Generalidades del mecanizado 3+2

El mecanizado 3+2 es una técnica por medio de la cual un programa de fresado de tres ejes se ejecuta con la herramienta de corte bloqueada en una posición inclinada usando los dos ejes rotativos de una máquina de cinco ejes; de ahí su nombre: mecanizado 3+2. También es llamado “mecanizado de cinco ejes posicional”, porque el cuarto y el quinto eje se usan para orientar la herramienta de corte en una posición fija, más que para manipular la herramienta continuamente durante el proceso de mecanizado. Esto distingue el mecanizado 3+2 del mecanizado continuo o simultáneo en cinco ejes. Otros nombres que aparecen son mecanizado inclinado, fijo o ladeado, en referencia al ángulo característico de la herramienta de corte.

La principal ventaja del mecanizado 3+2 es que permite el uso de una herramienta de corte más corta y más rígida de lo permitido por el mecanizado convencional en tres ejes. Con el 3+2, el cabezal de husillo puede bajarse más cerca de la pieza de trabajo con la herramienta en ángulo hacia la superficie. Una herramienta más corta permite mayores avances y velocidades con menor deflexión de la herramienta. Esto significa que pueden lograrse un buen acabado superficial y resultados dimensionales más precisos en un tiempo de ciclo más corto. Otros beneficios incluyen movimientos más breves de la herramienta, menos líneas del código de programa y menos alistamientos de la máquina.

Esta técnica aumenta su popularidad en talleres de moldes porque ayuda con las cavidades profundas de moldes complejos, que de otra forma tendrían que mecanizarse con herramientas largas y esbeltas o con extensiones de herramientas. Las herramientas largas y esbeltas incrementan el riesgo de deflexión o vibración y las extensiones de herramientas pueden crear problemas de despeje. El mecanizado 3+2 también permite mecanizar directamente cortes inferiores en cavidades y paredes pendientes en núcleos de moldes verticales. Esta estrategia podría reducir o eliminar operaciones de electroerosionado (EDM).

Por supuesto, las aplicaciones no se limitan al mecanizado de troqueles/moldes. Cualquier pieza de trabajo que cree condiciones de corte desafiantes cuando se use mecanizado simultáneo en cinco ejes, debería ser considerada candidata para el mecanizado 3+2. Un ejemplo es el mecanizado de tubos. Las formas de tubo curvadas o en ángulo en una pieza de trabajo, como conductos de escape en la cabeza de un cilindro o ductos en un cuerpo de válvula, pueden a menudo mecanizarse con efectividad con 3+2 si el software CAM soporta esta aplicación. Además, el 3+2 puede ayudar con el mecanizado de ciertos tipos de partes a partir del sólido, más que a partir de una fundición compleja. El trabajo de prototipado también se beneficia con esta técnica.

Los agujeros taladrados en ángulos compuestos en un solo alistamiento también son un importante beneficio del mecanizado 3+2. Alinear el taladro en la orientación correcta se logra en la programación más que en el taller, con múltiples alistamientos y fijaciones complejas.

¿Cómo hacer esto en tres ejes?
Una forma de pensar en el mecanizado 3+2 es visualizar cómo unas características seleccionadas de la pieza de trabajo podrían mecanizarse en un VMC de tres ejes, si las características difíciles caen en el plano de trabajo más conveniente para el mecanizado efectivo en tres ejes. En algunos casos, una pieza de trabajo podría posicionarse en una fijación especial o en una placa seno para el mecanizado en tres ejes a la orientación correcta; sin embargo, el 3+2 usa el ángulo de la posición fija de la herramienta de corte para crear la misma alineación relativa. Esto se logra al crear un plano de trabajo virtual que ubica las características de la pieza de trabajo de modo que la herramienta en ángulo, ejecutando el programa en tres ejes, tiene el efecto deseado. El software CAM hace todas las transformaciones en el sistema de coordenadas para producir estos resultados.

El uso inteligente del mecanizado 3+2 indica que los planos de trabajo pueden establecerse para múltiples regiones de mecanizado en la misma pieza de trabajo. El usuario puede seleccionar estas regiones donde el 3+2 sea beneficioso y práctico, sin tener que volver a fijar la pieza de trabajo. El mecanizado de cortes inferiores en lados opuestos de una cavidad es sólo un ejemplo.

Las operaciones de mecanizado 3+2 pueden ocurrir en sucesión, con el reinicio de la herramienta de corte en el ángulo apropiado entre operaciones. Por tal razón, esta técnica ha sido llamada “mecanizado indexado” en algunos contextos. La única desventaja de indexar es que la combinación entre superficies creadas con ángulos de herramienta diferentes, debe examinarse con cuidado para verificar que se produce el efecto deseado. Los problemas de combinación parecen ser una función del software de programación y su nivel de desarrollo.

Software CAM para 3+2
Un gran número de proveedores de software CAM ha desarrollado utilidades especiales a fin de crear patrones de herramientas para el mecanizado 3+2. No todo el software de programación en cinco ejes incluye provisiones para esta técnica. Como todas las capacidades de software, la facilidad de uso y la efectividad de las utilidades de mecanizado 3+2, varían de un paquete de software a otro.

Los proveedores CAM especializados en software específico para fabricación de moldes, suelen incluir el mecanizado 3+2 como una característica de producto en sus ofertas de mecanizado en cinco ejes. Ya que no hay una terminología estándar para describir esta técnica, puede haber una tendencia a pasar por alto esta capacidad cuando se revisan las características de un software CAM. En algún caso, la característica se determina como parte de una lista de estrategias de mecanizado, y se describe como “inclinación en cinco ejes para mecanizar cavidades profundas con herramientas cortas”.

Las utilidades para mecanizado 3+2 también varían de acuerdo con el grado de automatización disponible para facilitar la función de programación. Establecer el plano de trabajo y las zonas de mecanizado, ajustar los límites de recorrido para el movimiento de la herramienta de corte, y controlar el ángulo de la herramienta, son algunos de los pasos que podrían ser más o menos automatizados, según el sistema. La definición automática de los movimientos de aproximación y retracción entre zonas de mecanizado es una capacidad de algunos sistemas.

Casi todos los proveedores de software CAM que ofrecen el mecanizado 3+2 para máquinas de cinco ejes enfatizan en la importancia de evitar efectivamente las colisiones. Aunque el mecanizado 3+2 simplifica los movimientos de la herramienta, porque es esencialmente un mecanizado de tres ejes sin “giros ni vueltas” del cabezal de husillo para maniobrar la herramienta de corte, no se hace sin riesgo. Los posibles usuarios deberían evaluar las capacidades de evitar colisiones y simular programas del software CAM que estén considerando.

En general, la programación para el 3+2 no es ningún obstáculo. De hecho, el poder de las utilidades de programación disponibles para el mecanizado 3+2 es una razón por la cual esta técnica resulta atractiva.

Un complemento al mecanizado en cinco ejes completo
Como técnica a la mano, el mecanizado 3+2 es una de las opciones que hace de un centro de mecanizado en cinco ejes un activo valioso. Sin embargo, no constituye un sustituto del mecanizado simultáneo en cinco ejes. Por ejemplo, el simultáneo en cinco ejes se necesita para usar un escariador de nariz plana a fin de producir esquinas agudas en cavidades. El mecanizado 3+2 usa generalmente un escariador de nariz esférica, como el que se usaría para el mecanizado de tres ejes en un centro de mecanizado convencional de tres ejes. Otros modos de corte que utilizan herramientas de corte con geometrías cónicas, tipo chupete u otras de formas especiales, pueden requerir el movimiento completo en cinco ejes para optimizar resultados.

En algunos casos, se recomienda usar el mecanizado 3+2 para realizar operaciones de desbaste seguido por mecanizado simultáneo en cinco ejes para operaciones de acabado. En desbaste, la longitud permitida por el 3+2 se presta para técnicas agresivas de mecanizado a alta velocidad. En muchos casos, el rest machining (volver con un cortador más corto para ‘limpiar’ el material dejado en las operaciones de desbaste con una herramienta más larga), puede lograrse efectivamente con el 3+2.

Para algunos talleres, el mecanizado 3+2 facilita la transición del fresado en tres ejes al mecanizado simultáneo en cinco ejes. El fresado con posiciones de herramienta fijas construye experiencias positivas que pueden servir para el mecanizado en cinco ejes. Como anota un proveedor de software, moverse desde una posición fija de herramienta a otra en sucesión es sólo un corto paso, lejos del movimiento continuo del mecanizado simultáneo en cinco ejes.

Más máquinas de cinco ejes en los talleres
En la última década, las máquinas de cinco ejes se han vuelto más pequeñas y más económicas. Al mismo tiempo, el software de programación para trabajos en cinco ejes se ha vuelto más poderoso, más fácil de usar y de menor precio. Estas tendencias han promovido el uso creciente de máquinas de cinco ejes para trabajos de moldes/troqueles, prototipado y otras aplicaciones que involucran geometrías cada vez más complejas y estrechos requerimientos de calidad superficial.

Cualquier taller que considere un cambio al mecanizado de cinco ejes debería estar consciente del mecanizado 3+2 como una opción para extender lo que una máquina de cinco ejes puede hacer. Donde sea aplicable, el mecanizado 3+2 ahorrará tiempo y mejorará las operaciones. Las piezas de trabajo no tienen que ser estrictamente “trabajos de cinco ejes” para hacer que una máquina de cinco ejes valga la pena y sea rentable.