sábado, 3 de diciembre de 2016

Como maquinar aluminio de la manera correcta con un CNC Router

Cuando diseñe y fabrique mi primer Router CNC, una de las primeras inquietudes es ver si era capaz de cortar aluminio…

Efectivamente, la maquina era lo suficientemente robusta para cortarlo pero algo estaba haciendo mal… 

El siguiente vídeo muestra como cortaba aluminio en mis primeras pruebas…


Como pueden ver la velocidad de avance era demasiado lenta, así como la profundidad de corte… Algo que se puede apreciar es el tipo de viruta que dejaba el cortador al pasar por el aluminio, dejando una viruta o rebaba demasiado pequeña. Esto no es lo deseable, ya que la viruta ayuda a disipar el calor de la herramienta.

Fue entonces que cortar aluminio atrajo  mi atención y me puse a investigar sobre el tema. Encontré la siguiente formula en un articulo escrito en una página llamada www.precisebits.com. La formula dice lo siguiente:

FEED = CHIPLOAD x # FILOS x RPM

Con un poco de experimentación pude calcular mejor los avances que necesitaba de acuerdo a las RPM de mi husillo o Spindle. Como referencia, cuento con una Spindle comprada en UgraCNC. Es una GMT SFM2835B-24-08 de 0.8KW y 24,000RPM.



Sin embargo en el proceso de experimentación, encontré otra limitante… ¿Cómo encontrar el balance entre el resultado de la formula anterior y mantener el cortador en buen estado sin que se dañara?

Investigando más a fondo en el tema, encontré un artículo muy interesante en www.nexgencam.com del cual utilizare unas fotografías tomadas de su sitio para resumir lo siguiente:

 1.-Programas CAM como Aspire de Vectric, generan trayectorias paralelas, las cuales tienden a atrapar al cortador o fresa en las esquinas de la geometría, produciendo grandes cargas de fuerza, que provocan que la herramienta se quiebre o dañe.




2.- Para evitar esto, el operador de la maquina CNC busca evitar el daño a la herramienta realizando profundidades de corte más pequeñas. Esto ha llevado a un desgaste excesivo de la parte inferior del cortador. ¿Se han puesto a pensar que muchas veces utilizan cortadores o fresas que tienen hasta 25mm de largo de filo y solo desgastan un 25%, es decir 6mm. aproximadamente? A esto se le llama maquinado convencional.

3.- Nuevos programas CAM como HSMworks para SolidWorks, Fusión 360 o Autodesk inventor, generan una trayectoria llamada Adaptive Clearing,  la cual mantiene un contacto de corte lateral constante a lo largo de toda la trayectoria calculada en el código G, por lo que no existe riesgo de que grandes cargas de fuerza dañen la fresa.


Adaptive clearing tiene dos beneficios inmediatos: Mayor vida útil de la herramienta y un mejor tiempo de maquinado ya que la fuerza es constante en todo la trayectoria por lo que puedes utilizar profundidades de corte de hasta 2.0 veces el diámetro del cortador. A esto se le llama maquinado de alta velocidad (High Speed Machining).




Con toda esta información prepare mi CNC Router para poder maquinar Aluminio de la manera correcta :)  El objetivo fue maquinar un orificio de aluminio 1 x 2 x 0.250 pulgadas en usa sola pasada, utilizando un cortador recto de 1/8 de diámetro y 2 filos de corte.


Sustituyendo valores en la formula anterior obtenemos:

FEED = CHIPLOAD x # FILOS x RPM
FEED = 0.0014 x 2 x 18,000
FEED = 50 IPM

Se utilizó la velocidad de avance calculada de  50 IPM y un corte lateral constante en toda la trayectoria de 0.020in.

Otro detalle importante para el caso de materiales no ferrosos es la refrigeración de la herramienta de corte. Los más comunes: Enfriamiento líquido o aire comprimido. No es obligatorio usarlo pero si ayudan a mejorar la vida de la herramienta. 

La fricción de la acción de corte con el material generan calor y el calor es lo que desgasta la herramienta.

En eBay me hice de un sistema usado MD-1200 Micro-Drop básicamente es un sistema de aspersión por aire comprimido mezclado con pequeñas gotas de lubricante vegetal o sintético. Este sistema asegura que a diferencia de otros, los cuales solo enfrían la herramienta, este trata de eliminar la causa raíz del problema… la fricción.



El sistema MD-1200 Micro-Drop estaba en muy buen estado, tenía algunas líneas bloqueadas debido al uso de lubricante vegetal que con el tiempo se endureció. Nada que agua y jabón a presión no solucione. Lo limpie y lo puse a funcionar, esta vez con lubricante sintético que no endurece con el tiempo. 

Además el sistema internamente incluía una electro válvula neumática de 24 volt, por lo que fue muy fácil integrarlo a Mach 3 utilizando una simple placa de relays de Arduino de 4 canales.  

El Micro-Drop requiere aire comprimido a 1.7 CFM funcionando a 80 PSI. Por suerte mi compresor Makita MAC2400 Big Bore 2.5 HP se adaptó a la situación y fue fácil ponerlo en funcionamiento. 



Solo fue necesario colocar un filtro de aire ya que se requiere suministrar aire seco y limpio al Micro-Drop para no dañarlo.




El siguiente vídeo muestra la prueba realizada…



La diferencia… entre el día y la noche: tiempo de maquinado de 5 minutos. Nada mal para un pequeño cortador de 1/8 de diámetro.

Cualquier Router CNC puede maquinar aluminio, algunos estarán limitados en la rigidez de la maquina misma, sin embargo, la mayoría de las personas maquinan erróneamente a velocidades muy lentas, la fórmula matemática mostrada previamente, comprueba que es lo que tenemos que mejorar de acuerdo a las RPM utilizadas o cantidad de filos en el cortador. Utilizar las nuevas tecnologías en software de generación de código G ayudan mucho a tener altas cantidades de material removido en poco tiempo.

Aqui otro video aplicando lo mismo en una maquina mas grande.
Espero este post ayude a sacarle más jugo a sus maquinas :) Happy Routing!!










3 comentarios:

  1. En la fórmula que utilizaste, ¿donde obtuviste el valor para chipload?

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