¿Qué es el fresado en espiral en el fresado CNC?

La tecnología de fresado CNC ocupa una posición importante en el campo del mecanizado con su alta precisión, alta eficiencia y alta flexibilidad.

El fresado en espiral es un proceso de corte avanzado en el fresado CNC, que realiza un mecanizado continuo y eficiente de la pieza de trabajo a través de la alimentación en espiral de la herramienta en dirección axial, con las ventajas de alta eficiencia de mecanizado, buena calidad de superficie y alta precisión dimensional.

Descripción general de la tecnología de fresado en espiral

Principio técnico

El principio de la tecnología de fresado en espiral es que la herramienta gira en dirección axial y la pieza de trabajo se alimenta a lo largo de la dirección de avance de la herramienta, formando una trayectoria de corte en espiral continua.

En la fresadora CNC, este proceso de movimiento se realiza a través del control de alta precisión del sistema CNC, que garantiza el movimiento preciso y exacto de la herramienta y la pieza de trabajo.

En concreto, el sistema CNC ajustará la velocidad de rotación, la velocidad de avance y la profundidad de corte de la herramienta en movimiento en tiempo real según el programa preestablecido, de modo que la herramienta corte gradualmente el material en la superficie de la pieza de trabajo a lo largo de la trayectoria en espiral preestablecida.

Ventajas tecnicas

En el procesamiento de fresado CNC, la tecnología de fresado en espiral muestra importantes ventajas de aplicación.

Tomemos como ejemplo el procesamiento de roscas, las modernas máquinas herramienta CNC en la fresadora de roscas hecha de carburo, la velocidad de la línea de procesamiento de 80 ~ 200 m-min-1, mientras que la velocidad de la línea de procesamiento de roscas de acero de alta velocidad tradicional es de solo 10 ~ 30 m-min-1.

En otras palabras, al mismo tiempo, el fresado en espiral puede completar un mayor volumen de corte.

En comparación con el proceso de roscado tradicional, la tecnología de fresado en espiral tiene ventajas obvias.

Una mayor velocidad de línea permite completar más rápidamente las tareas de mecanizado, mejorando la eficiencia.

El fresado en espiral consigue un mecanizado de alta precisión minimizando los errores, mejorando la exactitud.

Las fresas de roscar de carburo duran más que los machos de roscar HSS y el fresado en espiral mejora el acabado de la superficie, dando como resultado una pieza de trabajo más lisa.

En resumen, la tecnología de fresado en espiral ocupa una posición importante en el procesamiento de fresado CNC, lo que proporciona una fuerte garantía para mejorar la calidad y la eficiencia del procesamiento, y es una tecnología avanzada indispensable en el procesamiento CNC moderno, que vale la pena promover.

Uso de la tecnología de fresado en espiral en el procesamiento de fresado CNC

Procesamiento complejo de superficies de piezas de trabajo

La tecnología de fresado en espiral tiene buen efecto en la aplicación del procesamiento de superficies complejas de piezas de trabajo.

Tomemos como ejemplo el bloque del motor de un automóvil: su superficie interna es compleja y difícil de procesar.

La tecnología de mecanizado tradicional presenta dificultades con piezas complejas y a menudo resulta ineficaz.

Por el contrario, la tecnología de fresado en espiral se adapta a diferentes formas de superficie a través del movimiento helicoidal de la herramienta, lo que permite un mecanizado preciso de superficies complejas dentro del bloque del motor manteniendo la calidad de la superficie y la productividad.

En el proceso de mecanizado real, la herramienta corta a lo largo de la trayectoria helicoidal y realiza un avance helicoidal continuo en dirección axial.

Este método de corte puede promover una distribución de la fuerza de corte relativamente uniforme, lo que ayuda a reducir la vibración y el calor del corte.

Rendimiento y eficiencia de corte mejorados

Al mecanizar superficies curvas complejas de piezas de trabajo, la eficiencia de mecanizado de la tecnología de fresado helicoidal se puede incrementar en aproximadamente un 30% en comparación con la tecnología de fresado recto tradicional.

La tecnología tradicional de fresado recto requiere múltiples ajustes de herramientas, como el ajuste de las trayectorias de las herramientas y los parámetros de corte, al mecanizar superficies complejas, lo que resulta en una menor eficiencia de mecanizado;

La tecnología de fresado en espiral puede reducir el tiempo innecesario de ajuste de parámetros de la herramienta a través de la alimentación en espiral continua y aumentar significativamente la velocidad de mecanizado.

Calidad de superficie mejorada

En términos de rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo, la tecnología de fresado helicoidal puede reducir la rugosidad Ra de la superficie de la pieza de trabajo del fresado recto tradicional de 1.6 μm a 0.8 μm, mejorando la calidad general del mecanizado.

Una superficie lisa no solo mejora la estética de la pieza de trabajo, sino que también garantiza que la pieza de trabajo tenga un buen rendimiento y confiabilidad durante el uso.

Utilización del procesamiento de roscas de piezas de trabajo

Al procesar roscas de piezas, es necesario cortar los componentes, el proceso es más complejo y los requisitos de precisión son altos. En el procesamiento de roscas de piezas, la tecnología de fresado en espiral ofrece alta precisión.

Alta precisión en el mecanizado de roscas

Por ejemplo, en el procesamiento de roscas M40×1.5, la aplicación de la tecnología de fresado en espiral puede utilizar plenamente la función de enlace de tres ejes de las máquinas herramienta CNC.

Durante el mecanizado, la herramienta corta siguiendo una trayectoria espiral cuidadosamente planificada, gira 360° y continúa mecanizando un paso más arriba en dirección axial. Esta trayectoria de mecanizado crea una estructura de rosca extremadamente precisa.

Si se utiliza una fresa de roscar de carburo para el fresado helicoidal, con una velocidad de corte de 250 m – min-1 y un avance de 0.1 mm – r-1, se pueden mecanizar roscas con una precisión de ISO 6H.

Este nivel de precisión puede satisfacer los requisitos de precisión de proceso tanto en el campo de fabricación de maquinaria de precisión como en el campo aeroespacial, que requiere una precisión de rosca extremadamente alta.

Mayor eficiencia y longevidad de las herramientas

En términos de eficiencia de procesamiento, el método de procesamiento de roscado tradicional es susceptible a una variedad de factores durante el procesamiento de la rosca, como la distribución desigual de la fuerza de corte, la mala eliminación de viruta, etc., lo que resulta en una disminución de la eficiencia del procesamiento.

La tecnología de fresado en espiral con su método de corte único, puede aumentar la eficiencia de procesamiento aproximadamente 5 veces.

La tecnología de fresado en espiral adopta herramientas rotativas para cortar, la fuerza de corte se puede distribuir de manera más uniforme en la herramienta, lo que reduce el desgaste de la herramienta y la deformación de la pieza de trabajo causada por la concentración de la fuerza de corte.

Al mismo tiempo, la tecnología en el proceso de mecanizado puede ser muy buena en la eliminación de virutas, para evitar la acumulación de virutas y afectar la precisión y eficiencia del mecanizado.

La tecnología de fresado en espiral también se puede ajustar de acuerdo con los diferentes requisitos de procesamiento para ajustar los parámetros, para satisfacer las necesidades de una variedad de procesamiento de roscas de piezas de trabajo complejas, la adaptabilidad es más fuerte.

Versatilidad en el procesamiento de roscas de gran diámetro y no estándar

Además, el uso de la tecnología de fresado en espiral puede resolver los problemas de los métodos de procesamiento tradicionales en el procesamiento de roscas de alta precisión y de gran diámetro.

La tecnología de procesamiento tradicional en el procesamiento de algunas piezas de trabajo de rosca de alta precisión y gran diámetro, a menudo necesita utilizar equipos a gran escala y un sistema de proceso complejo, y es difícil garantizar la precisión del procesamiento final.

La tecnología de fresado en espiral puede hacer frente fácilmente al procesamiento de piezas roscadas de gran diámetro, logrando un procesamiento eficiente de roscas con múltiples rotaciones (izquierda, derecha) y diferentes pasos (paso), especialmente en el procesamiento de roscas no estándar, lo cual es más ventajoso.

Aplicación del mecanizado de agujeros profundos para piezas de trabajo

El mecanizado de agujeros profundos, especialmente en la industria aeroespacial y otras áreas de alta precisión de mecanizado de agujeros grandes, largos y delgados, existen problemas como mala eliminación de viruta, acumulación de calor de corte, vibración de la herramienta, etc., que afectan la eficiencia y la calidad del procesamiento.

El uso de la tecnología de fresado en espiral puede resolver eficazmente los problemas en el mecanizado de agujeros profundos.

Tomemos como ejemplo el mecanizado de orificios profundos de una pieza aeroespacial clave, la profundidad del orificio de la pieza alcanza los 300 mm, lo que plantea requisitos estrictos de precisión de mecanizado y calidad de la superficie.

Al utilizar la tecnología de fresado de roscas para el mecanizado de agujeros profundos, la herramienta, bajo el control preciso del sistema CNC, de acuerdo con la trayectoria helicoidal preestablecida, entra lentamente en el agujero, de forma helicoidal para el procesamiento de corte.

Este método de corte no solo evita los problemas de mutación de la fuerza de corte y vibración generados por la alimentación lineal, sino que también optimiza las condiciones de descarga de viruta durante el proceso de corte.

En el proceso de corte, las virutas se descargarán suavemente a lo largo de la trayectoria en espiral, evitando que las virutas se acumulen en el orificio, evitando la segunda fricción y el desgaste de la herramienta y las virutas, y garantizando la estabilidad de la herramienta y la consistencia de la precisión del mecanizado.

En el procesamiento real, la tecnología de fresado en espiral se puede utilizar en condiciones de velocidad de corte de 100 m – min-1, velocidad de avance de 0.05 mm – r-1, y la rugosidad de la superficie del orificio profundo Ra se controla por debajo de 1.2 μm.

La tecnología de fresado en espiral muestra un rendimiento superior en el mecanizado de agujeros profundos, lo que puede satisfacer los severos requisitos de mecanizado de piezas aeroespaciales.

Gracias al control efectivo del calor de corte y la descarga suave de virutas, la vida útil de las herramientas de fresado en espiral es casi una vez más larga que la de los procesos de mecanizado tradicionales, reduce significativamente los costos de producción y mejora la eficiencia del procesamiento.

Proceso de fresado en espiral mediante el uso de puntos clave

Estandarizar la selección y gestión de herramientas

La herramienta es una herramienta indispensable en el proceso de fresado en espiral.

La selección y gestión de herramientas afectará directamente la eficiencia del mecanizado posterior y la calidad del mecanizado del producto final.

En el proceso de selección de herramientas, es necesario considerar exhaustivamente el material, la forma, el tamaño y las necesidades de procesamiento de la pieza de trabajo.

Por ejemplo, para materiales difíciles de cortar, como carburo cementado o aleaciones de titanio, se deben seleccionar herramientas con alta dureza y alta resistencia al desgaste, como fresas espirales de carburo cementado y herramientas recubiertas de diamante.

El ángulo geométrico de la herramienta, como el ángulo frontal, el ángulo posterior, el ángulo de hélice, etc., también es un factor importante a tener en cuenta al momento de seleccionar.

El ángulo geométrico de la herramienta debe determinarse de acuerdo con las necesidades de procesamiento específicas, para reducir la fuerza de corte, reducir la temperatura de corte como objetivo principal, teniendo en cuenta la mejora de la calidad de la superficie de procesamiento.

En el proceso de utilización de herramientas, se debe prestar especial atención al control del desgaste y al reemplazo de las herramientas.

Por un lado, debemos establecer un estándar de vida útil de la herramienta relativamente razonable, por otro lado, debemos utilizar la función de detección de desgaste de la herramienta en el sistema CNC para realizar el monitoreo dinámico del estado de operación de la herramienta.

Si la herramienta se utiliza en el proceso de quedarse fuera del rango de desgaste predeterminado, detener inmediatamente el mecanizado y reemplazar la herramienta nueva, para no reducir la calidad del mecanizado o accidentes de la máquina debido al desgaste de la herramienta.

Ajuste razonable de los parámetros del proceso de corte

Desde el punto de vista del proceso, el conjunto de parámetros del proceso de corte es el vínculo clave en el proceso de fresado en espiral.

Los parámetros de corte incluyen la velocidad de corte, el avance, la profundidad de corte y la trayectoria de la herramienta. Su configuración debe tener en cuenta el material de la pieza, el tipo de herramienta, los requisitos de procesamiento y otros factores.

Tomemos como ejemplo el mecanizado de agujeros profundos: la selección de la velocidad de corte debe tener en cuenta la resistencia al calor de la herramienta y la eficiencia de corte, generalmente controlada entre 100 y 200 m – min-1;

La velocidad de avance debe determinarse de acuerdo con la rigidez de la herramienta y la estabilidad del corte; generalmente, se elige una velocidad de avance más baja para garantizar la precisión del mecanizado y la calidad de la superficie;

La profundidad de corte debe determinarse de acuerdo con la capacidad de corte de la herramienta y el margen de mecanizado para evitar un corte único demasiado profundo que provoque daños en la herramienta o una reducción en la calidad del mecanizado;

Las trayectorias de las herramientas deben optimizarse gradualmente a través de la función de programación del sistema CNC.

A través del sistema CNC, puede realizar el control preciso de la trayectoria de la herramienta y los parámetros de corte del ajuste dinámico, mejorando así aún más la eficiencia del procesamiento y la calidad del procesamiento.

Centrarse en la lubricación por refrigeración y la eliminación de virutas.

En el proceso de fresado en espiral no se deben ignorar la lubricación por enfriamiento y la eliminación de viruta.

En el proceso de mecanizado, el área de corte producirá inevitablemente una gran cantidad de calor de corte y virutas; si no hay una lubricación de enfriamiento efectiva y eliminación de virutas en el primer intento, esto provocará un mayor desgaste de la herramienta, lo que conducirá a una menor calidad del mecanizado e incluso a accidentes en la máquina.

Por lo tanto, en el proceso de fresado en espiral, es necesario utilizar refrigeración y lubricación razonables para reducir la temperatura y la fuerza de corte.

El uso de refrigerante permite refrigerar eficazmente la herramienta. La selección del tipo y la concentración del refrigerante deben tener en cuenta el material de la pieza y las necesidades de procesamiento.

Por ejemplo, en el procesamiento de materiales difíciles de cortar, se puede utilizar refrigerante de alto rendimiento para reducir el calor de corte, mejorar la eficiencia del corte y la calidad del procesamiento;

En el procesamiento de piezas con requisitos de precisión extremadamente altos, se puede elegir un refrigerante de baja viscosidad, para reducir los residuos en el área de corte.

Los métodos de lubricación, como la lubricación por aspersión y la lubricación por niebla de aceite, se pueden seleccionar según las necesidades reales. Además de la lubricación por refrigeración, también se diseña un canal de viruta y un dispositivo de extracción de viruta más científicos para garantizar una descarga fluida de las virutas.

Optimizar la trayectoria de la herramienta

La trayectoria de la herramienta en el proceso de fresado en espiral es muy crítica, su optimización no solo puede mejorar directamente la eficiencia del procesamiento, sino que también puede ayudar a extender la vida útil de la herramienta y mantener la precisión del mecanizado.

En la práctica, la optimización de la trayectoria de la herramienta debe considerar cuidadosamente las características geométricas de la pieza de trabajo, incluidas, entre otras, la complejidad de la forma, el rango de tamaño y las propiedades del material, y debe considerar las necesidades de procesamiento específicas, como los requisitos de precisión, el acabado de la superficie, etc.

El mecanizado de superficies complejas de aleaciones de aluminio en la industria aeroespacial, por ejemplo, es especialmente delicado en términos de planificación de la trayectoria de la herramienta.

Para cumplir con los requisitos, es necesario utilizar un software CAD/CAM avanzado, como Siemens NX o Mastercam, para realizar un modelado tridimensional de la pieza de trabajo y generar una trayectoria de herramienta preliminar basada en los datos del modelo.

Sobre esta base, se implementa una estrategia de fresado en capas para descomponer la superficie compleja en múltiples capas manejables, con el espesor de cada capa controlado entre 0.5 y 2.0 mm, dependiendo de la curvatura de la superficie y la dureza del material.

La estrategia de capas reduce significativamente la carga de un solo corte, reduce el desgaste de la herramienta y garantiza una transición suave de la superficie mecanizada.

Fortalecer el seguimiento y ajuste de procesos

En el proceso de fresado en espiral, se debe implementar un estricto control del proceso, que es la clave para garantizar la calidad y la eficiencia del procesamiento.

Los talleres de mecanizado modernos generalmente utilizan máquinas herramienta inteligentes integradas con sensores y sistemas de análisis de datos, estas máquinas CNC pueden monitorear la fuerza de corte, la temperatura de corte, la vibración y otros parámetros clave en tiempo real, proporcionando retroalimentación oportuna para el personal.

Además, se utilizan scripts personalizados escritos en software de análisis de datos, como MATLAB o Python, para profundizar en los datos de monitoreo, lo que permite identificar posibles problemas y tendencias en el proceso de mecanizado, como tasas aceleradas de desgaste de la herramienta y un aumento sostenido en las temperaturas de corte.

Basándose en esta información de alerta temprana, los operadores pueden tomar precauciones como cambiar herramientas, ajustar el flujo de refrigerante u optimizar los parámetros de corte para garantizar que el proceso de mecanizado sea óptimo.

Una vez finalizado el mecanizado, los operadores deben realizar una medición dimensional estricta de la pieza de trabajo (utilizando un CMM con una precisión de ±0.005 mm), evaluación de la precisión de la forma (detección de contornos, etc.) y pruebas de rugosidad de la superficie (utilizando un medidor de rugosidad de superficie con una precisión de 0.1 μm).

Este es un paso fundamental para garantizar que la calidad del mecanizado cumpla con los requisitos de diseño.

Si se detectan desviaciones, es necesario analizar inmediatamente las causas y tomar medidas de mejora específicas para obtener una experiencia valiosa para el procesamiento posterior y garantizar la estabilidad y fiabilidad de la producción.

Conclusión

En el entorno de rápido desarrollo de la industria manufacturera moderna, la tecnología de fresado en espiral tiene un alto valor de aplicación en fresado CNC procesamiento, lo que ayuda a mejorar el efecto del procesamiento de fresado CNC.

La aplicación de la tecnología de fresado en espiral puede mejorar la continuidad y la eficiencia del procesamiento de la pieza de trabajo y promover el desarrollo de alta precisión de la industria del procesamiento mecanizado.

Los operadores técnicos deben fortalecer continuamente la comprensión de la tecnología de fresado en espiral en el procesamiento de fresado CNC y aplicarla al procesamiento real.