Cómo entender las herramientas de fresado de segmento circular

La fresa de segmento circular representa una clase de herramienta de fresado en la cual el software CAM es clave para usar la herramienta de manera efectiva. Los perfiles de corte presentados en los ángulos adecuados permiten reducir el tiempo de ciclo en piezas de trabajo contorneadas como moldes. Un ingeniero de una compañía CAM discute el papel de esta herramienta.

Con el tiempo, el movimiento de la máquina-herramienta se ha vuelto más intrincado. El control preciso de los centros de mecanizado de cinco ejes permite elaborar rutas de herramientas. Con el tiempo, el software CAM se ha vuelto más sofisticado, aumentando la facilidad y eficacia con la que se pueden programar máquinas complejas.

Mientras tanto, las formas de herramienta de corte han sido simples. Las herramientas de fresado estándar vienen en formas básicas que se habrían podido reconocer incluso antes de la era del mecanizado programable. Damos por hecho esto, pero ¿las herramientas de corte requieren formas simples? Como resultado, no del todo. Las máquinas complejas pueden fresar formas complejas utilizando herramientas complejas, y este último elemento es la pieza que ahora ha llegado y ha comenzado a encontrar su lugar.

El fabricante de herramientas de corte Emuge ofrece una línea de herramientas de fresado de segmento circular llamada “fresas de barril” y otras, que ofrecen perfiles diseñados para el acabado efectivo de varias superficies de piezas contorneadas, especialmente en el mecanizado de matrices y moldes. Sin embargo, estas herramientas son distintivas en las exigencias que tienen con relación a las trayectorias de herramienta. Usarlas de manera efectiva requiere de trayectorias de herramienta que mantengan el perfil de corte engranado con la superficie de la pieza en un ángulo preciso, adecuado para el diseño de la herramienta. Para satisfacer esta necesidad, Emuge se asoció con los proveedores de software CAM para desarrollar algoritmos de programación capaces de realizar por completo lo que promete esta herramienta.

Uno de esos socios es CNC Software, desarrollador de Mastercam. El ingeniero de aplicaciones, Jesse Trinque, es uno de los miembros del equipo de software CNC que ha participado en el desarrollo de las habilidades del Mastercam adaptadas a las herramientas de segmento circular, y ha trabajado con talleres que utilizan esta herramienta. Recientemente, ofreció su perspectiva sobre la importancia que él ve en este tipo, relativamente nuevo, de herramientas de fresado y la importancia correspondiente de la herramienta de corte y el software CAM, que trabaja cada vez más como un sistema unificado.

“En el pasado, el sistema CAM realmente no modelaba las herramientas de corte como herramientas”, explica. No era necesario. Las formas de las herramientas de corte eran tan simples –un cilindro para un end mill o un cilindro con una punta hemisférica para una fresa de extremo esférico– que solo estos simples sólidos geométricos eran suficientes para representar con precisión las herramientas en CAM. Las herramientas de segmento circular cambian esto, dice, porque requieren que una forma de herramienta de corte no simple deba ser realizada y manipulada con precisión con respecto a una forma de pieza de trabajo que tampoco es simple. Esta es la tarea para la cual los desarrolladores de CAM han estado mejorándose al equipar el software para hacer uso de estas herramientas.

La recompensa es nada menos que tiempos de fresado de acabado reducidos para piezas con contornos geométricos. Una herramienta de segmento circular logra lo mismo que una herramienta de nariz redondeada hasta el punto de utilizar un borde contorneado para fresar a lo largo de una superficie contorneada. Sin embargo, una herramienta con punta redondeada presenta un radio de vanguardia que es solo tan grande como el radio de la herramienta. Por el contrario, una herramienta de segmento circular, como un cilindro o una fresa ovalada, logra entregar un perfil de fresado de gran radio con una herramienta que sigue siendo delgada. Otros tipos de perfil en la línea de Emuge incluyen lente y conicidad (ver foto).

La ventaja de la herramienta de punta esférica es que este tipo de herramienta clásica es independiente del ángulo de ataque. En cualquier ángulo que se use la herramienta, la punta todavía presenta el mismo perfil circular. La desventaja de la punta esférica, dice Trinque, es el tiempo de ciclo. La herramienta requiere un pequeño incremento de paso de avance para mecanizar una superficie lisa, lo que lleva a tiempos de ciclo largos cuando la superficie es grande. Las herramientas de segmento circular pueden llevar grandes pasos ascendentes y tiempos de ciclo cortos para las mismas superficies, pero estas herramientas deben mantenerse en el ángulo correcto para que el perfil de gran radio entre en juego.

¿Qué ángulo? Trinque dice que la herramienta con forma ovalada está limitada a un rango de movimiento de 15 grados en el que la herramienta es efectiva. La herramienta de forma cónica es mucho más limitada que esto; su ángulo de acople no puede variar más de 0.1 grados. La punta esférica, por el contrario, es efectivamente ilimitado en su rango de movimiento. Esta es la razón por la cual las herramientas con punta esférica se usan rutinariamente incluso en centros de mecanizado básicos, pero las herramientas de segmentos circulares se aplican casi por completo en máquinas de cinco ejes.

Él dice que la principal aplicación en la que prospera una herramienta de segmento circular es fresar una superficie contorneada que cubre un área grande y relativamente abierta de la pieza. Esto podría significar mecanizar la parte inferior de una cavidad de molde con una herramienta de lente o mecanizar los lados de un núcleo de molde con una herramienta cónica u ovalada. En cualquier caso, una operación de acabado que podría haber llevado varias horas con una herramienta con forma esférica se podría reducir a menos de una hora con la aplicación estratégica de varias fresas de segmento circular.

El mecanizado de moldes y matrices no es la única aplicación, dice él. Las piezas aeroespaciales con grandes superficies barridas también son candidatas, al igual que los implantes médicos. Estos dos últimos tipos de piezas tienen la ventaja de que probablemente ya se están produciendo en máquinas de cinco ejes. “Recientemente ayudamos a una empresa a mecanizar un componente de rodilla de titanio”, dice. “Ya era de cinco ejes, pero el ciclo de fresado de acabado era de 70 minutos. Las herramientas de segmento circular redujeron esto a 10 minutos generando una superficie aún mejor”.

Las herramientas de punta esférica siguen siendo importantes. Frecuentemente, las piezas complejas tienen características de difícil acceso para las cuales solo una punta esférica puede hacer el mecanizado en el ángulo restringido que la pieza permite. De hecho, Trinque dice que este punto sugiere uno de los principales desafíos y cambios de mentalidad que él ve, en relación con la adopción de las nuevas herramientas.

“Las empresas que han oído hablar de la eficacia de las herramientas de segmento circular a menudo quieren aplicarlas a todo”, comenta. Pero estas herramientas, en general, tienen limitaciones; no son buenas para el desbaste, señala él. Cada una de las herramientas específicas tiene sus propias ventajas y limitaciones. Sus diferentes aplicaciones expanden potencialmente las opciones disponibles para el programador y cambian la importancia de las decisiones que el programador toma para realizar un proceso productivo. “En el pasado, es posible que haya utilizado una herramienta para terminar una cavidad”, dice. “Incluir herramientas de segmentos circulares puede significar que ahora piense en la misma cavidad en términos de cuatro diferentes trayectorias de herramientas para cuatro herramientas diferentes, cada una de las cuales realiza de manera productiva una región diferente de esa cavidad”.

Cada vez más, es así como deben pensar los programadores de moldes y troqueles, dice Trinque. En su opinión, las herramientas de corte que ofrecen perfiles complejos son el futuro. En el mecanizado de formas contorneadas, son la pieza final que reúne la sofisticación que el software CAM puede realizar con la complejidad que el mecanizado de cinco ejes puede lograr. De hecho, otros fabricantes de herramientas de corte también están introduciendo herramientas con formas interesantes y útiles, dice. El software CAM ya no puede considerar las herramientas como formas simples. En la actualidad, el Mastercam implementa herramientas de segmentos circulares utilizando bibliotecas de modelos de herramientas adaptadas a estos formularios, pero dice que esto es solo un paso intermedio. En desarrollo, ahora se encuentra la capacidad que le permitirá al usuario del software CAM ingresar el perfil de la herramienta, equipando el software para hacer uso de lo que sea la última herramienta que el usuario necesite para aplicar el software CAM.

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