Las fresas angulares se emplean con frecuencia en el mecanizado de pequeñas superficies inclinadas y componentes de precisión en diversas industrias. Son especialmente eficaces para tareas como biselar y desbarbar piezas.
La aplicación de la formación de fresas angulares se puede explicar mediante principios trigonométricos. A continuación, presentamos varios ejemplos de programación para sistemas CNC comunes.
1. Prefacio
En la fabricación real, a menudo es necesario biselar los bordes y esquinas de los productos. Por lo general, esto se puede lograr utilizando tres técnicas de procesamiento: programación de capas de fresa final, programación de superficies de cortadores de bolas o programación de contornos de cortadores de fresado en ángulo. Con la programación de capas de fresado, la punta de la herramienta tiende a desgastarse rápidamente, lo que reduce la vida útil de la herramienta [1]. Por otro lado, la programación de la superficie del cortador de bolas es menos eficiente, y tanto el método de fresadora como el de cortador de bolas requieren una macro programación manual, lo que exige un cierto nivel de habilidad por parte del operador.
Por el contrario, la programación del contorno de la fresa angular solo requiere ajustes en los valores de compensación de longitud de la herramienta y compensación del radio dentro del programa de acabado del contorno. Esto hace que la programación de contornos de fresas angulares sea el método más eficiente entre los tres. Sin embargo, los operadores suelen confiar en el corte de prueba para calibrar la herramienta. Determinan la longitud de la herramienta utilizando el método de corte de prueba de la pieza de trabajo en dirección Z después de asumir el diámetro de la herramienta. Este enfoque solo es aplicable a un solo producto, lo que requiere una recalibración al cambiar a un producto diferente. Por lo tanto, existe una clara necesidad de mejoras tanto en el proceso de calibración de herramientas como en los métodos de programación.
2. Introducción de fresas de ángulo de formación de uso común.
La Figura 1 muestra una herramienta de biselado de carburo integrada, que se utiliza habitualmente para desbarbar y biselar los bordes de contorno de las piezas. Las especificaciones comunes son 60°, 90° y 120°.
Figura 1: Cortadora biseladora de carburo de una pieza
La Figura 2 muestra una fresa angular integrada, que a menudo se utiliza para procesar pequeñas superficies cónicas con ángulos fijos en las partes coincidentes de las piezas. El ángulo de punta de la herramienta comúnmente utilizado es inferior a 30°.
La Figura 3 muestra una fresa angular de gran diámetro con plaquitas indexables, que a menudo se utiliza para procesar superficies inclinadas más grandes de piezas. El ángulo de la punta de la herramienta es de 15° a 75° y se puede personalizar.
3. Determinar el método de configuración de la herramienta.
Los tres tipos de herramientas mencionados anteriormente utilizan la superficie inferior de la herramienta como punto de referencia para el ajuste. El eje Z se establece como punto cero de la máquina herramienta. La Figura 4 ilustra el punto de ajuste de la herramienta preestablecido en la dirección Z.
Este enfoque de configuración de herramientas ayuda a mantener una longitud constante de la herramienta dentro de la máquina, minimizando la variabilidad y los posibles errores humanos asociados con el corte de prueba de la pieza de trabajo.
4. Análisis de principios
El corte implica la eliminación del material sobrante de una pieza de trabajo para crear virutas, lo que da como resultado una pieza de trabajo con una forma geométrica, un tamaño y un acabado superficial definidos. El paso inicial en el proceso de mecanizado es garantizar que la herramienta interactúe con la pieza de trabajo de la manera prevista, como se ilustra en la Figura 5.
Figura 5 Cortador de biselado en contacto con la pieza de trabajo
La Figura 5 ilustra que para permitir que la herramienta haga contacto con la pieza de trabajo, se debe asignar una posición específica a la punta de la herramienta. Esta posición está representada por las coordenadas horizontales y verticales en el plano, así como por el diámetro de la herramienta y la coordenada del eje Z en el punto de contacto.
El desglose dimensional de la herramienta de biselado en contacto con la pieza se muestra en la Figura 6. El punto A indica la posición requerida. La longitud de la línea BC se denomina LBC, mientras que la longitud de la línea AB se denomina LAB. Aquí, LAB representa la coordenada del eje Z de la herramienta y LBC denota el radio de la herramienta en el punto de contacto.
En el mecanizado práctico se puede preajustar inicialmente el radio de contacto de la herramienta o su coordenada Z. Dado que el ángulo de la punta de la herramienta es fijo, conocer uno de los valores preestablecidos permite calcular el otro utilizando principios trigonométricos [3]. Las fórmulas son las siguientes: LBC = LAB * tan(ángulo de la punta de la herramienta/2) y LAB = LBC/tan(ángulo de la punta de la herramienta/2).
Por ejemplo, al utilizar una fresa biseladora de carburo de una sola pieza, si asumimos que la coordenada Z de la herramienta es -2, podemos determinar los radios de contacto para tres herramientas diferentes: el radio de contacto para una fresa biseladora de 60° es 2 * tan(30° ) = 1,155 mm, para una fresa de biselado de 90° es 2 * tan(45°) = 2 mm, y para una fresa de biselado de 120° es 2 * bronceado(60°) = 3,464 mm.
Por el contrario, si suponemos que el radio de contacto de la herramienta es de 4,5 mm, podemos calcular las coordenadas Z para las tres herramientas: la coordenada Z para la fresa de chaflán de 60° es 4,5 / tan(30°) = 7,794, para el chaflán de 90° fresa es 4,5 / tan(45°) = 4,5, y para la fresa de chaflán de 120° es 4,5 / bronceado(60°) = 2,598.
La Figura 7 ilustra el desglose dimensional de la fresa angular de una pieza en contacto con la pieza. A diferencia del cortador de chaflán de carburo de una pieza, la fresa angular de una pieza presenta un diámetro más pequeño en la punta y el radio de contacto de la herramienta debe calcularse como (LBC + diámetro menor de la herramienta / 2). El método de cálculo específico se detalla a continuación.
La fórmula para calcular el radio de contacto de la herramienta implica utilizar la longitud (L), el ángulo (A), el ancho (B) y la tangente de la mitad del ángulo de la punta de la herramienta, sumado a la mitad del diámetro menor. Por el contrario, obtener la coordenada del eje Z implica restar la mitad del diámetro menor del radio de contacto de la herramienta y dividir el resultado por la tangente de la mitad del ángulo de la punta de la herramienta. Por ejemplo, el uso de una fresa angular integrada con dimensiones específicas, como una coordenada del eje Z de -2 y un diámetro menor de 2 mm, producirá radios de contacto distintos para fresas de chaflán en varios ángulos: una fresa de 20° produce un radio de 1.352 mm, una fresa de 15° ofrece 1.263 mm y una fresa de 10° proporciona 1.175 mm.
Si consideramos un escenario en el que el radio de contacto de la herramienta se establece en 2,5 mm, las coordenadas correspondientes del eje Z para fresas de chaflán de diferentes grados se pueden extrapolar de la siguiente manera: para la fresa de 20°, se calcula a 8,506, para la de 15° cortador a 11.394, y para el cortador de 10°, un extenso 17.145.
Esta metodología es aplicable consistentemente en varias figuras o ejemplos, lo que subraya el paso inicial de determinar el diámetro real de la herramienta. Al determinar elMecanizado CNCestrategia, la decisión entre priorizar el radio de herramienta preestablecido o el ajuste del eje Z está influenciada por lacomponente de aluminioEl diseño. En escenarios donde el componente exhibe una característica escalonada, se vuelve imperativo evitar la interferencia con la pieza de trabajo ajustando la coordenada Z. Por el contrario, para piezas que carecen de características escalonadas, es ventajoso optar por un radio de contacto de herramienta más grande, lo que promueve acabados superficiales superiores o una mayor eficiencia de mecanizado.
Las decisiones con respecto al ajuste del radio de la herramienta versus el aumento de la velocidad de avance Z se basan en requisitos específicos para las distancias de chaflán y bisel indicadas en el plano de la pieza.
5. Ejemplos de programación
Del análisis de los principios de cálculo del punto de contacto de la herramienta, es evidente que cuando se utiliza una fresa de ángulo conformador para mecanizar superficies inclinadas, es suficiente establecer el ángulo de la punta de la herramienta, el radio menor de la herramienta y el eje Z. valor de ajuste de la herramienta o el radio de la herramienta preestablecido.
La siguiente sección describe las asignaciones de variables para FANUC #1, #2, el sistema CNC Siemens R1, R2, el sistema CNC Okuma VC1, VC2 y el sistema Heidenhain Q1, Q2, Q3. Demuestra cómo programar componentes específicos utilizando el método de entrada de parámetros programables de cada sistema CNC. Los formatos de entrada para los parámetros programables de los sistemas CNC FANUC, Siemens, Okuma y Heidenhain se detallan en las Tablas 1 a 4.
Nota:P indica el número de compensación de la herramienta, mientras que R indica el valor de compensación de la herramienta en modo de comando absoluto (G90).
Este artículo emplea dos métodos de programación: número de secuencia 2 y número de secuencia 3. La coordenada del eje Z utiliza el método de compensación del desgaste de la longitud de la herramienta, mientras que el radio de contacto de la herramienta aplica el método de compensación de la geometría del radio de la herramienta.
Nota:En el formato de instrucción, "2" significa el número de herramienta, mientras que "1" indica el número de filo de la herramienta.
Este artículo emplea dos métodos de programación, específicamente el número de serie 2 y el número de serie 3, y los métodos de compensación del radio de contacto de la herramienta y las coordenadas del eje Z siguen siendo consistentes con los mencionados anteriormente.
El sistema CNC de Heidenhain permite ajustes directos a la longitud y el radio de la herramienta una vez seleccionada la herramienta. DL1 representa la longitud de la herramienta aumentada en 1 mm, mientras que DL-1 indica la longitud de la herramienta disminuida en 1 mm. El principio para utilizar DR es consistente con los métodos antes mencionados.
Para fines de demostración, todos los sistemas CNC utilizarán un círculo de φ40 mm como ejemplo para la programación de contornos. El ejemplo de programación se proporciona a continuación.
5.1 Ejemplo de programación del sistema CNC Fanuc
Cuando #1 se establece en el valor preestablecido en la dirección Z, #2 = #1*tan (ángulo de punta de herramienta/2) + (radio menor), y el programa es el siguiente.
G10L11P (número de compensación de longitud de herramienta) R-#1
G10L12P (número de compensación de herramienta de radio) R#2
G0X25Y10G43H (número de compensación de longitud de herramienta) Z0G01
G41D (número de compensación de radio de herramienta) X20F1000
Y0
G02X20Y0 I-20
G01Y-10
G0Z50
Cuando #1 se establece en el radio de contacto, #2 = [radio de contacto - radio menor]/tan (ángulo de la punta de la herramienta/2), y el programa es el siguiente.
G10L11P (número de compensación de longitud de herramienta) R-#2
G10L12P (número de compensación de herramienta de radio) R#1
G0X25Y10G43H (número de compensación de longitud de herramienta) Z0
G01G41D (número de compensación de herramienta de radio) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
En el programa, cuando la longitud de la superficie inclinada de la pieza está marcada en la dirección Z, R en el segmento del programa G10L11 es “-#1-longitud de la dirección Z de la superficie inclinada”; cuando la longitud de la superficie inclinada de la pieza está marcada en la dirección horizontal, R en el segmento del programa G10L12 es “+#1-longitud horizontal de la superficie inclinada”.
5.2 Ejemplo de programación del sistema CNC Siemens
Cuando R1=valor preestablecido Z, R2=R1tan(ángulo de punta de herramienta/2)+(radio menor), el programa es el siguiente.
TC_DP12[número de herramienta, número de filo de herramienta]=-R1
TC_DP6[número de herramienta, número de filo de herramienta]=R2
G0X25Y10
Z0
G01G41D (número de compensación de herramienta de radio) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Cuando R1 = radio de contacto, R2 = [R1-radio menor]/tan (ángulo de la punta de la herramienta/2), el programa es el siguiente.
TC_DP12[número de herramienta, número de filo]=-R2
TC_DP6[número de herramienta, número de filo]=R1
G0X25Y10
Z0
G01G41D (número de compensación de herramienta de radio) X20F1000Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
En el programa, cuando la longitud del bisel de la pieza está marcada en la dirección Z, el segmento del programa TC_DP12 es “-R1-longitud en dirección Z del bisel”; cuando la longitud del bisel de la pieza está marcada en la dirección horizontal, el segmento del programa TC_DP6 es "+R1-longitud horizontal del bisel".
5.3 Ejemplo de programación del sistema CNC Okuma Cuando VC1 = valor preestablecido Z, VC2 = VC1tan (ángulo de punta de herramienta / 2) + (radio menor), el programa es el siguiente.
VTOFH [número de compensación de herramienta] = -VC1
VTOFD [número de compensación de herramienta] = VC2
G0X25Y10
G56Z0
G01G41D (número de compensación de herramienta de radio) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Cuando VC1 = radio de contacto, VC2 = (VC1-radio menor) / tan (ángulo de la punta de la herramienta / 2), el programa es el siguiente.
VTOFH (número de compensación de herramienta) = -VC2
VTOFD (número de compensación de herramienta) = VC1
G0X25Y10
G56Z0
G01G41D (número de compensación de herramienta de radio) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
En el programa, cuando la longitud del bisel de la pieza está marcada en la dirección Z, el segmento del programa VTOFH es "-VC1-longitud en dirección Z del bisel"; cuando la longitud del bisel de la pieza está marcada en la dirección horizontal, el segmento del programa VTOFD es "+VC1-longitud horizontal del bisel".
5.4 Ejemplo de programación del sistema CNC Heidenhain
Cuando Q1=valor preestablecido Z, Q2=Q1tan(ángulo de punta de herramienta/2)+(radio menor), Q3=Q2-radio de herramienta, el programa es el siguiente.
HERRAMIENTA “Número de herramienta/nombre de herramienta”DL-Q1 DR Q3
L X25Y10 FMAX
L Z0 FMAXL X20 R
L-F1000
LY0
CCX0Y0
C X20Y0 R
L Y-10
L Z50 FMAX
Cuando Q1=radio de contacto, Q2=(VC1-radio menor)/tan(ángulo de punta de herramienta/2), Q3=Q1-radio de herramienta, el programa es el siguiente.
HERRAMIENTA “Número de herramienta/nombre de herramienta” DL-Q2 DR Q3
L X25Y10 FMAX
L Z0 FMAX
L X20 RL F1000
LY0
CCX0Y0
C X20Y0 R
L Y-10
L Z50 FMAX
En el programa, cuando la longitud del bisel de la pieza está marcada en la dirección Z, DL es “-Q1-longitud en dirección Z del bisel”; cuando la longitud del bisel de la pieza está marcada en la dirección horizontal, DR es “+Q3-longitud horizontal del bisel”.
6. Comparación del tiempo de procesamiento
Los diagramas de trayectoria y las comparaciones de parámetros de los tres métodos de procesamiento se muestran en la Tabla 5. Se puede ver que el uso de la fresa angular de conformación para la programación de contornos da como resultado un tiempo de procesamiento más corto y una mejor calidad de la superficie.
El uso de fresas angulares de conformado aborda los desafíos que se enfrentan en la programación de capas de fresas y en la programación de superficies de cortadores de bolas, incluida la necesidad de operadores altamente capacitados, una vida útil reducida de la herramienta y una baja eficiencia de procesamiento. Al implementar técnicas efectivas de configuración y programación de herramientas, se minimiza el tiempo de preparación de la producción, lo que conduce a una mayor eficiencia de la producción.
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Hora de publicación: 23 de octubre de 2024