Engineering
Fresadora CNC
Frese una cajera en un bloque de aluminio: la fresa de mango abre primero una ranura por el centro y después recorre vueltas cada vez más amplias hasta las paredes, movida por servoejes y un husillo de potencia limitada. Compare una pasada poco profunda y una profunda, observe cómo saltan el contacto y la fuerza en las esquinas y baje la potencia del husillo hasta que se frene o se detenga; después active el avance adaptativo.
Qué ocurre
Un centro de mecanizado vertical de tres ejes fresa una ranura o una cajera de 60 × 36 mm en un bloque de aluminio (EN AW-6082) de 100 × 60 × 30 mm, entrando por un agujero piloto. Una fresa de mango de 10 mm con tres dientes gira a 6000 rpm y avanza a 900 mm/min, es decir, 0,05 mm por diente, con 4 mm de profundidad de pasada. Cada diente corta una viruta de espesor f_z·sin φ a lo largo del arco de la herramienta que encuentra material, arco que se obtiene de un mapa de celdas de 1 mm donde queda registrado lo que la herramienta ya ha barrido; la ley de Kienzle, con 650 N/mm² y el exponente 0,25, da la fuerza, promediada sobre un periodo de diente. Los servoejes siguen el programa con un retraso de v/K_v y se detienen en cada esquina; el accionamiento del husillo está limitado por su potencia por encima de 1500 rpm y por el par correspondiente por debajo.
En la ranura corta toda la mitad delantera de la herramienta: 180° de contacto, 1,42 N·m en el husillo y 230 N sobre la herramienta, 600 mm³/s con una energía específica de 1,49 J/mm³, de modo que el husillo consume 1,00 kW, 110 W de ellos en sus rodamientos. Una pasada de 2 mm de profundidad necesita 0,71 N·m; una de 8 mm, cuatro veces más. A lo largo de las paredes de la cajera, con un paso lateral de 4 mm, el ángulo de contacto es de 78,5° y hacen falta 0,58 N·m; al entrar en una esquina interior, la herramienta encuentra también la pared que tiene delante, el contacto salta a 168,5° y la fuerza sube hasta los 230 N de la ranura. La vuelta de acabado, de 1 mm, tiene un ángulo de contacto de 36,9°, y de 126,9° en sus esquinas. En la cajera se arrancan 8,02 cm³. Si en la ranura se limita la potencia del husillo a 0,75 kW, con el avance mantenido el husillo baja a 5090 rpm en un segundo y a 3662 rpm en tres, camino de 2545 rpm, mientras el espesor de viruta crece hasta 0,08 mm; por debajo de 646 W no puede mantener su velocidad base: con 0,5 kW se detiene al cabo de 2,15 s y el control para la máquina. El avance adaptativo, en cambio, mantiene la velocidad del husillo reduciendo el avance en la ranura a 260 mm/min.
Modelo: fuerzas de corte promediadas sobre un periodo de diente, dientes rectos, fuerza radial igual a 0,35 veces la tangencial y fuerza específica de corte que deja de crecer por debajo de una viruta de 10 µm; una sola profundidad por ensayo; sin flexión de la herramienta, desgaste, vibraciones, calor ni virutas en el corte. Si un punto sigue siendo material se decide por las distancias exactas a las trayectorias barridas por la herramienta que señalan los nodos del mapa. RK4 con pasos de 1 ms; el balance de energía cuadra con el trabajo de los motores: corte, rodamientos, guías y energía cinética almacenada.
Qué probar
Observe la ranura y después las vueltas: el contacto y la potencia del husillo saltan en cada esquina. Pruebe una pasada más profunda, luego baje el límite de potencia hasta que el husillo se frene o se detenga, y active el avance adaptativo.
Ecuaciones del módulo
Ecuaciones f_z = v_f/(z·n), h(φ) = f_z·sin φ F_t = k_c1.1·a_p·h·(h/1 mm)^(−m_c), F_r = 0.35·F_t T = z/(2π)·R·∫F_t dφ (φ_in ≤ φ ≤ φ_out), φ_e = acos(1 − 2a_e/D) Q = a_p·a_e·v_f, P = T·ω ≤ P_max J·dω/dt = T_motor − T − T_bearings
