Causas y soluciones del sobrecorte en el mecanizado CNC

En el mecanizado CNC, el sobrecorte debido a la vibración de la herramienta a menudo se produce en las zonas de esquina de las piezas, dando lugar a defectos de aspecto del producto y problemas de tolerancia. Seleccionando cuidadosamente las herramientas y optimizando los métodos de mecanizado, el riesgo de sobrecorte puede reducirse eficazmente. Este artículo analiza los factores comunes que causan la vibración de la herramienta y el sobrecorte, y ofrece soluciones eficaces.

¿Cómo influye el ángulo de hélice de la fresa en el sobrecorte?

El ángulo de hélice de una fresa desempeña un papel importante en la gestión de la vibración de la herramienta y en la prevención del sobrecorte durante el mecanizado, ya que influye enormemente en el rendimiento del mecanizado.

La influencia del ángulo de hélice en el efecto del mecanizado puede analizarse desde varios aspectos, incluidas las características del material que se corta, la resistencia de corte, la precisión del mecanizado y la vida útil de la herramienta.

Características del material

Materiales de baja dureza: se prefieren las herramientas de ángulo de hélice grande (por ejemplo, fresas de tres filos de 45°) debido a sus filos más afilados y sus mayores ángulos de desprendimiento.
Materiales de alta dureza: las herramientas de ángulo de hélice pequeño son ideales, ya que ofrecen una mayor rigidez del filo debido a los menores ángulos de desprendimiento.

Resistencia de corte

La resistencia tangencial disminuye a medida que aumenta el ángulo de hélice de la fresa, mientras que la resistencia axial aumenta con la ampliación del ángulo de hélice.

Precisión del mecanizado

Cuanto mayor sea el ángulo de hélice de la fresa, mejor será la precisión de perpendicularidad, planitud y rugosidad de la superficie mecanizada, pero el rendimiento de evacuación de virutas es peor. Para ranuras con un ancho de corte cercano al diámetro de la herramienta, se recomiendan las herramientas de ángulo de hélice pequeño.

Vida útil de la herramienta

Con un ángulo de hélice mayor, la línea de contacto entre la pieza y el filo de corte aumenta, reduciendo la carga por unidad de área. Sin embargo, unas fuerzas de corte axiales mayores pueden aflojar la herramienta y causar sobrecorte. En tales casos, deben utilizarse portaherramientas estables.

Fresa de ángulo de hélice pequeño y grande:

• Fresas de ángulo de hélice pequeño: filos de corte cortos. (línea azul)

• Fresas de ángulo de hélice grande: filos de corte largos. (línea roja)

Principios de uso de las herramientas para evitar el sobrecorte

El uso adecuado de las herramientas es otro factor que afecta a la aparición del sobrecorte debido a la vibración de la herramienta. Siga estos principios y supervise las condiciones de mecanizado:

• Controlar la excentricidad de la herramienta (runout): mida con precisión la excentricidad de la herramienta; cuanto menor sea la oscilación de la herramienta, mejor. Esto ayuda a mejorar la precisión del mecanizado, el acabado superficial y la vida útil de la herramienta.
• Optimizar la longitud de voladizo de la herramienta: es mejor que la longitud que la herramienta sobresale del portaherramientas sea lo más corta posible. Si se requiere un voladizo más largo, deben reducirse la velocidad, el avance o la profundidad de corte.

• Abordar las vibraciones inusuales: reduzca el avance si se producen vibraciones o ruidos inusuales hasta que las condiciones se estabilicen.
• Evitar las paradas de emergencia o los cortes de energía: como se muestra en la imagen inferior, la figura A es el estado de la herramienta al mecanizar un lugar relativamente plano. Cuando el mecanizado alcanza el punto B y se realiza una parada repentina, preparándose para el mecanizado inverso, la herramienta sufrirá deformación debido a la inercia. Esto puede provocar la aparición de sobrecorte debido a la vibración de la herramienta en el punto B.

Gestionar la deformación de la herramienta para minimizar el sobrecorte

La deformación de la herramienta también puede provocar vibración de la herramienta y sobrecorte.

• σ = Cantidad de deformación de la herramienta
• L = Longitud de montaje de la herramienta
• D = Diámetro de la herramienta
• P = Fuerza que actúa sobre la herramienta

A partir de la fórmula anterior, podemos identificar tres factores principales que influyen en la deformación de la herramienta:

• Longitud de montaje de la herramienta (L): la cantidad de deformación de la herramienta tiene una relación cúbica con la longitud de montaje de la herramienta. Por lo tanto, la longitud de montaje de la herramienta debe acortarse tanto como sea posible.
• Diámetro de la herramienta (D): la cantidad de deformación de la herramienta de corte es inversamente proporcional al diámetro. Para reducir la deformación, considere utilizar herramientas de mayor diámetro cuando sea posible, ya que esto reducirá significativamente la cantidad de deformación.
• Fuerza que actúa sobre la herramienta (P): la cantidad de deformación de la herramienta es directamente proporcional a la fuerza que actúa sobre ella durante el procesamiento. Reducir la fuerza que actúa sobre la herramienta puede disminuir la posibilidad de chatter. Por lo tanto, reducir el área de contacto entre la herramienta y la pieza para disminuir la fuerza puede evitar la aparición de sobrecorte debido a la vibración de la herramienta.

Estrategias de programación para evitar la vibración de la herramienta y el sobrecorte

Las estrategias de programación también influyen en la vibración de la herramienta. Especialmente para cavidades profundas y geometrías complejas, tenga en cuenta lo siguiente:

Seleccionar las herramientas de corte adecuadas

Elija herramientas de corte adecuadas según la estructura del producto, preferiblemente utilizando herramientas más grandes para el desbaste. Evite utilizar herramientas pequeñas excesivamente largas para el corte de desbaste, ya que esto puede causar fácilmente microvibraciones en la herramienta, provocando sobrecorte.

Reservar una sobremedida uniforme

Tras el corte de desbaste, debe añadirse un programa de achaflanado de las esquinas para garantizar que la sobremedida sea uniforme. Para las esquinas con una gran sobremedida, redondearlas y aumentar el radio (ángulo R) puede reducir la carga sobre la herramienta de corte en la esquina. Esto ayuda a disminuir el sobrecorte debido a la vibración de la herramienta.

Método de corte optimizado

Durante el desbaste, el método de corte debe alternar entre fresado en concordancia (climb milling) y fresado convencional. Cuando el filo lateral se engancha con mucho material durante el corte de desbaste en cavidades profundas, el fresado convencional puede causar chatter y una ligera excentricidad de la herramienta. Si la sobremedida reservada para el desbaste es insuficiente, esto puede provocar fácilmente sobrecorte. Por lo tanto, el método más apropiado que elegir es el fresado en concordancia.

Evitar el corte omitido

Para las piezas geométricas con intersecciones de superficie especiales, es fácil que se produzcan problemas como que la trayectoria de la herramienta corte en el interior geométrico. Esto significa «corte omitido», donde la herramienta penetra en las piezas geométricas, provocando sobrecorte. El método optimizado es ajustar la trayectoria de la herramienta o las tolerancias.

Trayectorias de entrada y salida correctas de la herramienta

Al seguir una trayectoria de herramienta 2D, el uso de entrada y salida arqueada de la herramienta requiere evitar la pieza para garantizar posiciones de entrada y salida razonables. Al seguir una trayectoria de herramienta 3D, si se define la entrada y salida arqueada de la herramienta, el sistema evitará automáticamente la pieza durante la salida de la herramienta. Pero esto puede dar lugar a una trayectoria distorsionada. Sin embargo, el uso de un movimiento con código G0 (posicionamiento rápido) para la salida de la herramienta puede provocar un ligero sobrecorte.

Dirección de la compensación de la herramienta

Al utilizar Mastercam para seguir una trayectoria de herramienta 2D para el perfilado, normalmente aplicamos la compensación izquierda para el fresado en concordancia. De lo contrario, una compensación incorrecta causará colisiones o sobrecortes.

Geometría de la herramienta

Al fresar con una fresa de punta esférica, si la profundidad de fresado es menor que el radio de chaflán de la herramienta, es propenso a sobrecorte al inicio. La solución es garantizar que la profundidad de fresado sea mayor que el radio de chaflán de la herramienta. O, alternativamente, no utilizar una fresa de punta esférica para aplicaciones específicas.

Conclusión

El problema de la vibración de la herramienta y el sobrecorte en el mecanizado CNC puede abordarse de forma integral optimizando la selección de la herramienta, respetando los principios de uso de la herramienta y prestando atención a los detalles de programación. Esto no solo reduce eficazmente la probabilidad de sobrecorte debido a la vibración de la herramienta, sino que también mejora la precisión del procesamiento, acorta el tiempo de procesamiento y mejora la rugosidad superficial.