¿Qué es el mecanizado CNC?

El mecanizado CNC es la tecnología de fabricación sustractiva más común en la actualidad y una forma enormemente flexible y robusta de producir piezas de metal y plástico personalizadas. Usando modelos CAD, las máquinas CNC eliminan con precisión el material de un bloque sólido con una variedad de herramientas de corte.

En general, el mecanizado CNC produce piezas con tolerancias estrechas y propiedades materiales impresionantes. Es adecuado para trabajos individuales y producción de volumen bajo a medio (hasta 1000 piezas), debido a su alta repetibilidad. Sin embargo, viene con más restricciones de diseño que la impresión 3D , gracias en parte a la naturaleza sustractiva de la tecnología.

En esta guía introductoria, le brindamos una descripción general de los principios básicos de la tecnología y cómo estos se relacionan con los beneficios y limitaciones clave. También explicamos las diferencias clave entre las dos configuraciones principales de máquinas CNC:fresado y torneado.

Mecanizado CNC:la guía de fabricación y diseño

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¿Cómo funciona el mecanizado CNC? Hablemos de fresado y torneado

Los dos tipos principales de sistemas de mecanizado CNC (control numérico por computadora) son fresado y girando . Debido a las características de cada tipo de máquina, el fresado y el torneado son ideales para fabricar diferentes geometrías.

Analicemos cómo se fabrican las piezas utilizando estas dos configuraciones de máquina distintas.

¿Cómo funciona el fresado CNC?

El fresado CNC es la arquitectura de máquina CNC más popular. De hecho, el término fresado CNC es a menudo sinónimo de mecanizado CNC. Las fresadoras CNC utilizan herramientas de corte rotativas para eliminar material de una pieza montada en la bancada de la máquina.

La mayoría de los sistemas de fresado CNC tienen 3 grados de libertad lineales:los ejes X, Y y Z. Los sistemas más avanzados tienen 5 grados de libertad de mecanizado a través de la rotación de la bancada y/o el cabezal de la herramienta (ejes A y B). Las máquinas de 5 ejes pueden producir piezas con una gran complejidad geométrica y pueden eliminar la necesidad de varios pasos de máquina.

Aquí hay una descripción general de cómo una fresadora CNC convierte un modelo CAD en una pieza personalizada.

• El operador convierte un modelo CAD en una serie de comandos para ser interpretados por la máquina CNC (código G).

• Un bloque de material, que se denomina pieza en blanco o pieza de trabajo, se corta a la medida y se coloca en la plataforma de construcción, utilizando un tornillo de banco o montándolo directamente en la cama.

• Es importante posicionar y alinear con precisión la pieza de trabajo para fabricar piezas precisas. Puede utilizar herramientas de metrología especiales (sondas de contacto) para ayudar con el posicionamiento y la alineación.

• Las herramientas de corte especializadas, que giran a velocidades muy altas (miles de RPM), eliminan el material del bloque. Primero, la máquina elimina material rápidamente con una menor precisión para lograr una geometría aproximada. Luego, se necesitan algunas pasadas de mayor precisión para producir la pieza final.

• Si el modelo tiene características que la herramienta de corte no puede alcanzar en una sola configuración, entonces el operador debe voltear la pieza de trabajo y repetir estos pasos.

Después del mecanizado, debe desbarbar una pieza fresada. El desbarbado es el proceso manual de eliminar pequeños defectos de una pieza acabada. Estos defectos, que generalmente se encuentran en los bordes afilados, provienen de la deformación del material durante el mecanizado. Por ejemplo, cuando un taladro sale por el lado opuesto de un orificio pasante, dejará imperfecciones que deben eliminarse.

A continuación, desea inspeccionar las dimensiones críticas de la pieza si se especificaron tolerancias en el dibujo técnico. Una vez que haya completado este paso, su pieza estará lista para usar o para procesamiento posterior . Hay mucho que explorar en lo que respecta al posprocesamiento de piezas mecanizadas con CNC (fresadas y torneadas por igual), por lo que le recomendamos que actualice y/o mejore sus conocimientos.

¿Cómo funciona el torneado CNC?

Las máquinas de torneado CNC utilizan herramientas de corte estacionarias para eliminar material de una pieza, que está montada en un mandril giratorio. Esta es una forma ideal de fabricar piezas con simetría a lo largo de su eje central. Las piezas torneadas normalmente se producen más rápido y a un costo menor que las piezas fresadas.

Por lo general, los sistemas de torneado CNC, también conocidos como tornos, se utilizan para crear piezas cilíndricas. Los modernos centros de torneado CNC multieje, equipados con herramientas de fresado CNC, pueden fabricar piezas no cilíndricas. Estos sistemas combinan la alta productividad del torneado CNC con las capacidades del fresado CNC y pueden fabricar una amplia gama de geometrías con simetría rotacional, como árboles de levas e impulsores de compresores radiales.

Aquí hay una descripción general de cómo una máquina de torneado CNC fabrica piezas.

• El operador genera un código G a partir de un modelo CAD y carga la máquina con un cilindro de material en stock (en blanco).

• La pieza comienza a girar a alta velocidad y una herramienta de corte estacionaria traza un perfil, eliminando material progresivamente hasta obtener la geometría diseñada.

• Las herramientas de corte internas y los taladros centrales se pueden usar para cortar orificios a lo largo del eje central de la pieza de trabajo.

• Si necesita voltear o mover la pieza, debe repetir este proceso. De lo contrario, una vez que termine de cortar el material, la pieza debería estar lista para su uso o posterior procesamiento.

Dado que la línea entre los sistemas de fresado y torneado CNC tiende a ser borrosa, el resto de esta guía se centrará principalmente en el fresado CNC, ya que es el proceso de fabricación más utilizado.

Una guía rápida de parámetros de mecanizado CNC

La mayoría de los parámetros de mecanizado los determina el operador de la máquina cuando generan el código G. Los principales parámetros que nos gustaría cubrir son el tamaño de construcción y la precisión de las máquinas CNC.

Las máquinas CNC tienen un área de construcción relativamente grande, especialmente en comparación con las impresoras 3D. Los sistemas de fresado CNC pueden mecanizar piezas con dimensiones de hasta 2.000 x 800 x 100 mm (78” x 32” x 40”), siendo los sistemas de torneado CNC capaces de mecanizar piezas con un diámetro de hasta Ø 500 mm (Ø 20' ').

Puede fabricar piezas con alta precisión y tolerancias estrictas con el mecanizado CNC. Las máquinas CNC pueden incluso alcanzar tolerancias de menos de la mitad del diámetro de un cabello humano promedio (± 0,025 mm o 0,001’’). Si no se especifica ninguna tolerancia en el dibujo técnico, entonces un operador normalmente mecanizará la pieza con una precisión de 0,125 mm (0,005”).

¿Cuáles son las herramientas de corte más comunes para el mecanizado CNC?

Para crear una amplia gama de geometrías, las máquinas CNC utilizan muchas herramientas de corte diferentes. Estas son algunas de las herramientas de mecanizado más utilizadas para el fresado.  

La cabeza plana , cabeza de toro y cabeza esférica Las herramientas se utilizan para mecanizar ranuras, ranuras, cavidades y otras paredes verticales. Como cada uno tiene diferentes capacidades geométricas, pueden mecanizar muchos tipos diferentes de características. Las herramientas de cabeza esférica también se utilizan comúnmente en el mecanizado CNC de 5 ejes para fabricar superficies con curvatura y geometrías de forma libre.

Ejercicios son, por supuesto, la herramienta más utilizada para crear agujeros de forma rápida y eficiente. Puede encontrar todos los tamaños de taladro estándar aquí . Para crear agujeros con diámetros no estándar, puede usar una cabeza plana de inmersión herramienta (siguiendo un camino helicoidal).

El diámetro del eje de las fresas ranuradoras es más pequeño que el diámetro de su filo, lo que permite que estas herramientas de fresado corten ranuras en T y otras socavaduras al eliminar material de los lados de una pared vertical.

Machos para enhebrar se utilizan para fabricar agujeros roscados. Para crear un hilo, se requiere un control preciso de la velocidad de rotación y lineal del grifo. Los talleres mecánicos comúnmente aún confían en el roscado manual.

Fresas de planear se utilizan para eliminar materiales de superficies grandes y planas. Tienen un diámetro mayor que las herramientas de fresado final, por lo que requieren menos pasadas para mecanizar áreas de tamaño considerable. Esto reduce el tiempo total de mecanizado para producir piezas con superficies planas. Los operadores suelen realizar un paso de planeado durante el ciclo de mecanizado para preparar las dimensiones del bloque

Encontrará una gama igualmente amplia de herramientas de corte utilizadas en el torneado CNC, que cubren todas sus necesidades de mecanizado, como el corte frontal, el roscado y el corte de ranuras.

Mecanizado CNC de piezas con complejidad geométrica:¿cuáles son las restricciones de diseño?

Mientras que el mecanizado CNC ofrece una libertad de diseño impresionante , las máquinas de torneado y fresado no pueden fabricar todas las geometrías. A diferencia de la impresión 3D, cuanto más complejo sea el diseño, más costará mecanizar. Esto se debe a los pasos adicionales necesarios para piezas más complejas.

Las principales restricciones asociadas con el mecanizado CNC tienen que ver con la geometría de cada herramienta de corte individual. La geometría de la herramienta determina los radios de una pieza y la mayoría de las herramientas de corte CNC tienen forma cilíndrica y una longitud de corte limitada. Estos factores hacen que las esquinas internas afiladas sean particularmente desafiantes.

El acceso a las herramientas es otra restricción importante con el mecanizado CNC. Por ejemplo, los sistemas de 3 ejes solo pueden lograr un cierto nivel de complejidad de la pieza. Si está diseñando para una máquina de 3 ejes, solo se podrá acceder a todas las características de la pieza directamente desde arriba. Los sistemas de 5 ejes ofrecen una flexibilidad superior, ya que el ángulo entre la pieza y la herramienta se puede ajustar para acceder a áreas de la pieza de trabajo más difíciles de alcanzar.

Además, las piezas con paredes delgadas u otras características finas son particularmente difíciles para las máquinas CNC. Las paredes delgadas son propensas a las vibraciones y pueden romperse debido a la fuerza del torneado o fresado. Recomendamos diseñar piezas metálicas con un grosor de pared mínimo de 0,8 mm y piezas de plástico con un grosor de pared de 1,5 mm.

Comprender qué tan complejo puede diseñar su pieza para diferentes tipos de máquinas, así como qué restricciones debe tener en cuenta, es fundamental para garantizar que sus piezas salgan tal como fueron diseñadas y con el estándar de calidad que está buscando. Para obtener pautas adicionales sobre cómo el diseño puede ahorrarle mucho tiempo y dinero en el mecanizado CNC, consulte este artículo .

¿Cuáles son las características del mecanizado CNC?

Una fortaleza clave del mecanizado CNC es su capacidad para producir consistentemente piezas robustas a partir de una amplia selección de materiales. Las máquinas CNC pueden manejar casi todos los materiales de ingeniería .

A diferencia de la impresión 3D, las piezas fabricadas mediante mecanizado CNC tienen propiedades físicas totalmente isotrópicas que son idénticas a las propiedades del material a granel a partir del cual se mecanizaron.

El mecanizado CNC involucra predominantemente metales tanto para la creación de prototipos como para series de producción más grandes. Por lo general, es más difícil mecanizar plásticos, ya que tienen una rigidez y temperaturas de fusión más bajas, aunque un caso de uso común en el que vemos el mérito es el mecanizado CNC de prototipos funcionales de plástico antes de embarcarse en series de producción a mayor escala con moldeo por inyección .

¿Cuánto cuestan los materiales de mecanizado CNC?

Hay un montón de materiales disponibles para el mecanizado CNC, lo que significa que el costo varía bastante entre los materiales. Cada material tiene un precio diferente y las propiedades físicas de cada material influyen en el costo total del mecanizado.

El aluminio 6061 es la opción más económica si opta por producir piezas de metal, con un costo a granel aproximado de $ 25 por un espacio en blanco con dimensiones de 150 x 150 x 25 mm. El ABS es la opción más económica, con un costo aproximado de $17 por un espacio en blanco del mismo tamaño. Y en términos de cómo la facilidad de maquinado afecta el costo, el acero inoxidable es un buen ejemplo. Es mucho más duro que el aluminio y, por lo tanto, más difícil de mecanizar, lo que aumenta el coste total.

Aquí hay una descripción general completa de los materiales más populares que ofrecemos en la plataforma Hubs y sus características importantes.

Material	Características	Comparación de costos
Aluminio 6061	Buena relación resistencia-peso, excelente maquinabilidad, baja dureza	$
Acero inoxidable 304	Excelentes propiedades mecánicas, resistente a la corrosión y al ácido, relativamente difícil de mecanizar	$$$
Latón C360	Alta ductilidad, excelente maquinabilidad, buena resistencia a la corrosión	$$
ABS	Excelente resistencia al impacto, buenas propiedades mecánicas, sensible a los disolventes	$$
Nailon (PA6 y PA66)	Excelentes propiedades mecánicas, alta tenacidad, poca resistencia a la humedad	$$
POM (Delrin)	Alta rigidez, excelentes propiedades térmicas y eléctricas, relativamente frágil	$$

¿Cómo puedo obtener más información sobre materiales para mecanizado CNC?

Hay mucho que aprender sobre todos los materiales que ofrece Hubs para el mecanizado CNC. Para profundizar en materiales individuales o conjuntos de materiales, consulte estos videos especializados, disponibles en nuestro canal de Youtube.

Postprocesado y acabados superficiales para mecanizado CNC

Las piezas mecanizadas por CNC que salen directamente de la máquina generalmente tendrán marcas de herramientas visibles, lo que no siempre es deseable dependiendo de los requisitos de la pieza. Hay muchos métodos de posprocesamiento que se pueden utilizar para mejorar la apariencia de la superficie de una pieza y aumentar su resistencia al desgaste, la corrosión y los productos químicos. El anodizado, el granallado y el recubrimiento en polvo son métodos viables para terminar sus piezas personalizadas.

Como se trata de una guía más general, no profundizaremos en el posprocesamiento y los acabados superficiales. Puede explorar las técnicas y acabados más comunes para el mecanizado CNC en este práctico explicador .

¿Cuáles son las ventajas y desventajas del mecanizado CNC?

Si bien el mecanizado CNC es un proceso de fabricación viable e incluso ideal para muchas aplicaciones que van desde la creación de prototipos hasta la producción a mediana escala de piezas de uso final, no deja de tener sus defectos. En esta sección, cubrimos los beneficios y limitaciones de este proceso de mecanizado sustractivo.

El mecanizado CNC ofrece una excelente precisión y repetibilidad. Tanto el fresado como el torneado pueden producir piezas con tolerancias muy estrechas, lo que hace que el CNC sea ideal para aplicaciones de alto nivel, como en las industrias aeroespacial, de aviación y automotriz. La mayoría de los materiales utilizados en el mecanizado CNC tienen propiedades físicas excelentes y totalmente isotrópicas y son adecuados para la mayoría de las aplicaciones de ingeniería.

En general, el mecanizado CNC es el proceso de fabricación más rentable para producir un número bajo o medio de piezas de metal. Esto significa que puede utilizar CNC para prototipos individuales o para producir hasta 1000 unidades.

Si bien estos beneficios hacen que el mecanizado CNC sea una opción atractiva para los ingenieros, la naturaleza sustractiva de la tecnología hace que ciertas geometrías más complejas sean muy costosas o incluso imposibles de fabricar.

Hablando desde una perspectiva financiera, el costo inicial del mecanizado CNC es mucho más alto que el de la impresión 3D. Si está buscando producir prototipos de plástico de bajo costo, entonces la impresión 3D puede ser una mejor opción en lo que respecta a la configuración.

Los plazos de entrega para el mecanizado CNC tienden a ser más largos que para la impresión 3D, ya que el tiempo de entrega promedio para CNC es de 10 días en comparación con los 2 a 5 días mucho más bajos para la impresión 3D. Las máquinas CNC no están tan disponibles como las impresoras 3D, ya que requieren un conocimiento más experto para operar de manera efectiva.

¿Cuáles son las reglas generales de Hubs para el mecanizado CNC?

Analicemos los parámetros clave a considerar para el mecanizado CNC de piezas personalizadas de metal y plástico.

Parámetro CNC clave	Lo que dice Hubs
Precisión dimensional	Típico:± 0,125 mm (0,005") Máximo:± 0,02 mm (0,0008")
Grosor de pared mínimo	Metales:0,75 mm (0,030") Plásticos:1,5 mm (0,060")
Tamaño máximo de compilación	Fresado:2000 x 800 x 100 mm (78’’ x 32’’ x 40’’) Torneado:Ø 500 mm (Ø 20’’)

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la mejor aplicación del mecanizado CNC?

El mecanizado CNC es ideal para trabajos de fabricación únicos y para producción de volumen bajo a medio de varios cientos a 1000 piezas. Recomendamos utilizar el mecanizado CNC para producir sus prototipos de metal, ya que es la opción más competitiva en precio. Además, debe optar por el mecanizado CNC cuando sus piezas deban tener tolerancias muy estrictas.

¿Cuáles son las herramientas de corte de mecanizado CNC más comunes?

Las máquinas CNC utilizan una variedad de herramientas de corte para lograr una gama más amplia de geometrías de piezas. Estas herramientas incluyen taladros, cortadores de ranuras, machos de roscar, cortadores de fresado frontal y herramientas de cabeza plana, cabeza de toro y cabeza esférica.

¿Qué industrias utilizan más el mecanizado CNC?

El mecanizado CNC es un proceso de fabricación sustractivo ampliamente utilizado. Una gran cantidad de industrias confían en CNC, incluidos los sectores aeroespacial, automotriz, de aviación, de transporte y otros integrales. Las piezas de los aviones, por ejemplo, deben fabricarse con una gran precisión para garantizar que toda la máquina funcione perfectamente tal como se diseñó.

¿El mecanizado CNC está completamente automatizado?

El mecanizado CNC es, en su mayor parte, automatizado y depende de un software preprogramado. El software CAD establece las dimensiones de una pieza, que las máquinas CNC utilizan para producir piezas físicas. En general, se requiere muy poca intervención humana, aunque algunos procesos complejos pueden necesitar un par de manos manuales adicionales si el diseño de la pieza es especialmente complejo. En general, la automatización casi completa hace que el mecanizado CNC sea un proceso de fabricación confiable y repetible.