Fundamentos del ruteo CNC: Trayectorias y avances

¿Qué es una fresadora?

Antes de hablar de una fresadora CNC o de utilizarla, es útil saber cómo utilizar una fresadora manual. La fresadora típica tiene un motor (posiblemente un motor de velocidad variable), ajuste de altura (ya sea fijo o de inmersión), y una pinza, que es un resorte cónico que cuando se comprime crea la fricción necesaria para mantener la herramienta de corte en su lugar.

Cuando se utiliza una fresadora no computarizada se ve, se oye y se siente cómo la herramienta puede cortar con retroalimentación háptica instantánea. Si tiene acceso a una, vaya a jugar con ella antes de intentar crear sendas en el ordenador. Haga un boceto rápido en un trozo de madera contrachapada de 12″ x 12″ y utilice una broca de ¼ de pulgada para cortarlo. Si trabaja con una base fija (no con una fresadora de inmersión), asegúrese de perforar un agujero de 3/8 de pulgada para poder iniciar con seguridad la fresadora en el material. Ajusta la broca para que no corte más de 1/8 de pulgada de profundidad por pasada, y asegúrate de fijar el contrachapado a tu mesa. Tenga en cuenta que utilizar una broca/profundidad no especificada puede ser potencialmente peligroso. Utilice una broca de menos de 3/8 de pulgada y use un paso menor que el radio de la broca.

Comience el corte en el centro de su forma y trabaje hacia fuera en un patrón en forma de espiral, esto proporcionará apoyo para su router si su forma es más grande que su base. A medida que avanza hacia las líneas esbozadas, intente realizar movimientos tanto en el sentido de las agujas del reloj como en sentido contrario y observe que una de las direcciones proporciona mucho más control y precisión.

¿Qué son las trayectorias de herramientas?

Una trayectoria de herramientas es la ruta codificada definida por el usuario que sigue una herramienta de corte para mecanizar una pieza. Se representan en la pantalla mediante líneas y curvas que representan la trayectoria del centro inferior de la herramienta de corte. Las sendas de bolsillo graban la superficie del material, mientras que las sendas de perfil cortan todo el camino.

Saco

El proceso descrito en el ejemplo de la mano anterior se llama una senda de «bolsillo». En su primera pasada eliminará todo lo que esté dentro de sus líneas hasta una profundidad constante de 1/8 de pulgada por debajo de la superficie. Si desea eliminar más de 1/8 de pulgada simplemente haga una pausa después de la primera pasada, baje la broca, y elimine una segunda pasada 1/8 de pulgada más abajo y así sucesivamente.

Sendas de herramientas de bolsillo en RhinoCAM

Las líneas rojas son las líneas de desplazamiento de la «pluma hacia arriba», donde la fresadora levanta el cortador y viaja por encima de la superficie del material para llegar al siguiente punto de corte. La zona sombreada en azul indica dónde se eliminará el material.

Sendas de herramientas de bolsillo en RhinoCAM

Perfil

Si quisiera cortar su forma en lugar de eliminar el material dentro de las líneas, la senda a utilizar se llamaría perfil (o contorno).

Sendas de herramientas de perfil en RhinoCAM

Sendas de herramientas de perfil que se cortan.

La mayoría de los programas de CAM proporcionan lo que parece ser un número insano de controles y opciones en el diálogo de la senda. No se abrume y tómese su tiempo para moverse lentamente a través de cada pestaña en la sucesión de estar seguro de que entiende todas las opciones. Los conceptos más importantes que hay que extraer del experimento de la fresadora manual son: la velocidad del husillo, el avance, la reducción y el paso. Cubriremos estos en más detalle a continuación.

Movimiento de escalado vs. movimiento de corte convencional

Una fresa estándar gira en el sentido de las agujas del reloj. Si ésta siguiera el lado izquierdo de la línea sería un corte ascendente, si siguiera el lado derecho de la línea sería un movimiento de corte convencional.

Corte ascendente frente a corte convencional

La principal diferencia entre el corte ascendente y el corte convencional es la forma en que la fresa muerde el material. Un corte convencional desvía la broca hacia el corte y un corte ascendente empuja la broca hacia fuera. A menudo se prefiere el corte ascendente cuando se utiliza una fresadora CNC, ya que causa menos desgarro del grano o «tearout». Sin embargo, el corte ascendente puede ser peligroso en una fresadora no controlada por ordenador, ya que la pieza puede ser difícil de controlar a mano y puede «alejarse».

En el ejemplo manual anterior, un patrón en espiral en el sentido de las agujas del reloj desde el interior hacia el exterior también sería un corte convencional y proporcionará más control porque tenemos una fuerza limitada cuando usamos herramientas manuales. De hecho, muchos libros de carpintería se refieren a este método como la única dirección segura para utilizar una fresa.

Una fresa CNC, sin embargo, normalmente proporcionará un mejor corte cuando se utiliza un corte en ascenso, especialmente en madera maciza, ya que eliminará la posibilidad de desgarro a lo largo del vector de corte. Para empezar, no se preocupe demasiado por esto. Por lo general, debe elegir la opción que incluye ambos, como ‘mixto’, y el software elegirá qué utilizar.

Herramientas

Hay 4 tipos principales de patrones de flauta para las brocas de fresado, además de muchos tipos de brocas especiales.

• Flauta recta – gran broca para todo tipo de trabajos, buena evacuación de la viruta
• Espiral ascendente – gran evacuación de la viruta, puede arrancar la parte superior de la chapa fina como la madera contrachapada de acabado
• Espiral descendente – escasa evacuación de la viruta, sin arrancarla, velocidad de avance más lenta
• Compresión – combinación de espiral ascendente y descendente, gran broca para todo tipo de trabajos, ideal para madera contrachapada o laminados.

Cada uno de estos patrones de flauta tiene sus desventajas. Si el dinero no es un problema y usted está cortando principalmente madera contrachapada de grado de acabado, me gusta mucho el Freud 77-202 o 77-204. Las flautas rectas también son fantásticas, baratas e infravaloradas.

Límites de contención en 3D

Animo a los estudiantes a pasar tiempo con cortes en 2D antes de utilizar sendas completas en 3D. Hay una serie de razones para esto, pero lo más importante es tomar el tiempo para entender el mecanizado 2D permite una comprensión mucho mejor de los parámetros 3D. Estaré encantado de cubrir el 3D en más profundidad en una fecha posterior, pero por ahora quiero discutir los límites de contención.

En lugar de utilizar la geometría de alambre o curvas y líneas como la principal fuente de entrada, una trayectoria de la herramienta 3D utiliza superficies llamadas «superficies de conducción». Para lograr el resultado deseado, a menudo es necesario utilizar un límite de contención. Se trata de una curva que define los límites de movimiento en x e y en la superficie de accionamiento. La clave para utilizar los límites de contención es que deben estar por encima de su geometría.

Típicamente muevo el modelo de abajo al plano de construcción antes de empezar y pongo la contención en el CPlane.

Feeds and Speeds

La mayoría de los husillos (el término para el router conectado a su ruteadora cnc) irán de alrededor de 7.000rpm a 18.000rpm. Esta velocidad se denomina «velocidad del husillo» y está directamente relacionada con la velocidad de avance o de superficie, que la mayoría de las máquinas son capaces de hacer hasta unos 200ipm. Las otras dos variables, el avance y el retroceso, deben mantenerse de forma que el área de la sección transversal comprometida con el material no sea mayor que el radio por el diámetro de la broca. Esto es una regla general, pero es un buen punto de partida para los cálculos de avance y velocidad.

Para recapitular:

• Velocidad del husillo – velocidad de rotación de la herramienta de corte en revoluciones por min
• Avance – Velocidad de la superficie en el centro de la herramienta giratoria
• Paso hacia abajo – la distancia en la dirección z por pasada que una
• Paso por encima – la distancia máxima en la dirección x/y que una herramienta de corte se engancha con el material no cortado

Cálculo de avances y velocidades

A continuación se muestra una fórmula para calcular el avance:

Carga de viruta x Diámetro de la fresa x Número de canales x Velocidad del cabezal = Velocidad de avance

Donde la carga de viruta es la cantidad de material cortado por diente (avance por diente). La velocidad de avance es la velocidad superficial de la herramienta de corte en pulgadas por minuto, la velocidad del husillo es la velocidad de rotación de la herramienta de corte en revoluciones por minuto, el número de flautas y el diámetro de la cuchilla están determinados por su herramienta. En este caso son ¼ de pulgada y 2 canales. Dependiendo del tamaño de su broca, la carga de viruta para madera contrachapada está entre 0,005 pulgadas y 0,01 pulgadas por diente. Para las brocas pequeñas de menos de 1/8 de pulgada, empiece con 0,005 y aumente a partir de ahí. Para las brocas de 1/4 de pulgada y mayores, probablemente no se romperá nada empezando con 0,01.

El tamaño de la carga de viruta o el avance por diente es un factor muy importante en el mecanizado, las virutas más grandes son capaces de arrancar más calor. Las virutas más pequeñas son más fáciles para la máquina y las herramientas, pero pueden causar demasiado calor. Cuando intente afinar sus avances y velocidades con una nueva broca, adivine lo mejor que pueda usando la fórmula de avances y velocidades y toque la broca tan pronto como deje de girar después de hacer algunos cortes (recuerde: la seguridad es lo primero), debe estar tibia, tal vez un poco caliente al tacto, pero no debe quemarlo. Si está demasiado caliente, aumente el avance o reduzca la velocidad del cabezal. Fíjese en la calidad del filo una vez completado el corte. Si está ondulado, eso es vibración de la herramienta y debe disminuir el avance o aumentar la velocidad del husillo.

Use sus oídos también, la herramienta debe sonar bien al cortar… confíe en su instinto.

Algunos ejemplos

Si conectamos nuestras variables conocidas obtenemos:

0,01 x 0.25 x 2 x 18000 = FeedRate = 90ipm

Teniendo en cuenta que no queremos empujar la broca más rápido que aproximadamente 200ipm, si quisiéramos usar una broca de 4 flautas de 1/2 pulgada, podríamos resolver la velocidad del husillo en lugar de la velocidad de avance.

• 0.01 x 0.5 x 4 x SpindleSpeed = 200ipm
• SpindleSpeed = 10,000rpm

Es útil hacer una tabla para que puedas encontrar rápidamente los números que estás buscando. Puedes usar mi tabla de avances y velocidades.

Consejos y trucos de mecanizado

Paso a paso y diámetro de la broca

Todos estos números se basan en un paso a paso del radio y paso a paso del diámetro de la broca. Con la carga de viruta ajustada a 0,01 es posible bajar y sobrepasar el diámetro de la broca, pero eso es el máximo absoluto y sólo debería ser en breves momentos del corte. Es posible dañar el husillo empujándolo demasiado, recuerda siempre calentar el husillo durante al menos 10 minutos antes de hacer cualquier corte. Hay algunos rodamientos caros que se destruirán si se salta este paso.

Pieles de cebolla en cortes de perfil

Cuando se corta perfil de madera contrachapada chapada me gusta usar una broca de compresión con una técnica llamada piel de cebolla. Hay muchas maneras diferentes de programar cualquier trabajo, pero este método es un punto de referencia para las piezas pequeñas y un buen borde acabado sin desgarro en una mesa de vacío con un spoilboard. La idea es bajar por niveles primero, así que corte todas sus piezas hasta el primer escalón, luego hasta el segundo y así sucesivamente, dejando una fina capa de chapa en la parte inferior de cada corte. Luego, en una última pasada, corte la fina «piel de cebolla» de chapa que queda. Como la cantidad que queda es tan fina, ofrece poca resistencia a la broca y reduce la posibilidad de que la pieza se mueva.

Si estuviera cortando 3/4 de madera contrachapada, ésta mediría alrededor de 0,72 pulgadas, bajaría dos veces, 0,34 por pasada, dejando 0,04 pulgadas más 0,02 de avance para la última trayectoria de la herramienta. Como estoy bajando casi 3/8 de pulgada mientras corto todo el ancho de 1/4 de pulgada de la broca en cada pasada, tendría que bajar la velocidad de avance.

Con una broca de 1/4 de pulgada debería bajar 1/8 de pulgada (el radio) al hacer el corte de contorno usando una carga de viruta de 0,01 pulgadas. Pero quiero usar una broca de compresión para evitar cualquier desgarro en la parte superior de mi chapa y esa broca no tiene una espiral descendente hasta unos 5/16 de pulgada por encima del borde de corte. Así que tengo que bajar 3/8 de pulgada. Debido a que estoy aumentando el área de la sección transversal de la broca que se acopla con el material, debería disminuir la carga de viruta en la misma cantidad, por lo que la nueva carga de viruta sería de 0,00333 y devolvería una nueva velocidad de avance de 30ipm. Después de un poco de experimentación he encontrado que una carga de viruta de 0,005 pulgadas a 18000rpm que resulta en una velocidad de avance de 45ipm es óptima para mis necesidades.

Experimenta con seguridad

No te dejes llevar demasiado por los números, utiliza tu sentido común y confía en tu instinto. Cada trozo es un poco diferente y hay una amplia gama de densidades en la madera maciza y en las diferentes chapas. Además, lleva siempre puestas las gafas de seguridad. Muchas veces parece una medida excesivamente prudente, pero considere la posibilidad de que una pequeña broca de carburo de 1/8 de pulgada se rompa. No es probable que el polvo de madera le lleve al hospital, pero una pequeña esquirla de acero en su ojo es algo a tener en cuenta.

Descargue los archivos de ejemplo de Rhino 3D

Si está interesado es posible descargar una prueba gratuita de Rhino durante 90 días. También puede descargar RhinoCAM de MecSoft. No le permitirá guardar sus archivos, pero podrá experimentar y aprender de forma gratuita.