Mecanizado CNC de una pieza de Acero-Plata

Introducción.

En este artículo presentamos un ejemplo de mecanizado CNC de una pieza de "acero plata", como posible ejemplo de mecanización de un acero muy duro, en nuestro torno CNC de aficionado.

Los principales retos que supone el mecanizado de un material tan duro de forma automatizada, son:

• Evitar que la máquina se trabe.

• Conseguir terminar el mecanizado sin que la máquina se desajuste.

• Obtener un buen acabado superficial.

Efectivamente, necesitaremos realizar varias pruebas de mecanizado, en modo manual, para decidir un avance y una profundidad de pasada adecuados, que nos mantengan lejos de los valores a partir de la cual la cuchilla se podría trabar.

Por otro lado, si nuestro sistema CNC no ha sido puesto a prueba todavía, este será el momento en el que veremos si las partes mecánicas que hemos incorporado (poleas, soportes, etc.) están firmemente sujetas, o si por el contrario es necesario añadir algún tornillo prisionero más, o si hay que emplearles de mayor diámetro, etc.

Pieza a mecanizar.

Vamos a ver cómo se realizó el mecanizado de la maneta que se ve en las fotografías adjuntas, y que se ha fabricado para substituir la tuerca hexagonal que viene de serie en la máquina Optimum 180*300 vario.

Ensayos con diferentes velocidades de avance.

Antes de empezar a mecanizar de manera automatizada, necesitamos determinar los parámetros de corte con los cuales nuestro torno se siente cómodo durante el mecanizado del material elegido.

Para ello, preparé un sencillo ensayo, empleando el modo manual de Mach3 y una barra del material a emplear.

En mi máquina, un parámetro fijo es la Velocidad Máxima motor eje Z: 150 mm/min. (Valor de configuración).

Realizadas las pruebas anteriormente descritas con una cuchilla HSS de afilado medio, los resultados fueron éstos:

Después de la comparación de las virutas obtenidas, utilizaré:

Desbaste.

Avance 20%

30mm/min profundidad de corte 0.3mm

(F30 en el programa de G-codes)

Afinado.

Avance 10%

15mm/min profundidad de corte 0.2mm

(F15 en el programa de G-codes)

Conversión de valores de avance F (modo manual --> modo automático).

Como sabemos, en Mach3, el avance F en modo manual, está referido a la velocidad máxima del motor que tengamos en ese eje. El valor lo podemos consultar en el cuadro de diálogo “Motor Tuning”, en el campo “Velocity In´s or mm/Sec”

Sin embargo, cuando ejecutemos el programa que haya generado el software de CAM, el valor presente en los G-codes se referirá directamente a mm/min, independientemente de la configuración de nuestro torno.

De esta forma, si en modo manual hemos visto que con un F=10 las cosas van bien, eso quiere decir que a un 10% de la velocidad máxima de nuestro motor (10%(150mm/min) = 15mm/min), las cosas irán bien.

Para que al ejecutar el programa de g-codes, las condiciones de trabajo sean las mismas, habrá que indicar un avance de F15…..! en lugar de F10.

Perfil de la pieza, en CAD.

La primera operación a realizar es definir el perfil de la pieza, en un programa de CAD, para que pueda servir de entrada al posterior tratamiento en el software de CAM, que calculará las trayectorias de la herramienta.

Proceso de Fabricación.

Lo dividimos en cinco pasos:

• Roscado del eje.
• Desbastado general
• Afinado.
• Fabricación Semiesfera.
• Pulido general.

La primera operación se realizará manualmente, mientras que las cuatro restantes se llevarán a cabo empleando un software de CAM para generar las trayectorias de la herramienta controlada según el sistema CNC.

Roscado manual del eje.

Hemos optado por realizar el roscado como primera operación, ya que si lo dejamos para el final, al tener que sujetar con fuerza la pieza en las mordazas de un tornillo de banco o en las garras del plato del torno, la superficie se vería dañada, lo que obligaría a re-trabajarla.

Procesado CAM.

A partir del perfil que hemos dibujado en CAD, y configurando las opciones del software de CAM, obtendremos las trayectorias de la herramienta que habrá de ejecutar un "planificador de movimientos" como Mach3. Veamos el proceso paso a paso:

Desbastado general.

Para calcular la trayectoria se ha empleado un software de CAM. Éste ha dividido el trabajo de desbastado en dos partes: Un rebaje general del diámetro de la barra, y la fabricación de tres cilindros de diferente sección, en la zona en la que irá el tronco de cono. Se trata de dejar todo preparado para la posterior operación de afinado.

Pieza ya completamente desbastada, esperando pasar a la siguiente fase de mecanizado.

Afinado.

Se realizan varias pasadas a lo largo del cuerpo de la maneta, para llevar sus dimensiones a cotas.

Fabricación Semiesfera.

No es necesario dividir esta operación en desbastado y afinado. Es suficiente con un proceso de afinado, ya que la cantidad de material a eliminar es pequeña.

Eso sí, hay que dar la vuelta a la pieza, como se aprecia en las fotos, quedando la parte roscada dentro del plato de garras.

Pulido general y Acabado.

Lo dividimos en tres fases: Suave lijado superficial, pulimentado, acabado tipo “cepillado”.

Lijado suave.

Se ha llevado a cabo con un gramaje muy fino, mediante lija especial para este fin.

Pulido.

Se ha realizado empleando una máquina Dremel, pasta y discos de pulir específicos. El objetivo es dejar una superficie lo más lisa posible, antes de volver a rallarla con el taco de Garryflex, de forma que entonces se obtenga un rayado homogéneo, de alta calidad.

Acabado tipo “cepillado”.

Se ha realizado con una esponja abrasiva, de marca comercial “Garryflex”, diseñada para este fin.

Vídeos del proceso de fabricación.

Como resumen, se incluyen los vídeos del proceso de fabricación, que espero que resulten muy explicativos.

Comentarios finales.

El torno Optimum 180x300 Vario me parece suficientemente rígido para fabricar en acero. Otra cosa es que el motor sea tan potente como para mecanizar muy deprisa, sin trabarse.

Las mayores limitaciones de esta máquina son la longitud de la bancada, y la potencia del motor. En conjunto, estoy contento con él.

El proceso de fabricación lo he dividido en etapas (desbastado y afinado) por tres razones: Porque el hilo tienen fines didácticos, porque es la forma de trabajar del software de CAM, y porque los tiempos de mecanizado son tan pequeños, que no merece la pena ajustarlos más.

De hecho, el software de CAM también divide la fabricación del casquete esférico del extremo de la maneta en esas dos fases, pero al ser tan pequeño, en la práctica se ve que no hace falta.