Avance por Diente en Fresadoras CNC: Guía Completa

En este post, exploraremos conceptos esenciales en el fresado CNC, como la velocidad de corte, la velocidad de avance, las revoluciones por minuto (RPM), la carga de viruta y el avance por diente. Estos parámetros, conocidos en el mundo anglosajón como "Feeds and Speeds", son cruciales para optimizar el proceso de mecanizado.

Los conceptos y la teoría que vamos a exponer -fórmula de velocidad de corte, cálculo de velocidad de avance, etc…- sirven para cualquier combinación de herramienta y tipo de material. Aquí, le enseñaremos como calcular de forma sencilla y rápida los valores de velocidad de corte y velocidad de avance; al menos los iniciales.

Parámetros de Corte Esenciales para Fresadora CNC

Para comprender mejor el proceso de fresado, es importante conocer los siguientes parámetros:

• Velocidad de corte (Vc): Es la velocidad a la que gira la herramienta -su filo- sobre la pieza.
• Revoluciones por minuto (RPM): Es la velocidad a la que gira la herramienta sobre la pieza. Lo habitual en máquinas CNC profesionales , suele estar entre 6.000 y 24.000 RPM.
• Carga de Viruta o Avance por diente (fz): Es la cantidad o espesor del material que “arranca” cada diente, filo o labio de la herramienta de la superficie de la pieza en un giro completo.
• Velocidad de avance (Vf): Es la longitud recorrida por la herramienta a lo largo de la superficie de la pieza en un tiempo determinado.
• Profundidad axial o profundidad de pasada (ap): Por supuesto, la profundidad de pasada influye en nuestros cálculos.
• Ancho de corte o Profundidad radial (ae): En un trabajo de ranurado el ancho de corte será el del diámetro de la fresa.

Cálculo de la Velocidad de Corte (Vc)

La velocidad de corte (Vc) se define como la velocidad a la que gira la herramienta sobre la pieza. Se suele usar como unidad los metros por segundo (m/s). Es decir, los metros por segundo que recorre un punto del diente de la herramienta que realiza el movimiento de corte, como ocurre con la fresadora (pero también con la taladradora o la cepilladora, por poner otros ejemplos).

Para su cálculo, si el movimiento de corte es circular, el punto será el más alejado del eje de rotación.

La velocidad de corte Vc suele suministrarla el fabricante de la herramienta mediante unas tablas. La Vc recomendada o ideal, a No sobrepasar, variará según el material a cortar y también según el trabajo de mecanizado a realizar.

Existe pues un límite, una velocidad máxima de corte a la que una herramienta específica puede trabajar para un material y un trabajo específico.

De esta fórmula, vemos con claridad que a mayor diámetro de la fresa, mayor velocidad de corte Vc, y a más RPM, también mayor velocidad de corte Vc.

Debido a esta relación, podemos modificar la Vc jugando con el diámetro de la fresa y con las RPM del router. herramienta.

La fórmula de la velocidad de corte es: Vc= (Pi x D x N) / 1000.

Si encontramos tablas expresadas en SFM (surface feet minute) y vamos a trabajar en sistema métrico, tenemos que dividir este valor por 3,3, para pasarlo a Metros por Minuto (m/min)

Varía en función de los materiales que entren en juego en el corte, tanto el material de la herramienta, como el del material.

En fresas, lo más común es tener fresas de acero rápido o HSS y fresas de carburo de tungsteno.

Las fresas de carburo de tungsteno son más duraderas y tienen una velocidad de corte de 100m/min en acero y 300m/min en aluminio.

Ejemplo: n = (25 x 1000) / (3,14 x 10) = 25.000/31,4 = 796 rev/min.

Carga de Viruta (Avance por Diente)

Para entender este concepto hay que imaginar lo que ocurre en el filo de la herramienta. La carga o ancho de viruta (“chip load” en inglés) es la cantidad o espesor del material que “arranca” cada diente, filo o labio de la herramienta de la superficie de la pieza en un giro completo.

Y debe ser la adecuada, porque la viruta, además de representar el resultado del mecanizado realizado, cumple la función de refrigerar la herramienta al llevarse consigo el calor que se genera con el roce de la herramienta contra el material, ya sea madera, metal o plástico.

El tamaño y el grosor o espesor de dicha viruta depende de la combinación de la velocidad de rotación de la fresadora o husillo y del avance o del movimiento hacia delante de la herramienta de corte ( Vf ) dentro del material.

En una herramienta de un solo diente, la carga de viruta es igual a la cantidad de material arrancada por un filo en una revolución o giro completo de la máquina.

La carga de viruta sería la misma en herramientas de varios dientes pero se repartirá entre ellos en cada corte por cada giro.

Efectivamente, esta viruta, más o menos grande, que arranca cada diente de la pieza en cada giro, además de dejar el espacio en nuestro material obteniendo así el trabajo deseado, se lleva consigo el exceso de temperatura producido por la fricción entre el carburo de la fresa y la madera.

Tan es así que si hemos configurado bien los parámetros de corte, la refrigeración de la herramienta es tan buena que al finalizar el corte debe de estar casi a temperatura ambiente.

De hecho, comprobar esto es un buen test para saber si estamos trabajando con las velocidades de corte y de avance adecuadas.

Un truco si no tenemos dichas tablas, es buscar fresas equivalentes de otros fabricantes, para el mismo trabajo, del mismo material, del mismo diámetro, del mismo número de labios.

Por lo general, a materiales más blandos, menor número de dientes, para poder evacuar mejor las virutas (y por que los materiales más blandos producen virutas mas gordas, al tener un valor de Fz por lo general mayor)

-El avance por revolución, es lo que se mueve la fresadora por cada vuelta completa de la fresa, tan solo tenemos que multiplicar el valor de Fz por el número de dientes, por ejemplo: Fz=0,08.

El avance por diente (Fz), es lo que la fresa avanza por cada vez que un filo de corte de la fresa, arranca una viruta. Normalmente es un valor que puede ir desde 0,025mm hasta 0,3mm y es un dato que, al igual que la velocidad de corte, nos viene impuesto por tablas, en esta ocasión las tablas no son tan generales, debemos buscar este dato en las tablas del fabricante de la herramienta de corte. (Aunque casi siempre, se cumple que son parecidos, y podemos acabar por aprendernos unos valores generales)

Velocidad de Avance (Vf)

También la verá como Avance de mesa o avance de mecanizado. Es la longitud recorrida por la herramienta a lo largo de la superficie de la pieza en un tiempo determinado.

Como vemos , está relacionado tanto con las RPM calculadas previamente como con el avance por diente de la herramienta (fz).

Más adelante, tiene unas tablas con unas cargas de viruta orientativas, y están ajustadas para cuando la profundidad de corte es igual al diámetro de corte de la fresa.

O si nuestra máquina no llega a la Velocidad de avance requerida, y es por tanto más baja, podemos disminuir las RPM para seguir teniendo la misma carga de viruta.

El problema viene si nuestra fresadora pierde torque a bajas RPM.

Ya hemos comentado previamente que debemos reducir la velocidad de avance un 20-25 % para ranurar respecto al valor del fresado lateral.

En máquinas profesionales o de gran tamaño no deberíamos tener problemas, pero en las pequeñas o medianas- por no hablar de las pequeñas -o no tan pequeñas- CNC DIY o de hobby- este puede ser un hándicap importante.

En un trabajo de ranurado el ancho de corte será el del diámetro de la fresa. Pero si perfilamos o contorneamos si podemos aconsejarle que el ancho de corte o profundidad radial sea entre el 60 y 75 % del diámetro de la fresa.

Ejemplo: Para un ancho de 70 mm es recomendable usar una fresa de 100 mm. A la inversa, si disponemos de una fresa de 80 mm de diámetro le recomendamos realizar pasadas de unos 60 mm de ancho aproximadamente.

Normalmente los fabricantes nos dan los datos de velocidad de corte y de carga de viruta en sus tablas o datasheets.

O mejor, incluso hay fabricantes que directamente ofrecen las RPM y la Velocidad de avance para que no tengamos ni que calcularlas.

Algunos datasheet simplemente darán una velocidad de avance para todas las condiciones de corte. Pero muchos nos darán al menos dos posibilidades. Una para ranurar y una para fresado lateral.

Cálculo de la Velocidad de Avance sin Datos del Fabricante

Si no disponemos de los datos del fabricante, podemos basar nuestros cálculos en la carga de viruta (chip load) o avance por diente. A partir de ella, obtendremos el resto de parámetros.

Usaremos una tabla con cargas de viruta orientativas (en mm) y la fórmula que le ofrecemos automatizada en el Excel de parámetros de corte de TECNOCORTE.

Recuerde que estos valores de velocidades de avance obtenidos son sólo un buen punto de partida. La horquilla de valores se debe al hecho de que diferentes fabricantes de brocas de carburo dan cargas de viruta ligeramente diferentes. Esto en gran medida es por la propia geometría de la fresa.

Las variaciones de todas formas son pequeñas entre uno u otro fabricante. Le sugerimos utilizar este rango como un comienzo y ajustar para encontrar el valor óptimo.

Tal vez empezar por un valor en medio de la horquilla. O si es un trabajo, material o herramienta nueva para usted, quizás empezar por valores bajos e ir subiendo segun las pruebas que vaya haciendo.

Estos valores de carga de viruta son para una profundidad de corte igual al diámetro de la herramienta.

Una vez más estamos obligados a recordarle que no nos hacemos responsables de la rotura de las fresas. Estas cargas de viruta las hemos encontrado en tablas de empresas fabricantes de herramientas.

Ajuste Fino de los Parámetros de Corte

Para lograr un equilibrio óptimo entre productividad y duración de la herramienta, es crucial ajustar los parámetros de corte de forma precisa. Aquí hay algunos consejos:

• Cuando la carga de la viruta es la adecuada, lo primero es ajustar la velocidad de avance. Este es el factor clave para la productividad.
• Si la velocidad de avance está maximizada, teniendo en cuenta la configuración de la pieza, la capacidad de la fresadora, los límites de software o las limitaciones de la máquina, entonces la velocidad del husillo (RPM) debe reducirse. Esto hace dos cosas: Aumenta el grosor de la viruta y reduce el número de veces que el filo toca el material.
• Para encontrar nuestra velocidad de avance óptima también existe el que podríamos llamar método empírico o de la experiencia: escuchar a la máquina mientras corta y revisar el acabado conseguido, midiendo con un calibre el tamaño y grosor de las virutas que vamos obteniendo. Podemos empezar con valores conservadores: por ejemplo 10.000 RPM y 2500 mm/mn, para una profundidad de corte de la mitad del diámetro de la fresa.
• A continuación, aumentar y/o disminuir la velocidad de avance hasta que «sintamos» que la fresa está cortando correctamente y el acabado es el deseado.

Consideraciones Adicionales

Es importante tener en cuenta que los valores de los datos de corte que indicaremos en el texto, en tablas o incluso los obtenidos con calculadoras (online o en apps para el móvil), son orientativos y no deben de tomarse como un parámetro fijo o de obligado uso. Son solo un punto de partida, basados en cálculos empíricos. Por tanto, no nos hacemos responsables de las posibles averías o roturas que se produzcan por su utilización.

La idea, es empezar siendo conservador y conforme se familiarice uno con su máquina y con sus herramientas de corte - y desgraciadamente tras alguna posible fresa rota-, ir ajustando los valores en nuestro software de control, ya sea Grbl, Mach3, Mach4,…. o uno propio del fabricante de la CNC.

Estos parámetros de corte por tanto también deberán ajustarse según la rigidez de nuestra máquina, la potencia y torque de nuestra fresadora (o nuestro router, husillo o spindle), y las características de nuestra herramienta de corte.

También como sabemos, las fresas para CNC pueden ser de HSS, de carburo de tungsteno (Metal duro), de diamante PCD, de metalcerámica, o de otros materiales. Por lo general, a mayor dureza, se puede usar una velocidad de corte mayor. Pero suelen precisar una velocidad de avance menor.

Si el fabricante es riguroso, nos dará incluso en sus tablas, valores de velocidad de corte para cada herramienta y para cada tipo de mecanizado. Si no es así, una regla que suele funcionar es reducir la velocidad de avance un 20-25 % para ranurar respecto al valor del fresado lateral.

Con algunos conceptos clave bien entendidos, conocida nuestra velocidad de corte (orientativa o máxima), y utilizando las fórmulas adecuadas obtendremos las RPM que nuestro programa necesita saber (En GCode, el parámetro S). Otro cálculo rápido y estableceremos nuestra velocidad de avance (En GCode, el parámetro F).

Tabla de Definiciones de Fresado

Aquí hay una colección de fórmulas y definiciones de fresado que se utilizan en el proceso de fresado, las fresas, las técnicas de fresado y mucho más:

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