[ne(V)esis]

¡Saludos!

¿Qué tal comunidad? Me siento muy contento en compartir con ustedes éste Post, pues aunque por el momento sea para obtener un poco de ayuda y despejarme la mente después de muchas horas de investigación y de toparme con situaciones un tanto desconocidas para mi; la finalidad del mismo será ir subiendo actualizaciones de mi nuevo proyecto en mente: un modesto Centro de Maquinado de 3 ejes que tenga la adaptación de una mesa con 5 ejes! Después de un par de años de haber construído mi primer Router CNC y tras haberlo vendido hace algunos días, me dispongo a fabricar dicho proyecto.
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Primer equipo CNC

He optado por fabricarlo desde cero también como el anterior, ya que un centro de maquinado vertical aunque sea usado, no deja de ser una inversión bastante grande. Así mismo, me ocuparía demasiado espacio en mi taller. Y uno muy pequeño, no satisfaría mis necesidades/tamaños de maquianado por la bancada tan reducida.
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HAAS Super Mini Mill

Así pues, el uso principal en que utilicé mi primer CNC y el que deseo darle al nuevo proyecto, será la fabricación de Moldes de Soplado para Botellas PET. Los materiales que utilizaré en dichos moldes, principalmente son de Aluminio 6061, pero también deseo poder maquinarlos en Aleaciones de Acero y hasta en Acero Inoxidable. Dichos materiales son bastante rígidos, especialmente los dos últimos, razón por la cual ni de loco podía maquinarlos en mi antiguo equipo aunque éste fuese robusto; el acabado que dejaba en los moldes de aluminio no era suficiente y tenía que pulirlos a mano con ayuda de Ruedas "FLAP", tomándome demasiado tiempo y en ocasiones, cuando no era lo suficientemente cuidadoso, me pasaba de los bordes/orillas y quedaban marcas, surcos y demás imperfecciones.
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Molde de Soplado de Aluminio & Ruedas FLAP

Finalmente, decidí venderlo y ahora que ya no lo tengo y tengo un poco de capital para invertir, decidí por fabricar un equipo diferente al anterior, pues éste concepto lo utilizan todos los centros de maquinado de línea por su robustés y capacidad de corte.

Como explico en el post de mi equipo anterior, soy diseñador mecánico industrial, lo que me facilita muchísimo el diseño del nuevo equipo en SolidWorks! Pero hay bastantes cosas que desconozco y así mismo que no tengo ni tengo idea en cómo son/funcionan. Razón por la cuál no he comenzado ni siquiera el diseño, pues deseo saber un poco más y también qué productos poder comprar/ordenar, que satisfagan mis necesidades y asímismo me sean útiles.
Como comenté, he pasado muchísimas horas y desvelos buscando información en internet. Pero creo haber llegado y topado con una barda, en donde ya no puedo pasar y es por eso que decidí escribir y compartir con la comunidad y de sus expertos en el tema, esperando un poco de ayuda y también ayudando a los menos experimentados que yo en lo que pueda cuando se requiera...!

A continuación expongo algunas de mis dudas con respecto a la fabricación del nuevo equipo que deseo fabricar:

• Motores & Tracción
  
  • Estoy un poco indeciso con qué tipo de motores utilizar; anteriormente he utilizado Motores a Pasos Nema 34 de 1600 Oz*In, pero era muy complicado calibrar todo cuando perdían pasos, siendo una odisea ajustar el Home de nuevo. Ésto aunándole el hecho de que mi equipo tenía un poco de imperfecciones, eran todo un dolor de cabeza y tenían una precisión no muy buena!
    Así que he estado checando en internet y por un lado están los potentes Servomotores de Corriente Alterna (AC). Dichos motores son los que utilizan la mayoría de los centros de maquinado profesionales por su torque y precisión ya que poseen un Encoder, pero éstos son demasiado caros para mi presupuesto, pues cada uno ronda los ~$12,500 pesos y eso acabaría con mi presupuesto para otras cosas.
    Por otra parte, están los Servomotores de Corriente Directa (DC), los cuales son muchísimo más accesibles para mi presupuesto, ya que un Kit de 4 motores, ronda los ~$18,000 pesos. Y al igual que los Servos de Corriente Alterna, cuentan con mucho torque, pero al no poseer un Encoder, tengo un poco de desconfianza en ese sentido: no desearía pasar por lo mismo que con los motores a pasos pues deseo la mayor precisión posible tanto en corte como en posicionamiento. ¿Es posible colocarles un encoder aparte a éste tipo de Servos?
    Finalmente, está la alternativa de los Motores a Pasos Híbridos (Closed-Loop) los cuales he leído cuentan con la potencia y precisión de un servo de corriente alterna ya que poseen encoder, pero con la versatilidad y precio de un motor a pasos.
    ¿Cuál consideran que sería mi mejor opción en cuanto a motores?
  • Así pues, en cuanto a los Tornillos de Bolas y Husillos, no estoy 100% de utilizar aquellos que comúnmente se pueden conseguir en eBay en la tienda "linearmotionbearings2008", los cuáles utilicé en mi primer equipo con buenos resultados, pero ¿qué tan exactos suelen ser en comparación de otros más caros Taiwaneses, Alemanes o Americanos? Así como también, ya que deseo velocidades muy altas en los "Rapids" y el retorno a Home, no sé si comprarlos con paso 5mm, 10mm o con medidas estándar y de paso muy rápido. Según he leído, los husillos con paso 10mm, tienen el doble de margen de error (por ejemplo, los de paso 5mm tienen +- .002mm y los de paso 10mm +-.004mm).
    ¿Consideran que sería mejor paso 5mm, 10mm o con rosca estándar? ¿En qué marca?
  
  
• Deslizamiento
  En éste punto, no hay tanta incertidumbre, pues ya que en mi equipo anterior utilicé unas Guías Lineales de 20mm en los ejes X & Y, y 16mm en Z; ésta vez utilizaré Rieles de Patín de la marca HIWIN de 25mm en todos los ejes. Pues en ésta ocasión deseo la mayor robustés posible para evitar la vibración en los cortes, especialmente en el acabado final de los moldes. Pero, debido a que deseo poder llegar a maquinar moldes de acero inoxidable también el algún momento, no sé si éstos rieles sean los correctos o necesite otros más grandes.
  
• Estructura
  Estoy bastante indeciso en cuanto a cómo fabricar la estructura; pues no sé si comprar grandes bloques de acero rectificado y maquinarlos un en centro de maquinado para evitar el error humano ó diseñar y fabricar moldes de MDF y fundir la estructura para después rectificarse.
  Nuevamente, deseo la mayor robustés posible y también la mayor precisión y no sé cuál método sea más confiable, seguro y económico. Pues fabricaría hasta la bancada, ya sea fundida o maquinada; siendo ésta de un área de trabajo aproximada de 30" x 15". Así mismo, mi idea y proyecto a corto plazo, será fabricar una mesa desmontable de 5 ejes para poder hacer moldes más complejos y elaborados que con 3 ejes sería imposible.
  
• Cabezal y Cambidor de Herramientas Automático (ATC)
  
  • Éste quizá sea el tema más complicado para mi y el que me está dando más problemas que todos los anteriores...!
    Pues ésta vez, además de contar con un Cabezal ATC, deseo poseer un Carrusel en donde cuente con 8 herramientas diferentes al menos. Pero es el tema más exigente y en el que menos conocimiento tengo... Para comenzar, he estado investigando mucho sobre los distintos tipos de cabezales que utilizan los centros de maquinado y los tipos de boquillas que éstos utilizan (CAT, ISO, BT) y he encontrando de 3 tipos de cabezales: de tracción directa, de banda y con todo incluído.
    Los primeros dos suelen ser los más económicos pero al mismo tiempo los que menos RPM's pueden sostener (6000~8000 máximo) y requieren de un pistón o "Dragbar" para contar con el sistema ATC. Asímismo no sé si sus velocidades sean suficientes para cortar y dar un excelente acabado en metales como acero inoxidable. Y finalmente, es necesario colocarles un motor para su tracción; un tema crucial para mi, pues deseo poder realizar roscas (Rigid Tapping) utilizando machuelos directamente y no sé qué "Servo-Spindle" o Motor & Variador de Frecuencia utilizar para éste propósito: girara a pocas revoluciones y también en sentido de las manecillas del reloj y en contra. Y desconozco si sean demasiado caros los motores especializados que se necesitan para los cabezales y dichas funciones.
    Los cabezales "todo en uno", suelen ser los más caros, ya poseen integrado el sistema de intercambio de herramientas y sus RPM's suelen estar en las 24,000. Pero según tengo entendido, no es posible trabajarlos a bajas revoluciones como para poder hacer roscas y menos pueden girar en el sentido de las manecillas del reloj y en contra de manera inmediata para éste propósito y no sé si se les puedan utilizar correctamente en un carrusel de herramientas.
  • Por último y más complicado aún, tengo algunas ideas que he visto sobre cómo fabricar un Carrusel de Herramientas para el sistema ATC, siendo utilizado un sistema llamado "Rueda de Ginebra o Geneve Wheel" en todos éstos. Pero hasta ahora no he encontrado ningún ejemplo en donde la rueda sea fija y se accione con un pistón en dirección hacia el cabezal, en vez de ser un brazo movible. ¿Alguna idea, link o sugerencia sobre cómo realizar éste complejo proyecto? ¿Qué configuraciones y componentes necesitaría para poder utilizar un Carrusel ATC en Mach3?
  
  
• Detalles Adicionales
  También existen otros detalles que deseo tener en mi nuevo equipo a fabricar, entre los cuales destaca:
  
  • Palpador, "Probe" o Sensor, para detectar de manera precisa las orillas, alturas y/o centros del material a maquinar, así como para las alturas de las herramientas de corte. Tal vez sea algo sencillo para otros que ya hayan utilizado éste tipo de dispositivos en Mach3, pero yo nunca tuve la oportunidad de utilizarlos en mi equipo anterior y desconozco qué tipo de tarjetas controladoras o configuraciones en Mach3 deba realizar para poder aprovechar al máximo éste tipo de instrumentos.
  • Enfriamiento/Coolant con efecto "Mist & Flood", otro caso sencillo para los que ya hayan instalado en sus equipos éste tipo de artefactos. Pero también desconozco con exactitud qué tarjetas controladoras y cómo realizar las configuraciones en Mach3. ¿Qué equipos me recomiendan?
  • Lubricación de Carros & Rieles, he leído que éste tipo de rieles requieren de una lubricación con aceite regularmente y he visto bastantes centros de maquinado con líneas delgadas de cobre para éste propósito; pero ¿qué dispositivo sería el correcto y adecuado? ¿Realmente es necesario mantenerlos lubricados tan seguido?
  • Botón de Paro y Límites, como en los primeros dos casos, jamás coloqué éstos dispositivos en mi equipo anterior. ¿Es muy complicado cablearlos y colocar éstos dispositivos, especialmente los Switches para los límites?

Hasta ahora, ésta son todas las dudas con las que me he topado y que me han impedido avanzar y realizar mi diseño. He estado viendo algunos proyectos muy interesantes ya bastante avanzados de otros usuarios de la misma comunidad y sus trabajos son parecidos a lo que quiero fabricar, especialmente el del usuario "dwalsh62", que tiene un concepto que es precisamente lo que deseo tanto en estructura como en el carrusel de herramientas; pero siempre quedan detalles y dudas que no puedo decifrar y me están quebrando la cabeza!
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Equipos de "sergizmo", "Zach_G", "katran", "Skyfire", "arie kabaalstra", "snowshovelbmx" y "dwalsh62" respectivamente

Espero poder ser aconsejado y poder tener ayuda de parte de las personas que ya están familiarizadas con mis complicaciones, cualquier comentario o sugerencia sería de bastante ayuda para mi!

Posteriormente y conforme vaya avanzando con los detalles, iré subiendo mis avances desde el diseño en 3D hasta que mi equipo esté finalizado y funcione como pretendo que lo haga, subiendo videos y fotos en todo momento!

¡Muchas gracias!
Juan Carlos

[jpsicilia]

Muy bueno el proyecto que tenes espero ir viendo tus avances estoy por armar algo parecido pero para matrices de inyección de resina no para soplado. De donde sos exactamente? Éxitos

[ne(V)esis]

jpsicilia,

Gracias, yo también quiero tener ya avances, por eso espero poder recibir ayuda en éstos días!
Por cierto, soy de México!

Saludos
ne(V)esis

[fmederos]

Némesis,
Interesante proyecto, ya me voy suscribiendo...!

Lo primero que tengo para comentar es que estás planteando un proyecto enorme! No me extraña que lo estés pensando hace tiempo! ;-)

En cuanto a motores, los servomotores D.C. puedes conseguirlos con encoder incluido o encargar encoders compatibles, esto es fundamental pues sin encoders no podrán trabajar. Debes saber si los servos poseen eje trasero (generalmente más pequeño) y su medida para poder encargar encoders apropiados.

Con tornillos de bolillas de 5mm de paso podrías llegar bien hasta los 10000mm/min en movimientos rápidos con servomotores. Si precisas más velocidad yo pensaría en paso mayor. Hay que tener en cuenta que los tornillos largos y finos oscilan si pretendes girarlos muy rápido. Con tornillo de 16mm con 1m de largo y con paso de 5mm difícilmente logramos velocidades mayores de 8000 sin oscilación.

Una pregunta... Realmente es importante para tu aplicación el cambio automático de herramientas?

Saludos! ,
Fernando