Mecanizado inteligente
Se trata de una función que produce una trayectoria de herramienta inteligente y óptima. Entre sus características se encuentran la opción para examinar datos entre las capas Z, conexiones de avances de HSM, mecanizado con control de la pendiente e identificación de la geometría para HSM. Además, incluye la función de entrada helicoidal que se usa para el mecanizado de cajeras, y la función de acabado con un tamaño de herramientas restringido que produce una trayectoria óptima de acuerdo con la geometría.
Para conseguir unas formas claras a la hora del desbaste es importante para el software CAM entender qué cambios ocurren en la topología de la superficie entre las capas en Z. Los algoritmos del reconocimiento del material remanente (KSR) deben basarse en procesos anteriores para determinar si se necesitan más pasos para que esta operación ofrezca unas formas más claras. "El mecanizado inteligente" determina cómo un sistema CAM mecaniza este material "entre capas" (ver gráfico 1).
La identificación de las áreas adicionales del material remanente constituye una tecnología progresiva. El método de identificar y retirar este material es lo que constituye "el mecanizado inteligente". Varias opciones de mecanizado deben estar disponibles para el operador.
Permítanos suponer que se ha pedido al sistema CAM crear una trayectoria de herramienta inteligente, dejando 0,5mm de material. A continuación se pide al sistema mecanizar el material "entre las capas" usando una técnica "para optimizar las áreas horizontales" . El algoritmo "de optimización horizontal" se usa para identificar y luego mecanizar las áreas "poco profundas" de las superficies de acabado. Estas áreas poco profundas se establecen por el usuario para aprovechar las mejores características de la herramienta, el porta-herramientas y la máquina de alta velocidad CNC. Las áreas poco profundas se pueden mecanizar durante el período del desbaste, o justo después, dependiendo de la práctica de las empresas.
Este método no es sólo mejor para la vida de la herramienta sino que también calienta menos el metal y ayuda a formar la pieza de acuerdo con lo requerido. Al desbastar de esta manera, lo que sucede a menudo es que el paso del semi-acabado se elimine ahorrando así más tiempo y deterioro de la herramienta.
Reconocimiento del material remanente (KSR)
Muchos de los sistemas CAD/CAM más destacados han introducido recientemente el re-desbaste. El componente principal del KSR es el re-desbaste. Éste es un método excelente para las empresas que usan una serie de métodos de desbaste. En primer lugar, el operador realiza el mecanizado inicial de desbaste, y a continuación utiliza el modelo resultante como el nuevo material para la trayectoria de herramienta posterior. El operador continúa con el desbaste aplicando cualquier tipo de método común al nuevo material (por ejemplo, paralelo, espiral o material-espiral). El resultado de esto es una trayectoria de herramienta extremadamente eficaz "que se queda en el material" y elimina los cortes en vacío.
El re-mecanizado constituye el proceso de creación de trayectorias de herramientas en zonas donde herramientas anteriores no han retirado todo el material (ver gráfico 2). Este material sin cortar se puede retirar con una vertical optimizada, horizontal optimizada, bitangencia, zonas residuales u otros métodos. Estas nuevas estrategias de mecanizado deben también tener en cuenta las prácticas requeridas para el HSM.
La trayectoria de la herramienta se optimiza basándose en el KSR de la trayectoria de herramienta anterior. Esto capacita al sistema a determinar la verificación de colisiones en los movimientos rápidos de los avances, y elimina los cortes en vacío de las áreas abiertas. La verificación de colisiones del porta-herramientas optimiza la trayectoria de herramienta para proteger a la herramienta y al porta-herramientas de la colisión. Esta función determina la altura en Z en que se puede realizar el mecanizado usando la herramienta convencional, mientras que el trabajo posterior continúa con herramientas adicionales. Esta función también ayuda el HSM al mantener la carga de la herramienta constantemente basada en la geometría del material y la bajada en Z. Una trayectoria de herramienta optimizada que elimina cualquier trabajo innecesario y reduce el tiempo del mecanizado depende de la geometría del material del área sin mecanizar.
Este tipo de función es particularmente importante para el HSM ya que necesitamos mantener una carga de viruta constante. Sin el re-mecanizado, cuando las zonas de paredes y fondos se terminen, la herramienta retirará un volumen especialmente grande de material al alcanzar las esquinas (y probablemente se romperá). Con el re-mecanizado las esquinas ajustadas se liberan presionando menos a la herramienta y permitiendo que se mueva más rápido.
Esquinado
El esquinado es muy importante a la hora de optimizar una trayectoria de herramienta para el HSM. El sistema CAD/CAM debe ser capaz de tratar con cantos vivos mientras se mantiene la dirección de corte. La función de tratamiento de la esquina del software aleja fuera de la trayectoria de herramienta de forma helicoidal a este movimiento de cortante (ver gráfico 3). Si este movimiento de corte tuviese que permanecer, la función del control de basarse en procesos anteriores lo detectaría y reduciría el avance para adaptarse a él. La eliminación de este movimiento en el sistema CAM produce movimientos fluidos de trayectoria de herramienta que pueden mantener avances y velocidades programadas.
Otro método para retirar esquinas cortantes es la nueva aproximación "material-espiral"del desbaste. Este estilo de trayectoria de herramienta retira material en niveles Z, mientras mantiene una carga de viruta constante a través de sucesivos offsets del contorno interno. En cualquier corredera de nivel Z las condiciones de límites mostrarán un límite exterior y también un número de límites internos formados por la topología de la superficie.
Esta técnica altamente eficaz propaga sucesivos offsets de límites exteriores hasta que los offsets superen el límite exterior. El control de alta velocidad retardará la herramienta a medida que se aproxima y se retracta de la pieza durante los cortes iniciales. No obstante, una vez que ya está totalmente ajustado vuelve a los avances programados para mantener una carga de viruta constante en la herramienta. La forma uniforme del material que se retira mejora la calidad de la trayectoria de herramienta resultante.
Pasadas laterales
Las pasadas laterales conectan pasos consecutivos para una trayectoria de herramienta de alta velocidad. El mecanizado paralelo se ha usado durante los últimos diez años para acabar los modelos de figuras con múltiples superficies. Esto tiene como consecuencia que se provoquen movimientos bruscos entre pasadas. Las conexiones rectas son los métodos tradicionales para realizar el incremento de pasada lateral. Estas no son adecuadas para el HSM, ya que el control detectará el movimiento de la herramienta y reducirá de manera significativa el avance. Recientemente una serie de vendedores han introducido una técnica de "lazos" en HSM para retirar esquinas cortantes y allanar trayectorias de herramientas. Los simples lazos entre los pasos de copiado son adecuados a una velocidad moderada de 500-1.000 mm/min (508-1.016 mm/min); aún así son muy bruscos para velocidades altas.
Un nuevo método conocido como "unión suave entre las capas" debe programarse para mantener la inercia de la herramienta y mantener el avance programado. Los nuevos tipos de pasadas laterales incluyen lazos 3-D, lazos 3-D exteriores, lazos 3-D interiores y "golf club" (ver gráfico 4). Para evitar la reducción en las esquinas el sistema debe crear una sobrepasada de tipo "golf" entre los pasos.
El método tradicional para la herramienta de corte en una operación de desbaste de cajera es el de moverse diametralmente. Esto contradice el principio del HSM de mecanizar con una carga de viruta constante, además de imponer una mayor reducción del avance programado. Las alternativas de sobrepasadas en cajeras incluyen una salida de radio, una nueva entrada, y un nuevo estilo de lazo de tipo de "montaña rusa". Estos nuevos estilos mantendrán el avance programado conservando la herramienta en un movimiento constante y sin realizar cortes de un diámetro total.
Trayectorias de herramientas basadas en NURBS
El nuevo código G "G6.2" representa el código de mecanizado para la spline NURBS. Este nuevo código extiende los códigos tradicionales lineales y circulares con una spline que se muestra con puntos de control y de lazo. El diseño del control CNC incorpora características de procesos anteriores que cambian el avance de forma dinámica para reducir la marcha del cabezal y producir así cambios rápidos de dirección. Con esta función se ahorra una extraordinaria cantidad de datos NC dando lugar a un HSM.
Es importante que el sistema CAD/CAM cree la trayectoria de herramienta en NURBS cuando se calcule. Tradicionalmente el sistema CAD/CAM debe aproximar la topología de superficie en segmentos lineales pequeños. El tamaño de estos segmentos se basa (entre otros factores) en la tolerancia de la superficie programada. Los segmentos representan una aproximación de la superficie y como resultado se crea la trayectoria de herramienta de punto a punto. Este enfoque producirá errores de doble tolerancia. El sistema CAD/CAM debe ser capaz de crear un formato NURBS directamente desde los datos de la superficie de modo que estos se realizan sólo una vez.
Mecanizado trocoidal
El mecanizado trocoidal es una nueva estrategia de trayectoria de herramienta para aumentar la velocidad del mecanizado de desbaste. Una "trocoide" se define como la huella de un punto fijado en un círculo que rueda a lo largo de una línea. En términos generales, una "trocoide" es cualquier curva que constituye el lugar de un punto fijado a una curva A, mientras que la A se desliza a lo largo de otra curva B sin resbalar (ver gráfico 5). El resultado es una trayectoria de herramienta parecida a un espirógrafo donde el material se retira de la parte cortante de la herramienta de corte (ver gráfico 6). Este tipo de herramientas se emplean a menudo en esta práctica y es adecuado para el mecanizado de cajeras abiertas y ranuras. También se adapta al HSM ya que la herramienta de corte se mueve siempre de forma encorvada y permite que se mantenga el máximo avance a través de todo el proceso de mecanizado. Además, el movimiento circular permite que las virutas se expulsen de forma clara y concisa.
Desbaste por penetración
El desbaste por penetración constituye un nuevo estilo de trayectoria de herramienta que usa herramientas de corte especiales para mecanizar moldes profundos y matrices (ver gráfico 7). Éste emplea una trayectoria de herramienta de tipo de taladro para retirar el material en el punzón en la dirección primaria (dirección Z) de la máquina CNC. Esto está demostrado que constituye un excelente método para desbastar matrices o modelos de cavidades.
El mecanizado de grandes moldes de metal requiere un alargo extenso en la herramienta. En una operación de fresado el alargo tiende a generar vibraciones porque el mecanizado se lleva a cabo en un ángulo derecho en relación con el eje principal. En el mecanizado de tipo vertical donde la dirección del mecanizado es la misma que la del eje principal, las vibraciones así como el tiempo de mecanizado se pueden reducir.
Conclusión
El uso de estrategias HSM exige normalmente que el material se retire con cortes poco profundos y con una pequeña sobrepasada. El objetivo de la estrategia de corte es tener un volumen constante de arranque de viruta con la herramienta en constante contacto con el material. Los patrones de corte que se usan para el desbaste son frecuentemente patrones de corte por pasadas en Z con incrementos helicoidales. En algunos casos este método también se usa para el acabado.
Lo ideal es que los pasos de acabado sobre los fondos se realicen con el método del espiral (de dentro hacia fuera o de fuera hacia dentro) y las paredes se realicen con corte de contorneado usando una convención de fresado de corte en contra. Debido a la velocidad de la herramienta se requieren entradas suaves en rampa y se debe evitar la penetración sobre la pieza. Además, los patrones de corte con esquinas cortantes y cambios de dirección rápidos se deben minimizar.
La uniformidad de la superficie mecanizada se determina en parte por la altura de la cresta entre los pasos adyacentes. Al tomar una cresta más pequeña y más inteligente, la altura de la cresta se reduce. Los cortes de menor profundidad contribuirán en reducir de manera drástica el pulimento manual. El HSM constituye una manera eficaz de uso de herramientas pequeñas. Las altas velocidades de los cabezales ofrecen la posibilidad de retirar virutas de menos peso. A pesar de aumentar el tiempo del mecanizado se reduce el tiempo total del proceso, ya que el calor se transmite a la viruta. Esto puede permitir a las máquinas CNC de altas velocidades generar detalles que podrían en otro caso requerir postizos o electrodos. El HSM puede permitir al mecanizado utilizarse como una alternativa del EDM para moldes y matrices incluso para los materiales más duros (50+Rc). Al reducir o eliminar el EDM se puede llegar a unos ahorros considerables de tiempo no solamente porque EDM es un proceso lento, sino también porque éste requiere el paso adicional de producción del electrodo.
El objetivo fundamental consiste en tener un sistema CAM que pueda reconocer las características de fabricación y automáticamente mecanizar la pieza usando los mejores métodos para la empresa. La próxima generación de sistemas CAD/CAM combinarán estrategias tanto de Reconocimiento de características de fabricación (MFR) como de Mecanizado basado en conocimientos (KBM) para automatizar el proceso total de fabricación. El sistema proporcionará una automatización completa permitiendo a los fabricantes de utillajes con experiencia adaptar el sistema a la práctica de su empresa. Como sistema que se basa en la experiencia, éste ofrecerá a sus usuarios la flexibilidad de almacenar sus propias técnicas de fabricación. Y como empresa llegaremos paso a paso a este punto.