Herramientas de barril: ¿cuándo, dónde y por qué?

¿Qué son las herramientas para barriles?

La herramienta de barril original (también conocida como fresa de barril cónica, fresa de segmento circular, fresa en forma de barril o segmento circular) existe desde hace un par de décadas y sus usos son muy limitados.. Con forma de barril con dos radios de estría iguales y utilizada para fabricar ranuras de paredes curvas, la herramienta de barril no cobró importancia hasta tiempos más recientes.

Con las capacidades cada vez mayores de las máquinas-herramienta CNC de 5 ejes y el software CAM de gama alta, se hizo evidente que este tipo de herramienta podía desarrollarse en diversas formas que podrían resolver problemas de ingeniería y programación. Las bases fundamentales del diseño de la herramienta son las mismas, es decir, tomar un segmento de un círculo y utilizar ese arco para formar el filo de corte y dar mayor flexibilidad a la zona de contacto. Hay cuatro tipos principales de “nuevos” diseños de herramientas de barril, que incluyen geometrías como la forma cónica, la forma tangencial, la forma de lente y la forma F.

Cada herramienta tiene un radio, ya sea a lo largo del canal o de los radios extremos. Esto permite una mayor velocidad de reducción (o de paso para la Herramienta de Lente) que la que puede conseguirse utilizando otras herramientas convencionales, como las de punta esférica o las fresas de mango con radios en las esquinas.

¿Por qué se desarrollaron las herramientas para barriles?

Ha habido un gran impulso para reducir los tiempos de ciclo del desbaste de piezas. Han participado todos, desde los fabricantes de máquinas-herramienta, los fabricantes de portaherramientas, los proveedores de portapiezas, los proveedores de lubricación, las empresas de software CAD/CAM (por ejemplo, OPEN MIND Technologies con Hypermill®, NX CAM® de Siemens, SolidWorks® de Solidcam, Fusion 360® y PowerMill® de Autodesk y Tebis) y, por supuesto, los fabricantes de herramientas de corte.

A lo largo de los años se han desarrollado diversas herramientas de corte, lo que ha permitido mejorar enormemente los tiempos de ciclo. Lo siguiente en el punto de mira fue el proceso de acabado y, a medida que aumentaba la demanda de componentes ligeros con acabados superficiales (Ra) más elevados, surgieron más retos.

Centrándonos en las herramientas para el acabado, las más adecuadas eran las fresas de punta con radio angular o las fresas de punta esférica, siendo estas últimas las más utilizadas. Estas herramientas se han utilizado en una enorme variedad de superficies, con tiempos de ciclo posteriormente muy largos debido a las restricciones en el diámetro de la herramienta y el pequeño paso hacia abajo (ap) necesario para obtener el acabado superficial requerido. La única forma de aumentar la reducción era utilizar una herramienta de mayor diámetro, lo que resultaba poco práctico debido al acceso limitado y a la posibilidad de colisiones. Así pues, había que resolver el problema. Teníamos que desarrollar una herramienta que permitiera una mayor reducción sin pérdida de acabado Ra y que, al mismo tiempo, pudiera utilizarse en zonas restringidas.

Comprender el concepto

La fresa de punta esférica se basa en un círculo en el que el escalonamiento se limita a la zona de contacto del corte. Generalmente se calcula como el índice de reducción (ap) = 0,02XD1. Por ejemplo, una punta esférica de 10 mm de diámetro puede alcanzar un índice de reducción (ap) de 0,20 mm. Por tanto, para multiplicar por 3 la reducción, el diámetro de la herramienta tendría que ser de 30 mm, lo que resultaría caro y poco práctico en la mayoría de las aplicaciones.

Sin embargo, si se toma el segmento de ese diámetro de 30 mm y se adapta el arco para formar la estría de la herramienta de corte, lo que se conoce como radio efectivo (Rw), el resultado sería una reducción probable de 3 veces la de la punta esférica (es decir, 0,6 mm en lugar de 0,2 mm).

Estrategias CAM

Con el nuevo diseño de la herramienta, la cuestión se traslada a la trayectoria y la estrategia de la herramienta, ya que las herramientas deben inclinarse en varios ángulos para permitir el contacto de corte a lo largo de todo el radio de la flauta. Esto ha supuesto que las máquinas de 5 ejes y las estrategias CAM fueran parte integrante del futuro del concepto de herramienta de barril.

OPEN MIND Technologies fue la primera empresa de CAM en desarrollar estrategias que permitieran utilizar este nuevo tipo de herramienta. La fresa de barril cónico fue la primera herramienta desarrollada e integrada por OPEN MIND para su sistema CAM hyperMILL con el fin de mejorar lo que la empresa denomina su estrategia de “Mecanizado por plano tangente“. Las herramientas de barril cónico empleadas en esta estrategia pueden reducir los tiempos de mecanizado hasta un 90% durante el mecanizado en plano tangente.

La alineación y anidado automáticos de herramientas de barril cónico de hyperMILL forma parte de la estrategia “Mecanizado MAXX” de la empresa para el corte de alto rendimiento (HPC). Esta estrategia admite automáticamente la comprobación de la geometría y las colisiones de las fresas de barril cónico, las fresas de barril tangencial y las herramientas de lente. Desde entonces, otros proveedores de CAM han desarrollado soluciones adaptadas a estas herramientas.

Comparar el cañón y la bola

En una demostración reciente en la que se utilizó la estrategia de mecanizado MAXX y una Mazak i-400 con herramientas de barril cónico suministradas por Quickgrind, con sede en Tewkesbury, se compararon una herramienta de punta esférica de 10 mm de diámetro y una herramienta de barril cónico con un radio de 500 mm en un mango de 10 mm.

Utilizando una estrategia de paso pequeño de 0,2 mm, la herramienta de punta esférica se comparaba mal con la herramienta de barril cónico, que tenía un paso de 3 mm. El resultado fue una distancia de recorrido de la herramienta de 100 m para la herramienta de punta esférica, frente a los 7 m de la herramienta de barril. El tiempo de mecanizado con la herramienta de punta esférica fue de 39 minutos, mientras que la herramienta de barril cónico completó la tarea en sólo 3 minutos.

Componentes y características

A menudo se pregunta a los expertos en herramientas de corte como Quickgrind dónde deben aplicarse las herramientas para cañones. No hay una respuesta directa. En lugar de pensar en qué componentes se pueden mecanizar, es mejor pensar en los tipos de componentes que sueles mecanizar y qué características de esas piezas tienen tiempos de ciclo considerables que te gustaría reducir.

Estas son algunas preguntas que pueden ayudar a cualquier ingeniero que esté considerando las herramientas para barriles:

• ¿Tienes piezas que requieren mucho acabado?
• ¿Qué funciones tardan más en terminarse?
• ¿Hay elementos en zonas de difícil acceso?
• ¿Hay problemas de alcance debido al voladizo de la herramienta o a los soportes verticales?
• ¿Tus máquinas tienen capacidad para 5 ejes simultáneos?
• ¿Dispone tu software CAM de estrategias avanzadas para programar fresas de barril cónicas y herramientas para lentes?

Una vez que hayas considerado estas cuestiones y si quieres profundizar en las opciones, es el momento de ponerte en contacto con Quickgrind. En un breve periodo de consulta, Quickgrind tendrá una buena idea de cómo su tecnología puede ayudar a tu empresa. Las únicas limitaciones son las propiedades físicas del componente y la dinámica de la máquina herramienta.

Tipos de herramientas para barriles y ¿cómo sé cuál utilizar?

En Quickgrind, somos de la opinión de que nunca queremos limitarnos a nosotros mismos ni a nuestros clientes y socios concentrándonos en herramientas “estándar”. Teniendo en cuenta nuestra ética, hemos aplicado una filosofía en toda nuestra empresa de “Posibilidades infinitas”. Hemos explicado los tipos básicos de herramientas, pero la pregunta que siempre nos hacen es: ¿Cuál es vuestra gama?

Generalmente, los fabricantes de herramientas de corte publican catálogos de productos con una enorme variedad de tipos de diseño de herramientas con la vasta tabla de dimensiones de las herramientas. En Quickgrind, creemos que es hora de cambiar, es hora de cortar las ataduras de las limitaciones de los catálogos y exigir la “herramienta adecuada” para tu trabajo.

Con las modernas tecnologías de las máquinas herramienta y el software CAM, tenemos oportunidades de mejoras continuas, pero esto sólo se verá limitado por la herramienta de corte fabricada y utilizada. En Quickgrind, decimos “por qué limitarse cuando podemos fabricar prácticamente cualquier fresa que necesites” para optimizar tus trayectorias de herramienta y estrategias de corte.

Así pues, las consideraciones para las herramientas de barril no difieren en realidad de las de cualquier otra herramienta en cuanto a dimensiones. En primer lugar, hay que seleccionar una herramienta de un diámetro adecuado para proporcionar una buena resistencia al mecanizar, con una longitud total y una longitud de estría lo más cortas posible para generar el resultado más seguro. Con una herramienta de barril, los ingenieros tienen que considerar el ángulo de inclinación necesario y qué radio de estría es el más práctico para conseguir el acabado y la velocidad de reducción deseados.

A menudo, esto dependerá de cómo funcione tu software CAM, por lo que tendrás que ponerte en contacto con ellos y comprender sus estrategias y, a continuación, contactar con Quickgrind para el diseño de la herramienta. Para dar a los ingenieros un esbozo de los tamaños y posibilidades que ofrecen las herramientas de barril cónico, éstos son algunos ejemplos e indicaciones:

En general, utiliza el diámetro más grande y la longitud más corta para dar más estabilidad y resistencia al núcleo de la herramienta.

La longitud de las estrías se rige por el diámetro y el radio de la estría.

Los diámetros de los extremos de las bolas pueden adaptarse a tus características, sólo recuerda que la herramienta para barriles es “dos herramientas en una”.

Consulta aquí nuestra gama de Herramientas para barriles .