Como funciona el CNC

El siguiente artículo es la continuación del anterior, ahora trataremos de explicar cómo funciona el CNC y como se debe trabajar, por ello se recomienda la lectura de este articulo a nuestros usuarios del curso CATIA MECANIZADO.

¿Qué es una estrategia de mecanizado?

La estrategia en mecanizado se entiende como un conjunto de directrices que nos llevan a elegir un tipo de trayectorias para eliminar el material y por tanto mecanizar una pieza.

¿Qué factores debo considerar para elegir una trayectoria u otra?

Por supuesto que la elección de una trayectoria u otra no depende de un factor, sino que hay varios factores que considerar y la experiencia juega un papel muy grande.

1. Considerar la geometría de la pieza pues dependiendo de los bordes de la pieza, o de las superficies que conforman la pieza debemos usar una u otra estrategia.
2. Las herramientas juegan un papel fundamental, dependiendo de estas podremos trabajar con unas trayectorias más amplias, más estrechas o aplicar mayor o menor número de pasadas. Cuanto mayor sea la variedad de herramientas que tenemos en el taller, más finos podremos ser ajustando la trayectoria y conseguir la trayectoria óptima.
3. La máquina es vital a la hora de calcular la trayectoria, dependiendo de si trabajamos con tres o cinco ejes esto se traduce en poder operar de una manera más precisa u operar de una manera mucho más lenta.
4. Otro parámetro importante sería el tipo de mecanizado que deseamos realizar pues cada operación se realiza con un fin concreto.
   1. Operación desbaste: se define como una operación rápida y de muy baja precisión cuyo objetivo principal es eliminar el material sobrante; evidentemente es el primer paso cuando mecanizamos una pieza.
   2. Operación acabado: se define como una operación de alta precisión cuyo objetivo es terminar la mayor parte de la superficie final de la pieza.
   3. Operación de refinado: sería la última operación, su ritmo de ejecución es muy lento y se realiza con herramientas de tamaño pequeño.

Todo esto anterior seria para trabajar o decidir el tipo de trayectoria que deseamos escoger pero

¿Qué tipo de generación de trayectorias hay?

1. Generación automática de trayectorias: muchos sistemas nos permiten calcular las trayectorias de manera automáticas siguiendo los parámetros que tiene el software. Este modo no se recomienda ya que deja al azar muchos parámetros y sus usuarios suelen ser inexpertos que confían en una solución muy aproximada que en ningun caso es óptima.
2. Generación manual de trayectorias: esto se utiliza por usuarios expertos y de su veteranía depende la selección de una u otra trayectoria, esto requiere conocimientos amplios tanto de mecanizado como de la máquina en uso.
3. Generación semiautomática de trayectorias: como puede pensar este sería el método que emplean los usuarios medios, es un nivel intermedio y siempre debemos verlo como tal. Nuestro objetivo es conseguir definir las trayectorias por nosotros mismos. El usuario define la estrategia de mecanizado especificando una serie de parámetros relativos a las trayectorias de mecanizado.

Bien, una vez conocemos como se pueden dibujar las trayectorias, tenemos que conocer que estrategias hay y que errores pueden darnos:

¿Qué tipos de trayectorias existen?

1. Según la profundidad a mecanizar tenemos que especificar el modo que la herramienta se acerca a nuestra pieza a mecanizar. ¿qué opciones tengo?
   1. Mecanizado manteniendo la altura constante, dividimos la altura del material a eliminar y seleccionamos el número de pasadas, el objetivo es obtener un número de pasadas finito y que mantenga el espesor constante. Este proceso se utiliza para el desbaste
   2. Mecanizado variando la altura pero manteniendo la orientación de la herramienta fija, esta trayectoria se realiza adaptando la altura de la herramienta a la superficie de la probeta pero mantenemos su orientación constante. Es un mecanizado mucho más fino y por ello se limita a las operaciones de acabado.
   3. Mecanizado variando la altura y la orientación, este mecanizado se adapta tanto a la altura como a la orientación de la herramienta, el objetivo es que la herramienta siempre esté perpendicular a la superficie a mecanizar. Su precisión es muy alta y se utiliza en máquinas muy potentes para conseguir acabamos de extremada calidad.

2. Según la disposición de la trayectoria debemos especificar cómo se realiza el acercamiento de la herramienta al material base.
   1. Zigzag: Nuestra herramienta recorre una trayectoria de planos paralelos entre sí y que son perpendiculares al material, cada vez que ataquemos un nuevo plano esto nos obliga a realizar un cambio de sentido al zigzag. Esta estrategia se recomienda para los desbastes a altura constante
   2. Espiral: la herramienta se desplaza por el contorno de la pieza y va realizando saltos concéntricos que lo acercan al centro de la pieza. Esta operación se recomienda para desbastado
   3. Radial: nuestra herramienta parte desde el punto central de la pieza y va realizando trayectorias circulares hasta el exterior de la pieza. Se recomienda para mecanizados en altura variable.
   4. Contorneado: la trayectoria sigue el contorno de la pieza. Este método se recomienda para los perfilados o un contorneado
   5. Ortogonal: la herramienta se desplaza perpendicularmente en las concavidades donde el mecanizado sea complejo. Se usa en perfilado de objetos.
   6. Iso-paramétrico: las trayectorias se desplazan sobre líneas iso-paramétricas situadas sobre la superficie. Se recomienda para mecanizado superficial

¿Cuál es el siguiente paso?

Cuando ya tenemos decidida la estrategia para abordar el mecanizado, debemos elegir las trayectorias para mecanizar la pieza. Los métodos para calcular la trayectoria depende de la estrategia elegida pero siempre tendremos unos problemas asociados que debemos considerar.

¿Qué problemas podemos tener para calcular?

Uno de los problemas más comunes es por falta de precisión, esta falta de precisión normalmente se da por irregularidades en la pieza, estos errores en la pieza se pueden controlar mediante los siguientes aspectos.

1. Distancia entre puntos sucesivos: al trabajar con un mecanizado CNC este supone que toda la superficie es homogénea pero evidentemente tiene imperfecciones y esto se traduce como errores entre dos puntos sucesivos de la trayectoria.

La máquina se mueve de manera lineal si en este movimiento hubiera un surco esto produce daño en la máquina y también afecta al acabado debido a las vibraciones.

2. Distancia entre pasadas: si la distancia entre pasadas es muy grande se pueden producir valles, si se utilizan herramientas no cilíndricas esto se ve incrementado. Por el contrario si la distancia entre pasadas es muy pequeña, esto aumentará el tiempo de mecanizado mucho.
3. Elección de herramienta incorrecta: esto se produce cuando el radio de la herramienta es mayor que la inversa de la curvatura de la superficie, es por ello que pueden producirse mecanizados no deseados de material.
4. Problemas por inconsistencia topológica en el objeto: se produce cuando los objetos tienen regiones abiertas, auto-inserciones etc…
5. Problema del compensado: en el proceso de mecanizado, la maquina CNC dirige la trayectoria de la fresa controlando únicamente el centro de ésta. El problema de determinar para cada punto de la trayectoria dónde debe encontrarse el centro de la herramienta para que ésta sea normal a la superficie es denominado problema del compensado y es tal vez el problema más importante con el que se encuentran los sistemas de fabricación.
6. Problema de la planificación de las trayectorias: consiste en la planificación del orden en el que deben recorrerse las trayectorias para que no se produzcan errores y para que el tiempo de mecanizado sea el menor posible.