Máquinas CNC Explicadas: Guía Rápida de Conceptos Básicos

¿Qué es una Máquina CNC?

Una máquina CNC (Control Numérico por Computadora) es una herramienta de control numérico que incorpora una computadora a bordo, conocida como Unidad de Control de Máquina (MCU). Los datos numéricos necesarios para producir una pieza se proporcionan a la máquina mediante un programa, que se traduce en señales eléctricas para accionar los motores que mueven la máquina.

La estructura del bastidor es la base mecánica de la máquina CNC y está compuesta por el sistema de accionamiento principal, sistema de avance, bancada, mesa de trabajo, dispositivos de movimiento auxiliar, sistemas hidráulicos y neumáticos, sistemas de lubricación, dispositivos de refrigeración, evacuación de virutas, sistemas de protección y otros componentes. Para cumplir con los requisitos de control numérico y aprovechar al máximo el rendimiento, ha sufrido grandes cambios en la disposición general, apariencia, estructura del sistema de transmisión, sistema de herramientas y rendimiento operativo. Las partes mecánicas incluyen bancada, caja, columna, guías, mesa de trabajo, husillo, mecanismo de avance y mecanismo de cambio de herramienta.

¿Cómo Funciona una Máquina CNC?

Las máquinas CNC utilizan computadoras para realizar el control mediante programa digital. Esta tecnología emplea una computadora para ejecutar la función de control lógico secuencial de la trayectoria de movimiento del dispositivo y la operación de los periféricos según el programa de control almacenado previamente. Al reemplazar el dispositivo de control numérico original basado en circuitos lógicos de hardware por una computadora, las funciones de almacenamiento, procesamiento, cálculo y juicio lógico de las instrucciones de operación se realizan mediante software, y las microinstrucciones generadas se transmiten al dispositivo de accionamiento servo para mover los motores o actuadores hidráulicos.

Pasos para Operar una Máquina CNC

1. Programación: Según el dibujo y plan de proceso de la pieza, se escribe el programa de mecanizado usando el código y formato especificados, definiendo la trayectoria de la herramienta, parámetros de proceso y cantidades de corte.
2. Entrada del programa: Se introduce el programa en el dispositivo CNC.
3. Decodificación y control: El dispositivo CNC decodifica el programa y envía señales de control a los accionamientos servo y dispositivos de control de funciones auxiliares de cada eje.
4. Monitoreo en tiempo real: El sistema CNC detecta constantemente la posición de los ejes, estado de interruptores de carrera, etc., comparándolos con los requisitos del programa para determinar la siguiente acción.
5. Supervisión del operador: El operador observa las condiciones de mecanizado y estado de la máquina, ajustando acciones y programa si es necesario para garantizar una operación segura.

Sistema de Coordenadas Cartesianas

Casi todo lo que se puede producir en una máquina herramienta convencional puede fabricarse en una máquina CNC, con sus múltiples ventajas. Los movimientos de la máquina herramienta son de dos tipos básicos: punto a punto (movimientos en línea recta) y trayectoria continua (movimientos de contorneado).

El sistema de coordenadas cartesianas, ideado por el matemático y filósofo francés René Descartes, permite describir cualquier punto en términos matemáticos desde cualquier otro punto a lo largo de tres ejes perpendiculares. Este concepto se adapta perfectamente a las máquinas herramienta, cuya construcción se basa generalmente en tres ejes de movimiento (X, Y, Z) más un eje de rotación.

En una fresadora vertical simple, el eje X es el movimiento horizontal de la mesa (derecha/izquierda), el eje Y es el movimiento transversal (hacia/lejos de la columna), y el eje Z es el movimiento vertical de la consola o el husillo. Los sistemas CNC dependen en gran medida de las coordenadas rectangulares porque el programador puede localizar cada punto del trabajo con precisión.

Fig. 1: Líneas que se cruzan forman ángulos rectos y establecen el punto cero.

Fig. 2: Los tres planos de coordenadas tridimensionales (ejes) usados en CNC.

Los planos de coordenadas tridimensionales se muestran en la Fig. 2. Los planos X e Y son horizontales y representan los movimientos horizontales de la mesa. El plano o eje Z representa el movimiento vertical de la herramienta. Los signos más (+) y menos (-) indican la dirección desde el punto cero (origen) a lo largo del eje de movimiento. Los cuatro cuadrantes formados al cruzarse los ejes X e Y se numeran en sentido antihorario (Fig. 3).

Fig. 3: Los cuadrantes formados cuando los ejes X e Y se cruzan se usan para localizar puntos con precisión desde el origen X/Y.

En la Fig. 3, el punto A estaría a 2 unidades a la derecha del eje Y y 2 unidades sobre el eje X. Asumiendo que cada unidad equivale a 1.000, la ubicación de A sería X +2.000 e Y +2.000. Para el punto B, sería X +1.000 e Y -2.000. En programación CNC no es necesario indicar valores positivos (+), ya que se asumen, pero los negativos (-) sí deben indicarse.

Un sistema informático conectado a la máquina, compuesto por sensores y accionamientos eléctricos, controla los movimientos de los ejes mediante el programa.

Los 10 Tipos Más Comunes de Máquinas CNC

Las primeras máquinas herramienta estaban diseñadas para que el operador estuviera frente a la máquina operando los controles. Este diseño ya no es necesario, ya que en CNC el operador no controla los movimientos. En máquinas convencionales, solo se dedicaba alrededor del 20% del tiempo a remover material; con controles electrónicos, el tiempo real de corte ha aumentado al 80% o más, reduciendo también el tiempo para posicionar la herramienta.

Existen 10 tipos principales de máquinas CNC presentes en diversas industrias:

1. Fresadoras CNC (CNC Mills)
2. Routers CNC (CNC Routers)
3. Máquinas Láser CNC (Cortadoras, Grabadoras, Soldadoras Láser)
4. Tornos CNC (CNC Lathes)
5. Taladradoras CNC (CNC Drills)
6. Mandrinadoras CNC
7. Rectificadoras CNC (CNC Grinders)
8. Máquinas de Electroerosión (EDM)
9. Cortadoras de Plasma CNC (CNC Plasma Cutters)
10. Impresoras 3D