro de mecanizado de cinco ejes que inclina y rota la pieza de trabajo en lugar del husillo.

Centro de mecanizado Haas Automation VF-6/40TR: una elección estratégica

Cuando el taller programa un trabajo como el de la foto anterior, generalmente modela la sujeción del trabajo junto con la parte. La vista CAM que se ve aquí incluye el modelo de un sistema de prensa para el mecanizado en cinco ejes, que minimiza la obstrucción en los lados de la pieza de trabajo.

El taller compró un centro de mecanizado Haas Automation VF-6/40TR, el cual usa un trunnion y una mesa rotativa para el movimiento angular. Una máquina con este tipo de diseño de cinco ejes generalmente es menos costosa que una máquina con husillo inclinable.

Además, la máquina Haas tiene recorridos rotativos de ±120 grados en A y 360 grados en B. Ese es un rango más amplio de movimiento que el que permiten muchas máquinas con husillo inclinable.

Actualmente, Padgett tiene dos de estas máquinas, aumentando el número total de máquinas CNC del taller a 10. Estas dos máquinas ahora están tan ocupadas y suman el 40% de los ingresos del taller. En parte, la razón para esta demanda es el descubrimiento que hizo el taller de que mucho del trabajo que producía en máquinas de tres ejes realmente merece hacerse completamente en una máquina de cinco ejes.

Componentes estructurales de aeronaves: especialización de Padgett Machine

La especialidad de Padgett Machine son las partes de aviones de defensa, particularmente componentes para aviones que han estado en servicio durante años. A menudo, el taller fabrica partes de repuesto para aviones que son lo suficientemente viejos como para carecer de datos CAD modernos.

Algunas veces, crear un modelo digital a partir de impresiones de esbozos es parte del trabajo cotidiano de ingeniería de esta compañía, la cual usa Delcam FeatureCAM, tanto para crear estos modelos digitales como para programar los CNC del taller.

Una parte específica que ilustra la experticia del taller es un soporte de ala para el avión caza F-16. Cada ala incluye ocho de estas partes, y tanto el material como la geometría las hacen un reto para mecanizar. El material es una aleación resistente a la fractura, mientras la geometría incluye una superficie contorneada que tiene que ajustarse con precisión a la curva del ala.

El taller se enfoca en partes mecanizadas en cinco ejes de no más de 30 pulgadas de longitud. Este tamaño permite el uso de máquinas de cinco ejes tipo trunnion, que inclinan la pieza de trabajo en lugar del husillo.

Para tener la calificación para hacer esta parte, el señor Padgett dice que el taller tuvo que mecanizar una versión de prueba a su costo y pagarle a las Fuerzas Armadas para inspeccionarla. Él cree que su taller es uno de apenas ocho en el mundo que han logrado esta calificación.

Una parte más típica para este taller, una costilla de ala para el avión MD-11, demuestra por qué el mecanizado de cinco ejes estilo trunnion es tan valioso.

Esta parte requiere fresado en cinco ejes alrededor de su periferia, así como el mecanizado de agujeros en la periferia a varios ángulos alrededor de la misma superficie. Las dos operaciones involucran el mecanizado de ángulos que están separados 90 grados. Muchas máquinas con husillo inclinable requerirían múltiples alistamientos debido al rango limitado de movimiento de la máquina en los ejes angulares.

Ahora las máquinas de cinco ejes en Padgett completan casi todo el mecanizado de esta parte en un solo alistamiento, dejando intacta sólo la superficie que está en el lado inferior de la pieza durante la sujeción.

Sujeción en mecanizado de cinco ejes: aprendiendo y adaptándose

Padgett dice que la sujeción es una de las áreas donde un taller debería enfrentar una curva de aprendizaje en el mecanizado de cinco ejes. Con la experiencia, Padgett Machine ha crecido de manera efectiva en la sujeción rígida de partes complejas, mientras mantiene un máximo acceso al mecanizado.

El centro de mecanizado de cinco ejes ofrece recorridos de ±120 grados en A y 360 grados en B. Actualmente, el taller cuenta dos de estas máquinas.

Un dispositivo que les ha sido útil es el sistema de sujeción Schenke de Kurt Manufacturing. Diseñado para el mecanizado de cinco ejes, este sistema de prensa ofrece una alta fuerza de sujeción, de forma tal que asegura una obstrucción mínima en los lados de la pieza de trabajo.

En contraste, la programación de cinco ejes es fácil, según él. La programación basada en características en el FeatureCAM hace la creación de patrones de herramientas más intuitiva de lo que él había esperado.

Como en el mecanizado de tres ejes, él selecciona una característica, y el software inmediatamente provee tanto la selección de la herramienta como los patrones del cortador que él tiene en mente.

En la programación de cinco ejes, Padgett modela la geometría de la sujeción junto con la parte. Con el software protegiendo ciertos planos asociados con la sujeción del trabajo, resulta en un programa que de manera confiable evita cualquier colisión con la sujeción.

La próxima gran compra del taller será, casi con seguridad, otra máquina de cinco ejes, comenta el señor Padgett. Quizás la mayor sorpresa en la curva de aprendizaje en cinco ejes del taller ha sido el alto nivel de uso de las máquinas. Gran parte de la demanda se relaciona con partes que no involucran un verdadero fresado en cinco ejes, dice.

Las partes que una vez fueron mecanizadas en centros de mecanizado estándar, generalmente, tienen más sentido para máquinas de cinco ejes.

En su lugar, sólo la opción de cambiar las orientaciones por fuera del corte es significativa. Este mecanizado en cinco ejes de sólo posicionamiento podría reducir el número de alistamientos para una parte dada, desde siete alistamientos en máquinas de tres ejes, a dos alistamientos en una máquina de cinco ejes. Cuando este es el caso, la máquina de cinco ejes toma más sentido, incluso si la pieza no es contorneada.

De hecho, una de las máquinas de cinco ejes podría tener sentido para una parte, incluso si ambas máquinas están reservadas mientras una máquina de tres ejes está abierta y esperando. En el caso de muchos trabajos en Padgett Machine, la opción más expedita y efectiva en costo es sólo dejar que la parte espere hasta que una de las máquinas-herramienta de cinco ejes esté libre.