Basado en la aplicación de la tecnología de mecanizado CNC NX en la etapa de mecanizado en bruto de piezas en bruto, este documento analiza y compara las estrategias clásicas de "Fresado adaptativo" y "Fresado de cavidad" recientemente introducidas. Al combinar estos métodos con el proceso de producción de piezas típicas, las ventajas de programación se utilizan de manera integral para optimizar los métodos de desbaste, eliminar rápidamente la mayor parte del exceso de material y mejorar la eficiencia del mecanizado.
La programación CNC es la tarea fundamental en el mecanizado CNC. La determinación de las etapas de mecanizado y la selección de los métodos adecuados son pasos críticos en la planificación del proceso antes de la programación. Los diferentes entornos de mecanizado y los diferentes márgenes de material requieren estrategias de mecanizado personalizadas. Este estudio se centra en los diferentes enfoques de desbaste del "fresado adaptativo" de NX 12.0.2 y las estrategias clásicas de "fresado de cavidades". Al examinar su aplicación en la producción de una pieza representativa, se comparan las trayectorias y las eficiencias de mecanizado para resumir sus distintos impactos en el proceso de corte.
2. Estrategias de mecanizado
2.1 Fresado de cavidades
El "fresado de cavidades" logra el desbaste eliminando material de las capas perpendiculares a un eje de herramienta fijo para dar forma al contorno de la pieza. Es un módulo de desbaste clásico de la serie NX, con las siguientes características:
- Para piezas con superficies 3D complejas y múltiples islas o componentes de moldes, el fresado de cavidades puede realizar rápidamente desbaste primario y secundario, desempeñando un papel clave en la eliminación rápida de material.
- Por lo general, se utiliza una fresa de extremo de diámetro específico (indexable), siguiendo los contornos de la pieza o los límites circundantes. Al establecer la profundidad de la capa de corte y el espaciado horizontal, el material se elimina de una manera de "profundidad de corte pequeña, paso grande". Es decir, el corte radial (ae) es grande, el corte axial (ap) es pequeño y el espesor promedio de la viruta (hm) no es uniforme.
2.2 Fresado adaptativo
El comando "Fresado adaptativo" NX 12.0.2 recientemente introducido está diseñado para desbaste de alta velocidad y corte pesado. Elimina material de capas perpendiculares a un eje fijo utilizando una estrategia de trayectoria adaptativa, con las siguientes características principales:
- Más adecuado para piezas con una variación significativa en la asignación de material de la pared lateral, islas profundas de pared recta y cavidades con fondos planos, realizando desbaste capa por capa a lo largo de las paredes laterales.
- Por lo general, se selecciona una fresa de tamaño adecuado en función del material. Utilizando un enfoque de "paso pequeño, gran profundidad de corte", el material se elimina mientras se mantiene una dirección de avance de herramienta constante y un fresado ascendente convencional. Es decir, el corte radial (ae) es pequeño, el corte axial (ap) es grande y el espesor promedio de la viruta (hm) permanece constante.
Por lo tanto, para las piezas en las que ambas estrategias son aplicables, se pueden crear dos programas CNC distintos para el desbaste, cada uno de los cuales refleja filosofías de mecanizado fundamentalmente diferentes. El fresado adaptativo maximiza el acoplamiento de la herramienta a lo largo del filo de corte para aumentar la profundidad y la eficiencia del corte, mientras que el fresado de cavidades se basa en un porcentaje del diámetro de la herramienta. Para evaluar la mejora de la eficiencia de producción que aporta el fresado adaptativo, se presenta un ejemplo de mecanizado comparativo.
3. Ejemplo de aplicación
3.1 Características de la pieza
La Figura 1 muestra un tipo de componente de soporte para un ensamblaje aeroespacial (las áreas semitransparentes indican el espacio en blanco). Material: aleación de aluminio 7075, con requisitos de rugosidad superficial de Ra = 3,2 μm y rugosidad superficial local de Ra = 1,6 μm. Las dimensiones mínimas de delimitación de la pieza son 100 mm × 94.828 mm × 70 mm, mecanizadas a partir de piezas en bruto cilíndricas de φ120 mm × 76 mm. El primer lote de prueba constaba de 30 piezas simétricas.
Figura 1. Parte de soporte
La aleación de aluminio 7075 es fuerte, dúctil y mecánicamente confiable, lo que la hace común en componentes aeroespaciales. Las simulaciones de NX 12.0 muestran que la relación de volumen entre la pieza en bruto y la terminada es de aproximadamente 7:1, y el desbaste consume la mayor parte del tiempo total de corte. Las áreas de desbaste tienen profundidades y anchos de corte significativos, lo que las hace adecuadas tanto para el fresado adaptativo como para el fresado de cavidades.
3.2 Plan de mecanizado
La producción utiliza un centro de mecanizado vertical de cinco ejes Aumate GS1000/5-T, que permite múltiples operaciones sin cambiar los accesorios. La máquina tiene una pequeña estructura de pórtico, mesa tipo cuna, ejes lineales X, Y, Z, ejes giratorios A y C, velocidad máxima del husillo de 18.000 rpm y potencia de accionamiento de 40 kW.
Para el desbaste se utiliza una fresa de extremo plano de aleación de aluminio de tres flautas (16 mm de diámetro, 95 mm de longitud total, 40 mm de longitud de corte, ángulo de hélice de 40°), sujeta por una pinza ER32 (JT40) con una longitud de sujeción ≤ 40 mm. La pieza se sujeta con un mandril autocentrante y se mecaniza en dos pasos, cada uno dividido en tres etapas: desbaste → desbaste secundario (limpieza local de esquinas) → acabado y mecanizado de agujeros.
3.3 Proceso de mecanizado
Paso 1:Mecanizado del cuerpo principal, cavidades circulares y varios agujeros, profundidad máxima de 57 mm.
La trayectoria de desbaste de fresado de cavidades (Figura 2) utiliza principalmente la punta de la herramienta, con un gran paso radial y una profundidad de corte axial pequeña. La cobertura de la trayectoria es amplia, con trayectorias largas, múltiples capas axiales y retracciones frecuentes.
Figura 2. Análisis de trayectoria de fresado de cavidades
a) Trayectoria b) Simulación 3D
La trayectoria de desbaste de fresado adaptativo (Figura 3) utiliza los bordes de corte laterales con un pequeño paso radial y una gran profundidad de corte axial. La profundidad de corte puede alcanzar aproximadamente el doble del diámetro de la herramienta, principalmente utilizando fresado ascendente continuo a lo largo de los bordes laterales. Se necesitan menos capas axiales, lo que mejora la estabilidad del mecanizado, la vida útil de la herramienta y la capacidad de alta velocidad.
Figura 3. Análisis de trayectoria de fresado adaptativo
a) Trayectoria b) Simulación 3D
Paso 2:Pieza volteada, mecanizado de salientes superiores, pendientes, cavidades y agujeros, profundidad máxima de desbaste de 20 mm. La comparación de trayectorias (Figura 4) muestra:
Figura 4. Comparación de trayectorias de dos módulos de desbaste
a) Fresado de cavidades b) Fresado adaptativo
El análisis muestra pendientes cónicas entre capas. El fresado de cavidades continúa el corte de capas de arriba hacia abajo, siguiendo los contornos de la pieza para lograr un margen de semiacabado uniforme. El fresado adaptativo permite el corte "de abajo hacia arriba", agregando trayectorias entre capas con pequeños cambios de profundidad, reduciendo el material sobrante a una distribución mínima y uniforme, lo que es beneficioso para un semiacabado estable. La estrategia mecaniza directamente las superficies inferiores, luego las pendientes, lo que garantiza un camino más limpio y eficiente.
4. Efectos integrales
4.1 Resultados experimentales
Los parámetros de corte y las duraciones de mecanizado para ambas estrategias se resumen en la Tabla 1.
Tabla de parámetros de mecanizado
| Velocidad del husillo | Velocidad de alimentación | Paso 1 Corte | Corte escalonado | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Estrategia de mecanizado | Especificaciones de la fresa | nf (r/min) | vf (mm/min) | Parámetros del paso de corte | Tiempo/min | Tiempo/min |
| ET | $m a) | «Imm, GIA (a) = | ||||
| Nombre de abeja | Sra. | 3500 | 85% del radio plano de la herramienta | = | . | |
| : Tacón en m, TK | HH (a,) + SVRITHERER 100%, | |||||
| Fresado adaptativo (mm) | ae | 5000 | fer (a,): TERRI IIB |
Tabla 1. Parámetros de corte y duración
Los parámetros de desbaste optimizados tienen como objetivo la máxima productividad respetando las limitaciones de potencia de la máquina. El fresado adaptativo y el fresado de cavidades difieren debido a diferencias filosóficas.
La tasa de arranque de metal (Qmax) se calcula a través de Q = apaevf / 1000. Aquí, fresado de cavidades Qmax = 47,6 cm³/min, fresado adaptativo Qmax = 153,6 cm³/min: el fresado adaptativo logra aproximadamente tres veces la tasa de eliminación. Tiempo total de desbaste en 2 pasos: fresado de cavidades 33 min, fresado adaptativo 11 min, ahorro de 22 min por pieza. El análisis de desgaste de la herramienta muestra que las herramientas de fresado de cavidades exhiben un desafilado de la punta después de 30 piezas, mientras que las herramientas de fresado adaptativo permanecen afiladas debido a la estabilidad mejorada.
4.2 Análisis comparativo
Figura 5. Pieza mecanizada
a) Durante el mecanizado b) Después del mecanizado
Fresado de cavidades:
- El corte axial pequeño y el corte radial grande provocan un desgaste repetido de la punta. Las virutas absorben calor limitado, lo que resulta en una alta temperatura de la punta y un desgaste acelerado.
- El espesor variable de la viruta y el gran acoplamiento radial producen una eliminación de material desigual, altas fuerzas de corte y un mecanizado inestable, inadecuado para el corte a alta velocidad.
Fresado adaptativo:
- El corte axial grande y el corte radial pequeño maximizan el uso del filo de la herramienta, reducen el desgaste de la punta y distribuyen las fuerzas de corte de manera uniforme. Las virutas finas y largas eliminan más del 90% del calor, manteniendo bajas temperaturas y reduciendo la deformación de las piezas.
- El espesor constante de la viruta y la dirección de avance constante dan como resultado un fresado ascendente suave y controlado capa por capa, con ángulos de acoplamiento pequeños y una eliminación uniforme del material. El corte a alta velocidad es posible con una mayor estabilidad y una mayor tasa de eliminación de metal.
En resumen, la estrategia de fresado adaptativo de NX 12.0.2 en desbaste mejora tanto la estabilidad como la eficiencia de la producción.
El fresado de cavidades se usa ampliamente para desbastar piezas con paredes no rectas o fondos de cavidades planas / curvas, así como para el acabado de paredes poco profundas. El fresado adaptativo es más adecuado para piezas con grandes variaciones de tolerancia de flancos, islas profundas de pared recta y cavidades de fondo plano.
Mientras que el fresado de cavidades NX 12.0 es completo, el fresado adaptativo NX 12.0.2 proporciona opciones adicionales y optimizadas para el desbaste en condiciones específicas, lo que mejora tanto la confiabilidad como la eficiencia. La selección adecuada del fresado adaptativo puede lograr una productividad significativamente mayor, lo que lo hace altamente aplicable en el mecanizado CNC de varios componentes aeroespaciales.
