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MECANIZADO CNC

 

Para qué sirve

La fresadora CNC (control numérico por computadora) es una máquina diseñada para mecanizar, vaciar, recortar o modelar un sólido capaz. Se trata de una máquina extractiva. Haciendo virutas, elimina el material sobrante del soporte hasta los límites del modelo. Las máquinas que hay en MakerspaceUGR solo trabajan con materiales blandos.

Cómo es
Modelo: ROLAND MD-40 con eje rotatorio
Resolución: 0,002 mm/paso
Tamaño máximo de trabajo: 300 x 300 x 120 mm
Velocidad de avance: 9 – 200 mm/s
Velocidad de rotación del mandril: 4.500 – 15.000 rpm
Materiales: Blandos homogéneos. No metal, piedra o cerámica
Software: VCarve Pro

1. PANTÓGRAFO

2. MANDRIL MÓVIL

3. PANEL PUESTA EN MARCHA

4. PORTA-HERRAMIENTAS

HERRAMIENTAS

MÁRTIR

VIRUTA

PANEL DE CONTROL

Modelo: PerezCamps TEC-CAM 1103
Resolución: ± 0,02 mm
Tamaño máximo de trabajo: 1.300 x 2.400 x 122 mm
Velocidad de avance: 0 – 300 mm/s
Velocidad de rotación del mandril: 18.000 – 24.000 rpm
Materiales: Blandos homogéneos. No metal, piedra o cerámica
Software: VCarve Pro

1. PANTÓGRAFO

2. MANDRIL MÓVIL

3. PANEL DE PUESTA MARCHA

 4. PANEL DE CONTROL

5. PORTA-HERRAMIENTAS

6. MÁRTIR

7. SISTEMA DE FIJACIÓN

8. ASPIRACIÓN

HERRAMIENTAS

VIRUTA

 

Cómo funciona

La fresadora CNC reproduce cualquier modelo 3D contenido en un archivo digital. Mediante una herramienta rotativa móvil arranca, en forma de viruta, el material del soporte hasta los límites del modelo.

En el plano XY, la función extractiva la efectúa mediante un pantógrafo mecánico o puente que traslada en el plano XY un husillo que, a su vez, baja  y sube un mandril giratorio al que se le acopla una herramienta cortante o fresa. Se dice que es una máquina de 3 ejes.

Para geometrías de revolución se usa un torno para avanzar la herramienta en el plano Y mientras la herramienta se mueve sobre los ejes X y Z.

Programas informáticos específicos calculan la trayectoria y velocidad de avance y giro del mandril y los compilan en un archivo .Gcode. Esta es la extensión de los archivos que comunican computadoras y máquinas CNC.

Aprender a utilizar esta máquina requiere más esfuerzo ya que su manejo es más complejo. Requiere ciertos conocimientos ya que la estrategia de mecanizado, la velocidad de rotación del mandril, la velocidad de desplazamiento del pantógrafo y el tipo de herramienta han de ser determinados por el usuario ajustándolas al tipo de tarea a realizar.

1. Operaciones de mecanizado

Con una fresadora CNC se pueden realizar las siguientes tareas de mecanizado:

Perfilado: Rebaja un vector definido en el plano XY. Aumentando el número de pasadas. recorta el soporte.

Se usan herramientas de cabeza plana.

 

 

 

Cajeado: Rebaja el área contenida en el interior de un vector cerrado definido en el plano XY.

Se usan herramientas de cabeza plana.

 

 

 

Taladrado: Taladra en los puntos definidos en el plano XY con una profundidad programada.

Se usan herramientas tipo broca.

 

 

 

Rotulado: Vacía, cajea o perfila caracteres tipográficos rebajando la superficie superior del soporte. Según la herramienta el perfil de rotulación puede ser plano, prismático o en V.

Se usan herramientas con cabeza plana, en V y para grabado.

 

 

 

Desbaste: Elimina el material sobrante para tallar un objeto 3D. Por medio de varias pasadas del espesor programado se aproxima el soporte al perímetro superficial del modelo sin superarlo. Se debe usar previamente al acabado. En caso contrario, la herramienta de acabado quedará hincada y atrapada en el soporte sin posibilidad de movimiento. Se puede romper la herramienta y quemar o estropear el soporte.

Se usan herramientas de cabeza plana.

 

 

 

Acabado: Pasada de acabado superficial de un objeto 3D. Esta tarea precisa los detalles del objeto. Se compone de una sola trayectoria por lo que es imprescindible desbastar previamente el soporte.

Se usan herramientas de cabeza esférica.

 

 

2. Archivos de origen de datos

Modelo 3D en archivo .STL (STereoLithography)

Dibujo vectorial 2D (.DXF versión 2010 exclusivamente)

3. Materiales y dimensiones del soporte

El soporte pueden ser de cualquier material blando, consistente y coherente excepto papel, cartón, metal, piedra o cerámica.

Las dimensiones del sólido capaz del soporte en ningún caso pueden superar las especificadas para cada máquina en el cuadro de descripción anterior.

4. Herramientas cortantes

Las herramientas son las responsables del corte. Al rotar y trasladarse hacen que el soporte se vacíe descomponiéndolo en infinidad de virutas. Son de forma cilíndrica y de materiales especializados que le aportan características singulares. En su parte cortante, disponen de una o varias cuchillas de corte (labios). Cada tipo de tarea de mecanizado tiene asignado en exclusiva una forma de remate del cabezal cortante.

5. Configuración de tareas

El usuario deberá determinar  una estrategia de trabajo para la máquina adecuada a la tarea que pretende realizar. Para ello debe de elegir la herramienta a utilizar (material, diámetro, longitud, número de labios y tipo de cabeza); la velocidad, dirección y sentido de corte; y el espesor de cada una de las pasadas. Conceptos todo ellos sencillos que a lo largo del curso se desarrollarán.

Acciones previas
Construir un modelo 3D en cualquier aplicación al efecto elegida por el usuario (Autodesk, Rhinoceros, Sketchup, Tinkercad…).

Escalar el dibujo de forma que esté en milímetros (1 unidad de dibujo = 1 milímetro).

Exportar el dibujo a formato .STL, para los modelos 3D y .DXF para los dibujos vectoriales.

Preparar el archivo de corte para mecanizado

Para poder realizar tareas en el Makerspace se deben preparar las trayectorias previamente en el software VCarve. Para poder preparar los proyectos y sus trayectorias correspondientes en casa el procedimiento es el siguiente:

1. Descargar la versión de prueba VCarve Pro Trial v.11. en la web (www.vectric.com) e instalarla en el ordenador personal. Con esta versión se puede diseñar y previsualizar las trayectorias de corte, pero no se puede guardar para su uso directo en la máquina CNC.

2. Introducir las credenciales del Makerspace (Makerspace ID) para conectar la versión de prueba con la del Makerspace en el ordenador personal. Para introducirlas se debe ir a la pestaña “Ayuda” → “Acerca de VCarve Pro Trial Edition…” → “Introducir la ID del Makerspace” y pegarla. Las credenciales actuales son 01818-AE802-AA22F-4B02E-7A4B3-5C647-88ECD. Al introducir dichas credenciales se deberá reiniciar el programa y ya se entra en una versión “cliente” de Makerspace que permitirá guardar los archivos de proyecto (.crv).

3. Diseñar un modelo y sus trayectorias de corte siguiendo los pasos descritos a continuación para trabajos vectoriales y en 3D.

4. Guardar el proyecto en formato .crv y transferirlo al ordenador del Makerspace. Ya en la versión instalada en dicho ordenador se podrán guardar las trayectorias y usarlas directamente en la CNC.

Actualmente no existe versión Makerspace en la versión 11.5. del VCarve Pro, por lo que se debe instalar la versión 11.

1. Abrir el software VCarve Pro (Makerspace Edition). Pulsar el acceso directo “LANZAMIENTO FRESADORA” del escritorio de los ordenadores de usuarios

2. Crear un nuevo archivo

En el menú de la izquierda pulsar “Crear nuevo archivo”.

Al aceptar se abrirá automáticamente el menú “Configuración del material”.

3. Configuración del Material

El material se refiere a las características geométricas del sólido del soporte, es decir,  el paralelepípedo o cilindro que el usuario va a mecanizar.

  • Tipo de trabajo. A una cara, a dos caras o usando el torno de rotación
  • Dimensiones del soporte. Introducir las medidas externas del paralelepípedo que se va a transformar.
  • Posición Z,  usar siempre sobre el material
  • Origen, usar siempre la esquina inferior izquierda como origen XY
  • Pulsar “Aceptar”.

 

4. Trabajar con dibujos vectoriales

Con dibujos en el plano XY, dependiendo de la herramienta usada, con la fresadora CNC se puede  perfilar, cajear, taladrar y recortar el soporte en el plano XY. También, grabar texturas o textos cajeados, tallados en V o prismáticos.

 

 

 

4.1 Importar archivo

Elegir el archivo vectorial en el menú lateral Dibujo>>Importar.

También, se pueden realizar dibujos sencillos con las herramienta gráficas.

4.2 Ajustar dibujo

Si es necesario, escalar, desplazar o girar el dibujo usando las utilidades del menú “Dibujo” y la vista 2D. Hay que comprobar que el modelo se encuentra en el interior del soporte prefijado que se representa en la display.

4.3 Configurar tarea y trayectoria de herramienta

Una vez que el modelo ha sido ajustado, hay que trasladarse al menú “Trayectorias de herramientas” pulsando el botón con flecha que se encuentra junto al título del menú en su parte superior.

Para trabajar cómodamente, es conveniente hacer fijos los menús laterales pulsando el icono superior en forma de chincheta. Para trasladarte de uno a otro usar el botón con flecha junto a la chincheta.

5. Trabajar con modelos 3D

 

Para modelar objetos en 3D es necesario dos operaciones consecutivas:

  • Desbaste 3D. Consiste en eliminar o vaciar mediante pasadas sucesivas el material del soporte hasta ajustarlo a grandes líneas al modelo. Se debe de usar una herramienta de cabeza plana de diámetro mayor. El paso, la distancia entre cada una de las pasadas, debe ser superior al 60%.
  • Acabado 3D. Mediante una sola pasada se da forma definitiva al objeto. Se usa una herramienta de cabeza esférica de diámetro afinado al tamaño y fineza superficial del objeto. El paso debe ser fijado alrededor del 10% para evitar estrías visibles en el objeto.

 

 

5.1 Importar archivo.

En la pestaña “Modelado” del menú de la izquierda, pulsar el botón “Importar modelo en 3D”. Utilizar cualquiera de las extensiones de archivo permitidas de modelos 3D preferentemente .STL.

A la vez que aparece el modelo en la pantalla, se mostrará el menú “Orientar modelo 3D”.

5.2 Posicionar y redimensionar el modelo 3D

Centrar el modelo en el modelo, y ajustar la escala si es necesario. Dejar todos los demás parámetros y casillas conforme están. Para fresar por una sola cara no es necesario ajustar nada más. Pulsar el botón “Aceptar”.

5.3 Modificar modelo

Para rotar, mover o cualquier operación similar se deben usar los comandos del menú “Dibujo” vistos en el apartado 4.2.

 

5.4 Configurar tarea y trayectoria de herramienta

Una vez que el modelo ha sido ajustado, hay que trasladarse al menú “Trayectorias de herramientas” pulsando el botón con flecha que se encuentra junto al título del menú en su parte superior.

Para trabajar cómodamente, es conveniente hacer fijos los menús laterales pulsando el icono superior en forma de chincheta. Para trasladarte de uno a otro usar el botón con flecha junto a la chincheta.

6. Configurar lanzamiento
6.1 Fijar Soporte

En el botón “Fijar…” aparece un menú de confirmación de que la configuración del material (soporte) introducida en el menú inicial “Configuración del material” es correcta. Si no lo hace, el software lo reclamará. Además, se puede fijar la posición del modelo en relación al espesor del soporte. Si todo es correcto o se han subsanado los posibles errores, pulsar “Aceptar”.

6.2 Estrategias específicas de operaciones de mecanización

Cada operación de mecanizado cuenta con una configuración propia de su estrategia. Los parámetros más relevantes son: 

Tipo y características de la herramienta a utilizar. Calcular conforme se describe en el apartado siguiente.

Frontera de mecanizado. Entrar el límite de trabajo de la máquina según la tarea. Entrando valores en “Distancia de frontera” se fija la distancia a que quedará el resto de soporte del objeto. Es decir la dimensión del surco perimetral al objeto.

Sobre-espesor mínimo del desbastado. La distancia mínima a la que quedará el soporte una vez debastado de la superficie del objeto. Es conveniente que se algo mayor que 0 mm para que la herramienta muerda el soporte en cada pasada y no trabaje en vacío.

Estrategia de movimiento de la herramienta. Hay dos opciones. “Nivel Z” para vaciar el soporte en distintos niveles de altura, perfilando cada uno de ellos. “3D ráster” para vaciar en una dirección determinada. El tiempo y la eficiencia del corte será los objetivos a valorar para la elección.

Entrada en rampa. Si el material es duro y con espesor considerable es conveniente seleccionar esta opción para asegurarse que la herramienta no se atasque en su recorrido.

Área de mecanizado. Es otro nombre para la “Estrategia de movimiento de la herramienta” que aparece anteriormente. Normalmente se utilizará “Trama” a contramarcha con un ángulo de 90º.

Profundidad de corte. Es la máxima distancia de corte en el eje Z. Tanto en la estrategia de Cajeado como en la de Perfilado hay que fijarlas. En este último caso,  para recortar una forma en el soporte es necesario poner algo más de profundidad que el canto del soporte (bastará con 0,1 o 0,2 mm) . Más no es conveniente. Se puede dañar el mártir y atrancar la herramienta.

 

Para que el resultado sea preciso es necesario configurar la herramienta de corte.

6.3 Tipo y características de las herramientas

La forma en que está rematada la cabeza cortante de la herramienta define su utilidad.

Cabeza plana, se usa para perfilado, cajeado y desbastado. También, para rotulación

Cabeza esférica, se usa exclusivamente para la última pasada de acabado de un objeto o geometría 3D

Cabeza en V, se usa para rotular caracteres tipográficos

Cabeza en punta, se usa para grabar y rotular

Cabeza con forma especial para moldurar

Cabeza de taladrar, se usa para hacer nubes de taladros a distintas profundidades.

6.3.1 Geometría

Las características geométricas de las herramientas se definen con este conjunto de parámetros:

D1= Diámetro del mango

D2= Diámetro de la parte cortante de la herramienta

L1= Longitud de la parte cortante de la herramienta

L2= Longitud total de la herramienta incluido el mango

Z= Número de labios

La relación actualizada de herramientas de MakerspaceUGR



6.3.2 Parámetros de corte

La “Carga de Viruta” es el parámetro que asegura que el calor que se produce al friccionar y cortar el soporte quede disipado con la propia viruta expulsada. Mantenerlo en valores óptimos impide que la herramienta se sobrecaliente y el soporte se queme.

Una relación adecuada entre el tipo de material del soporte, el diámetro y número de labios de la herramienta, la velocidad de avance sobre el plano XY y la velocidad de rotación del mandril hacen posible que la “Carga de Viruta” se mantenga en valores de eficacia. La relación entre estas variables tiene una expresión matemática de esta forma:

VF=n*z*Fz

VF: Velocidad de avance, debe ser el prescrito por el fabricante de herramientas para cada tipo de material o de cada uno en concreto

n: velocidad del rotor en rpm

z: Número de labios de la cabeza cortante

Fz: Carga de viruta

La relación exacta de estos parámetros para cada material se debe obtener de la tabla de parámetros para mecanizado CNC de MakerspaceUGR, que contiene instrucciones precisas para su utilización.

6.3.3 Entrada de datos a VCarve

Estrategia>>Herramienta – Seleccionar para cargar una herramienta previamente configurada, modificarla o configurar una nueva.

Para seleccionar una herramienta de la base de datos y usar una configuración existente. Repasar todos los parámetros hasta no albergar duda alguna.

Para modificar una existente, haz una copia de ella y modifica los distintos campos. Dar nombre y guardar en la base de datos.

Para hacer una configuración de herramienta nueva se han de rellenar todos los campos incluidos. Dar nombre y guardar en la base de datos.

La “Profundidad de pasada” es la dimensión en mm que la herramienta rebajará en cada pasada hasta llegar a la profundidad programada. No debe ser mayor al 60% del diámetro de la herramienta.

El “Paso” es la distancia en horizontal entre cada una de las pasadas consecutivas. No debe de superar el 70% en trabajos con herramienta de cabeza plana y situarse entre el 10% y 30% para cabeza esférica. En ambos casos depende del diámetro de la herramienta y la fineza de la superficie de acabado que se quiera.

 

En “Avance y velocidades” se deben importar los valores fijados con la hoja de cálculo de MakerspaceUGR. Ver dónde se trata.

La “Velocidad de bajada” del mandril no debe superior al 60% de la velocidad de avance (Feed Rate).

6.4 Calcular trayectoria

Terminado la entrada de valores del menú “estrategia” pulsar a calcular. El software calculará la trayectoria de la herramienta conforme a los parámetros introducidos.

6.5 Analizar simulación 

Tras configurar y aceptar la estrategia, el programa calcula las trayectorias de corte y aparece el menú “Preestrenar trayectorias” con el que se obtiene, en el display, una simulación  realista muy precisa del resultado del mecanizado de la pieza. Se debe de analizar cuidadosamente antes de lanzar la tarea con el fin de encontrar defectos o implementar mejoras.

 

 

6.6  Consultar el tiempo de mecanizado y optimizar.

6.7 Exportar archivos de mecanizado.

Se necesita un archivo por cada tipo de herramienta, ya que se deberá acoplar en el mandril una a una.

El nombre del archivo deberá incluir el nombre y número de orden en que se afrentará cada operación y el tipo de herramienta. Por ejemplo:

mesampg1 desbastado p6 z1.gcode;

mesampg2 acabado e6 z2.gcode

Dónde:

p = cabeza plana

e = cabeza esférica

6 = diámetro en mm

z = número de labios

Elegir la extensión de archivo G Code (mm)(*.tap) para la fresadora PC TECMAC-1103 (grande). Elegir la extensión de archivo Roland MDX-40 para la fresadora Roland (pequeña).

 

Lanzamiento

 

PEREZCAMPS TECMAC-1103

ROLAND MX-40

LANZAMIENTO

1. Encender la máquina.

2. Colocar soporte (material).

3. Elegir e insertar el mandril y la herramienta.

4. Coger o abrir el panel de mandos.

5. Posicionar la herramienta en el origen XY utilizando los mandos.

6. Posicionar la herramienta en Z = 0 con la ayuda del dispositivo.

7. Cargar el archivo .gcode en la máquina.


8. Lanzar la tarea.

9. Esperar a que comience la tarea y cerciorarse de que las primeras operaciones son correctas.


10. Estar al tanto de la tarea. En caso de emergencia pulsar la seta roja.

11. Una vez acabada la tarea, retirar los restos y pasar la aspiradora.

12. Recoger el objeto y los restos pertinentes.

 

 

 

Autoevaluación

Para comprobar tu grado de comprensión de la utilidad y funcionamiento de la fresadora CNC debes realizar esta sencilla autoevaluación:

Autoevaluación 1 

Si no has superado la anterior con máxima calificación (8/8), repasa nuevamente los contenidos del curso y vuelve a realizarla.

Una vez superada, realiza esta segunda.

Autoevaluación 2

Para poder acceder a la prueba práctica han de estar superadas ambas autoevaluaciones con la máxima nota (8/8).

Prueba práctica

Una vez superado ambas autoevaluaciones con la máxima calificación (8/8), pide cita en MakerspaceUGR para hacer la PRUEBA PRÁCTICA que habilita como usuario acreditado. Inmediatamente después se puede usar la máquina.