El alma de EDC: de las máquinas herramienta al CNC

 

I Antecedentes

Si hay un término profesional que la mayoría de las personas escuchan primero cuando ingresan a la comunidad EDC (Everyday Carry), es sin duda CNC. A esto le siguen varios términos de alta tecnología como tres ejes, cuatro ejes, cinco ejes y tallado de precisión. Este artículo tiene como objetivo proporcionar una comprensión integral pero accesible de lo que realmente es el CNC, el alma de EDC (principalmente presentando centros de mecanizado CNC y corte de alambre CNC; se presentarán más máquinas CNC más adelante).

 

II Origen

Antes de sumergirnos en el CNC, comprendamos primero dos máquinas herramienta tradicionales en la industria del mecanizado: el torno y la fresadora.

 

▲Operación manual del torno

 

Principio de funcionamiento del torno:La pieza de trabajo se sujeta entre dos centros y el corte se realiza girando la pieza de trabajo y moviendo la herramienta.

 

▲Operación de la fresadora manual

 

Principio de funcionamiento de la fresadora: La herramienta gira a alta velocidad para cortar la superficie de la pieza de trabajo. A través de demostraciones en video, podemos ver que una fresadora manual controla tres direcciones de movimiento girando manijas: mover la mesa de trabajo horizontal o verticalmente (ejes X e Y) y mover la mesa de trabajo verticalmente (eje Z). El movimiento de la pieza de trabajo permite que la herramienta giratoria mecanice la superficie y la profundidad de la pieza de trabajo.

 

 

El mecanizado tradicional implica el funcionamiento manual de máquinas herramienta convencionales, en las que el metal se corta girando manualmente las manijas y midiendo la precisión con calibradores y otras herramientas. Al añadir tecnología de control numérico por computadora a estas máquinas convencionales se crean máquinas CNC. CNC significa "Control numérico por computadora", es decir, máquinas herramienta automatizadas controladas por una computadora. La computadora mecaniza automáticamente productos y piezas según instrucciones preprogramadas, lo que comúnmente se conoce como mecanizado CNC.

 

Título III Artesanía

En este punto, el lector debe comprender cómo funciona el mecanizado en tres ejes: las tres direcciones de control de la fresadora son gestionadas por un ordenador. Dado que la pieza de trabajo se mueve con respecto a la herramienta solo en las direcciones X, Y y Z, cada configuración solo puede completar el mecanizado de una cara. Si es necesario mecanizar otra cara, la pieza de trabajo debe volver a sujetarse y mecanizarse de nuevo.

 

▲Demostración de mecanizado de tres ejesDemostración de mecanizado de torno y fresado

 

La implementación del mecanizado en cuatro ejes es bastante sencilla: se proporciona una dirección de movimiento adicional para la pieza de trabajo (el eje A). La máquina más común para lograr el mecanizado en cuatro ejes es la máquina de torno-fresado. Al controlar la rotación de la pieza de trabajo alrededor del centro del torno (eje A) y el movimiento de tres ejes de la fresa (X, Y, Z), la máquina completa el mecanizado de la pieza de trabajo en un círculo completo. La diferencia entre una máquina estándar de cuatro ejes y una máquina de torno-fresado radica en su enfoque: las máquinas de torno-fresado enfatizan la función de "torneado", con el mandril del eje A proporcionando suficiente potencia para el mecanizado, mientras que las máquinas estándar de cuatro ejes utilizan el eje A principalmente para cambiar la orientación de la pieza de trabajo sin proporcionar potencia de mecanizado.

 

▲DemostraciónDemostración de mecanizado de torno y fresado

 

A continuación viene el mecanizado de cinco ejes, que suena más avanzado y que es bastante claro en su implementación: agrega otro grado de libertad, comúnmente conocido como eje C. Dependiendo del modelo, esto se puede lograr mediante cabezales giratorios dobles, mesas giratorias dobles o una combinación de un mecanismo giratorio y otro giratorio.

 

▲Mecanizado simultáneo de cinco ejes de un impulsor

 

▲Cinco ejes en el mecanizado de cinco ejes

 

Sin embargo, a menudo escuchamos términos como "seudo cinco ejes" y "3+2". ¿Qué significan? La capacidad de lograr cinco grados de libertad no significa necesariamente un verdadero "mecanizado simultáneo de cinco ejes". La mayoría de los centros de mecanizado están diseñados con la opción de adaptar ejes adicionales, que es la denominada configuración "3+2". La característica clave que los distingue de los verdaderos centros de mecanizado simultáneo de cinco ejes es "RTCP (punto central de la herramienta rotatoria)". El principio de "3+2" es esencialmente lograr la funcionalidad de tres ejes en ángulos específicos (es decir, "posicionamiento"), lo que significa que después de que la máquina haya girado a un ángulo específico, todavía funciona como una máquina estándar de tres ejes. La diferencia de precio entre estos dos tipos de mecanizado también es significativa.

 

 

 

 

 

▲Mecanizado de cinco ejes con control del punto central de la herramienta (TCP)

 

IV Problema común

 

P: ¿Es siempre mejor tener más ejes en el mecanizado CNC?

R: En la práctica, la elección de los ejes depende de las necesidades reales de la pieza de trabajo. Como se muestra en la ilustración, más grados de libertad pueden hacer un mejor uso de la herramienta, mejorar la eficiencia del mecanizado y reducir la cantidad de tiempos de sujeción, lo que genera menos errores. Sin embargo, no todas las piezas de trabajo son adecuadas para el mecanizado de cuatro o cinco ejes. Especialmente en el mecanizado EDC cotidiano, ningún diseño requiere superficies altamente complejas, áreas cóncavas o superficies relativamente delgadas como las palas de turbina. Por lo tanto, el mecanizado de tres y cuatro ejes puede satisfacer la mayoría de las necesidades de mecanizado EDC. La mejora en la calidad de la superficie curva con 3+2 es mínima, y ​​el costo y los beneficios de usar el mecanizado simultáneo de cinco ejes real de grado industrial con sistemas RTCP no son proporcionales. Es poco probable que algún diseñador elija este método.

 

 

 

 

P: ¿Qué tipo de diseños implican mayores costos de CNC?

R: En primer lugar, es importante aclarar que los costos de CNC se basan en el tiempo de mecanizado. En el mecanizado EDC, el factor más significativo que afecta el tiempo de mecanizado es la complejidad de la superficie. A diferencia de las superficies planas, el mecanizado de superficies curvas requiere un "ascenso" lento con fresas de punta esférica. Si dos superficies curvas diferentes se cruzan de forma pronunciada, se requiere un mecanizado más lento y meticuloso para garantizar bordes limpios (los chaflanes y los filetes no requieren fresas de punta esférica).

 

 

 

 

P: ¿Qué tan significativas son las diferencias de precisión entre las distintas máquinas?

R: La precisión en el mecanizado se cuantifica mediante la "tolerancia". Los rangos de tolerancia para las operaciones de fresado habituales en el mecanizado EDC son los siguientes:

 

 

 

 

 

 

La precisión de fresado generalmente varía de IT8 a IT7. Para el fresado de desbaste, la precisión de procesamiento es IT11-IT13, con una rugosidad de superficie de 5-20μm. Para el fresado de semiacabado, la precisión es IT8-IT11, con una rugosidad de superficie de 2,5-10μm. Para el fresado de acabado, la precisión es IT{{10}}IT8, con una rugosidad de superficie de 0,63-5μm.

 

Entonces, ¿cuál es el rango de precisión para nuestro procesamiento EDC? De hecho, la mayoría de los productos EDC solo requieren "mecanizado de semiacabado", donde la tolerancia del producto es de alrededor de IT8-IT7 y la rugosidad de la superficie es de aproximadamente R 3.2-1.6. Este nivel de precisión es suficiente para los requisitos de ensamblaje de EDC, como la instalación de cojinetes, imanes y ranuras de bolas. Después del pulido, la rugosidad de la superficie puede alcanzar R 0.8. Por lo tanto, la precisión del mecanizado se puede observar visualmente en algunas partes superiores ranuradas, y los valores de precisión específicos se pueden determinar comparando "muestras de rugosidad de la superficie". Vale la pena mencionar que los procesos como el lavado con piedra y el pulido con chorro de arena cambiarán la rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo. Estos tratamientos pueden aumentar la rugosidad de la superficie al tiempo que conservan suficientes bordes. La elección del tratamiento de superficie específico debe basarse en las características del producto.

 

 

 

 

IVCosto y precios

La principal razón por la que la comunidad EDC ha permanecido en un nicho se debe a los altos precios resultantes de los costos de CNC. Pero, ¿deberían los costos de CNC convertirse en un argumento de venta en sí mismos? En mi opinión, la artesanía siempre debe estar al servicio del producto. Un buen producto requiere un equilibrio entre costo y diseño. Si bien la artesanía compleja puede conducir a una mejor presentación, también conlleva precios altos y tiempos de producción prolongados. A veces, hacer las cosas demasiado complicadas solo por hacerlo puede disuadir a los compradores potenciales. Por supuesto, la reputación de un producto depende de muchos factores, y un diseño excelente puede encender el entusiasmo del mercado, haciendo que el precio sea un factor menos crítico. En cuanto a ustedes, queridos lectores, creo que después de leer este artículo, tendrán su propia respuesta.