El fresado CNC es más manual de lo que piensa

May 23, 2023

Estuve en Pasadena CA para la Superconferencia Hackaday y pasé un tiempo agradable en el Laboratorio de diseño de Supplyframe. El ingeniero residente Dan Hienzsch dijo que podía disponer de unas horas y me preguntó qué quería hacer. Las limitaciones eran que tenía que ser lo suficientemente pequeño para caber en el equipaje facturado, pero tenía que ser lo suficientemente frío como para merecer el tiempo de Dan, con puntos de bonificación para que yo aprendiera algunas habilidades nuevas. Tengo un taller de madera decente en casa, y aunque mi granja de impresoras 3D no es tan profesional como la de Design Lab, conozco las cuerdas. Esto dejaba una opción obvia: algo Jolly Wrencher en la fresadora de metal CNC industrial de tres ejes Tormach.

Una fresadora CNC es una herramienta increíble, pero no es un robot omnisciente que come metales al que simplemente puede entregarle un archivo de diseño. Si pensaba que tener una fresadora CNC lo convertiría en un monstruo de corte de metal que no necesita experiencia, estaría muy equivocado.

Por supuesto, la máquina puede cortar formas arbitrarias con una precisión que sería extremadamente exigente si se hiciera a mano, pero el oficio del operador no es un factor menos importante que con una fresadora manual para asegurarse de que las cosas no salgan mal. El buen juicio, la experiencia y los aportes de Dan fueron necesarios en cada paso del camino. Honestamente, me sorprendió lo similar que era todo el procedimiento al fresado manual. Entonces, si quiere saber cómo es sentarse en el hombro de un operador serio de fresadora CNC, ¡siga leyendo!

Dije "¡Dan, Jolly Wrencher in Aluminium!" y cuando llegué a la mañana siguiente, ya había estado trabajando en secreto a mis espaldas. El archivo SVG que tenía del Wrencher en realidad estaba compuesto por pequeños segmentos de línea en lugar de suaves curvas Bezier. Intentar hacer coincidir todas las esquinas agudas infinitesimales resultantes volvería loco al software CAD (Fusion 360). Así que, en lugar de eso, Dan trazó la imagen original con curvas suaves completamente nuevas y obtuvo algo indistinguible del original para mí, pero mucho más fácil de manejar para la computadora.

Con el esquema deseado establecido, tuvimos que elegir nuestras herramientas. Aquí, existe una compensación entre ser fiel al archivo de entrada y hacer la pieza en poco tiempo. Si Dan eligiera un cabezal de corte demasiado grande en el molino, los detalles finos serían imposibles de cortar; en particular, las puntas de las llaves tienen esquinas interiores, y el filo de estas está limitado por el diámetro de la broca. Hacer toda la pieza con la cabeza más fina se vería mejor, pero llevaría una eternidad. Por lo tanto, la estrategia habitual es hacer una pasada aproximada para sacar la mayor parte del aluminio y luego hacer pasadas más finas con la herramienta más pequeña. Pero, ¿cuán grande es grande y cuán pequeño es pequeño? ¿Y son suficientes dos pases, o debemos ir a tres?

Al final, este es un juicio. Cambiar los cabezales de herramientas es muy rápido en el Tormach, pero no lo hace automáticamente. Eso significaba que teníamos que estar presentes en el momento justo para cambiarlos. En ese sentido, menos cambios de herramientas son mejores que más. Dan eligió el molino de la primera etapa para que encajara justo entre los ojos del Wrencher y el borde del cráneo, pero no se preocupó por los pequeños detalles en las puntas de las llaves. Una segunda pasada con una herramienta más fina los manejaría. Se agregó una pasada final con una broca biselada solo para mostrar: porque me gusta el aspecto de los bordes curvos biselados y nunca podría hacerlo tan bien a mano.

El software CAM también quería conocer una gran cantidad de detalles sobre el corte real, pero la mayoría de estos tenían buenos valores previos debido a la experiencia de Dan cortando aluminio con estos cabezales de herramientas en particular. Aún así, con arrogancia fijó la velocidad de alimentación en aproximadamente el doble de lo que probablemente debería ser, y dijo que estaríamos "montando la rueda de desplazamiento" para hacerlo bien.

Incluso antes de que encendiéramos el gran interruptor rojo de la máquina, Dan ya había tomado una serie de juicios que dependen de su conocimiento del software, la máquina, las herramientas y el material que estamos cortando. Un novato, como yo, ya habría perdido el juego, maldita sea CNC.

Cargamos los archivos CAM y pusimos en marcha los procedimientos de calentamiento y autolubricación de Tormach. Dan se aseguró de que emitiera una fina niebla de fluido de corte y luego comenzamos a buscar barras de aluminio de desecho. Se planeó que el cráneo tuviera aproximadamente 4″ (llámese 10 cm) cuadrados, y el taller tenía un material en barra un poco más grande que solo necesitaba cortarse. Una buena lubricación y una hoja de metal limpia y afilada en la sierra de corte hicieron un trabajo rápido con una barra de aluminio pesada, pero esto era esencialmente como lo harías en casa con un poco de líquido de corte y una sierra para metales. Sólo que más rápido.

El material en barra no es necesariamente cuadrado, y las superficies no se ven bien de todos modos, así que una vez que el molino se hubo calentado, Dan colocó el cabezal cortador de moscas y nivelamos el material. Aunque estaba usando la fresadora CNC para hacer los cortes, este era un procedimiento casi totalmente manual. Primero, cortó un borde de referencia profundizando progresivamente hasta quitar todo el metal original. Luego le dio la vuelta y repitió el procedimiento. Con dos bordes paralelos y bloques cuadrados de buena precisión, cortó las caras restantes para que quedaran cuadradas. En todos los casos, fue un proceso de bajar el cortador de moscas lentamente hasta que golpeó el punto alto (estimado) en la cara, y trabajar hacia abajo paso a paso hasta que todo esté brillante. ¿Cuánto quitar? ¿Qué tan rápido para alimentar? Experiencia del operador. CNC no te ayuda aquí.

Al final, nuestro bloque medía 4,001″ por 3,985″; no está mal, pero un primer corte un poco torcido con la sierra de corte hizo que necesitáramos quitar demasiado en un borde para limpiarlo. Es un pisapapeles de todos modos, así que todo lo que importa es centrar la llave inglesa. Introduzca de nuevo la experiencia del operador. Dan había configurado el archivo CAM con el punto cero de la máquina en el punto muerto de la cabeza del Wrencher. Esto significa que mientras pudiéramos apuntar la máquina CNC al centro de nuestro material de aluminio, no tendríamos que preocuparnos por esos molestos 0,015″ (0,4 mm) de que un lado es más corto que el otro: todo funcionará simétrico. por diseño.

El Tormach tiene una punta de sonda de distancia 3D, que es probablemente lo mejor que he visto. Lo arrojas a la máquina y mide en los ejes X, Y y Z. Esto hizo que encontrar el ancho y la altura exactos de la pieza en todas las dimensiones fuera pan comido, y permitió a Dan decirle a la máquina dónde estaba la superficie superior del centro de nuestra pieza. Hasta este momento todo era 100% manual, pero ahora que la máquina está orientada, el CNC puede ayudar.

Intercambiando la primera herramienta de corte, ¿simplemente presionó reproducir? Así un poco. El Tormach tiene controles de velocidad individuales para la velocidad de corte y la velocidad de desplazamiento. La primera orden del día fue verificar dos veces nuestra configuración cero moviendo el molino hacia la pieza de trabajo a una velocidad de desplazamiento de aproximadamente el 10 % y con la velocidad de avance de corte configurada en 0 %. Esto nos permitió verificar que el molino se detuvo exactamente donde debía. Si hubiera cometido un error, podría haber hecho funcionar el molino contra el metal a una profundidad peligrosa oa una velocidad de avance insana, rompiendo brocas o algo peor. Los controles de cordura como este son clave.

Luego aumentó lentamente la velocidad de avance de corte; recuerde que él había puesto la velocidad de alimentación demasiado alta intencionalmente durante la etapa CAM. Vimos cómo el molino descendía en espiral hasta la profundidad de corte correcta y luego comenzaba con su patrón. Lentamente aumentó la alimentación hasta que se movía a un ritmo decente. ¿Cuánto material debe despegar por segundo? Al igual que con un molino manual, es cuestión de experiencia. Escuchó la máquina, observó las virutas que salían volando y comprobó la calidad del corte en todo momento. ¿CNC totalmente automático? Lo contrario.

La pasada de desbaste se realizó en un santiamén y cambiamos la herramienta por la fresa de detalle. Nuevamente, repetimos el mismo procedimiento de bordear lentamente la herramienta hacia la superficie del aluminio. ¿Se detuvo donde se suponía que debía hacerlo? ¿El cabezal portaherramientas tiene la longitud que la máquina cree que tiene? Afirmativo para ambos, pero es una buena verificación doble. Luego, Dan volvió a poner lentamente la máquina a la velocidad de funcionamiento.

Ver el molino hacer su trabajo es fascinante, como cualquiera de ustedes con una impresora 3D sabe, y terminé viendo volar las virutas de aluminio mientras podría haber estado afuera tomando café. Pero estos quince minutos de automatización completa terminaron demasiado pronto. Un cambio de herramienta más, a la broca de biselado, y otro par de minutos de tiempo de máquina y el pisapapeles Jolly estaba terminado. Los remolinos del centro de las flautas del molino hacen que parezca casi una calavera de azúcar. ¡Fue glorioso!

Por supuesto, el Aluminium Wrencher fue un proyecto único y rápido. Si los produjéramos en múltiplos, escribiríamos las velocidades de alimentación ideales y tal vez omitiríamos el jog-wheeling manual para las próximas iteraciones. Pero en general, la participación y el juicio del operador fueron bastante intensos durante el 60% del tiempo. Planificar el trabajo, cuadrar el stock e incluso guiar la máquina a través de los pasos que ya "sabía" requería un operador que estuviera familiarizado con el mecanizado desde una perspectiva manual y que pudiera pensar en los próximos pasos mientras planificaba el presente.

Si bien los trabajadores metalúrgicos tradicionales pueden despertarse en medio de la noche sudando mucho porque los robots les quitan el trabajo de las manos, y tal vez eso sea correcto en la producción en masa, ciertamente no es el caso de que alguien que nunca ha tenido experiencia en metalurgia pueda simplemente acercarse a uno. de estas maravillas CNC, entréguele una imagen y presione reproducir. Después de ver a Dan y el Tormach cortarme una llave inglesa, diría que aprender las cuerdas de una fresadora manual no es suficiente para convertirme en un maestro del CNC, pero es absolutamente necesario.

Pero solo soy un novato en fresado CNC. ¿Qué dicen ustedes? ¿Cuánto de su bolsa de trucos manuales de metalurgia se transfiere al mundo del CNC?

¡Muchas gracias a Dan ya todos en Design Lab por su hospitalidad!