El fresado CNC es más manual de lo que cree

Estuve en Pasadena CA para la Superconferencia La-Tecnologia y pasé un rato 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 como para caber en el equipaje facturado, pero tenía que ser lo suficientemente frío como para justificar que Dan ocupara su tiempo, con puntos extra para que yo aprendiera algunas habilidades nuevas. Tengo un taller de carpintería decente en casa y, aunque mi granja de impresoras 3D no es tan profesional como la del Laboratorio de Diseño, conozco los entresijos. Esto dejó una opción obvia: algo Jolly Wrencher en la fresadora de metal industrial CNC de tres ejes Tormach.

Una fresadora CNC es una herramienta increíble, pero no es un robot devorador de metales omnisciente al que simplemente se le puede entregar un archivo de diseño. Si pensara que tener una fresadora CNC lo convertiría en un monstruo cortador de metales que no necesita experiencia, estaría gravemente equivocado.

Por supuesto, la máquina es capaz de cortar formas arbitrarias con una precisión que sería extremadamente exigente si se hiciera a mano, pero la habilidad del operador es un factor tan importante como con un molino manual para garantizar que las cosas no salgan hacia los lados. Se necesitaba el buen juicio, la experiencia y los aportes de Dan en cada paso del camino. Honestamente, me sorprendió lo similar que era todo el procedimiento al fresado manual. Entonces, si desea saber cómo es sentarse en el hombro de un operador serio de fresadora CNC, ¡siga leyendo!

Dije: "¡Dan, Jolly Wrencher en aluminio!" y cuando llegué a la mañana siguiente, él 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 de Bézier. Intentar hacer coincidir todas las esquinas infinitamente afiladas resultantes volvería loco al software CAD (Fusion 360). Entonces, en lugar de eso, Dan trazó la imagen original con curvas completamente nuevas y suaves y se le ocurrió algo que a mi vista no se distinguía del original, pero mucho más fácil de manejar para la computadora.

Con el contorno deseado establecido, tuvimos que elegir nuestras herramientas. Aquí, existe un equilibrio entre ser fiel al archivo de entrada y realizar la pieza en poco tiempo. Si Dan eligiera un cabezal de corte demasiado grande en el molino, sería imposible cortar los detalles finos; 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 quedaría mejor, pero llevaría una eternidad. Por lo tanto, la estrategia habitual es hacer una pasada aproximada para extraer la mayor parte del aluminio y luego hacer pasadas más finas con la herramienta más pequeña. Pero, ¿qué tan grande es lo grande y qué tan pequeño es lo pequeño? ¿Y son suficientes dos pases o debemos pasar a tres?

Al final, esto es una cuestión de criterio. Cambiar los cabezales de herramientas es muy rápido en Tormach, pero no lo hace automáticamente. Eso significaba que teníamos que estar presentes en el momento justo para intercambiarlos. En ese sentido, menos cambios de herramientas es mejor que más. Dan eligió el molino de 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 solucionaría. Se agregó una pasada final con una broca de biselado solo para mostrar: porque me gusta el aspecto de los bordes curvados y biselados, y nunca podría hacerlo tan bien a mano.

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

Incluso antes de que encendiéramos el gran interruptor rojo de la máquina, Dan ya había tomado una serie de decisiones 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, al diablo con el CNC.

Cargamos los archivos CAM y pusimos en marcha los procedimientos de calentamiento y autolubricación del Tormach. Dan se aseguró de que estuviera enviando una fina niebla de líquido de corte y luego comenzamos a buscar barras de aluminio de desecho. Se planeó que el cráneo tuviera aproximadamente 4 ″ (llámelo 10 cm) cuadrados, y el taller tenía unas barras un poco más grandes que solo necesitaban ser cortadas. Una buena lubricación y una hoja de metal limpia y afilada en la sierra cortadora hicieron que una barra de aluminio pesada funcionara rápidamente, 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.

Las barras no son necesariamente cuadradas y las superficies no se ven bien de todos modos, así que una vez que el molino se calentó, Dan colocó el cabezal cortador de moscas y rectificamos las barras. Aunque estaba usando la fresadora CNC para hacer los cortes, se trataba de 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 aristas paralelas 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 llegó al punto más alto (estimado) de la cara, y trabajar paso a paso hasta que todo esté brillante. ¿Cuánto quitar? ¿Qué tan rápido 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 ligeramente torpe con la sierra cortadora nos obligó a quitar demasiado en un borde para dejarlo limpio. De todos modos es un pisapapeles, así que lo único que importa es centrar el Wrencher. Ingrese nuevamente a la experiencia del operador. Dan había configurado el archivo CAM con el punto cero de la máquina en el centro de la cabeza del Wrencher. Esto significa que mientras pudiéramos apuntar la máquina CNC al centro de nuestra culata 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 más genial que he visto. Lo introduces en la máquina y mide en los ejes X, Y y Z. Esto hizo que encontrar el ancho y alto 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 ese momento todo era 100% manual, pero ahora que la máquina está orientada, el CNC puede ayudar.

Al cambiar 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 nuevamente nuestra configuración cero moviendo el molino hacia la pieza de trabajo a aproximadamente el 10 % de la velocidad de desplazamiento y con la velocidad de avance de corte establecida en el 0 %. Esto nos permitió verificar que el molino se detuvo exactamente donde debía. Si hubiera cometido un error, podría haber hecho que el molino se hundiera en el metal a una profundidad peligrosa o a una velocidad de avance increíble, rompiendo piezas o algo peor. Los controles de cordura como este son clave.

Luego aumentó lentamente la velocidad de avance de corte; Recuerde que había establecido intencionalmente la velocidad de alimentación demasiado alta 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 movió a un ritmo decente. ¿Cuánto material debería 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 completamente 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 acercar lentamente la herramienta hasta la superficie del aluminio. ¿Se detuvo donde se suponía que debía detenerse? ¿El cabezal de la herramienta tiene la longitud que la máquina cree que tiene? Afirmativo para ambos, pero es una buena verificación. Luego, Dan lentamente hizo que la máquina volviera a alcanzar la velocidad de funcionamiento.

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

Por supuesto, la llave de aluminio fue un proyecto único, rápido y complicado. Si los produjéramos en múltiplos, anotaríamos las velocidades de alimentación ideales y tal vez omitiríamos el jog-wheel manual para las próximas iteraciones. Pero en general, hubo una gran participación y juicio del operador durante el 60% del tiempo. Planificar el trabajo, escuadrar el material e incluso guiar la máquina a través de los pasos que ya “conocía” requería de un operario familiarizado con el mecanizado desde una perspectiva manual, y que pudiera pensar en los siguientes 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 cierto en la producción en masa, ciertamente no es el caso que alguien que nunca ha tenido experiencia en el trabajo con metales pueda simplemente acercarse a uno. de estas maravillas CNC, entrégale una imagen y presiona reproducir. Después de ver a Dan y Tormach cortarme una llave, diría que aprender a manejar una fresadora manual no es suficiente para convertirme en un maestro del CNC, pero es absolutamente necesario.

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

¡Muchísimas gracias a Dan y a todos en Design Lab por su hospitalidad!