Mecanizado CNC Explicado: Guía Definitiva para Fabricación Moderna

 

El control numérico por computadora (CNC) se ha vuelto cada vez más común en la fabricación. La tecnología CNC ofrece un medio versátil y automatizado para producir tiradas de gran volumen de piezas de alta calidad. Los altos niveles de precisión y repetibilidad ofrecidos por los procesos de mecanizado CNC lo convierten en una herramienta ideal para la mayoría de los fabricantes.

¿Qué es el Mecanizado CNC?

En general, el mecanizado CNC se refiere a uno de muchos procesos reductivos que quitan material de una pieza de trabajo para cumplir un diseño. Los procesos CNC usan controles computarizados para manejar todo el proceso de mecanizado de principio a fin, produciendo finalmente piezas consistentemente precisas. El equipo de mecanizado CNC puede seguir los mismos conjuntos de instrucciones una y otra vez para facilitar tiradas de producción pequeñas o grandes de piezas idénticas.

Las máquinas CNC vienen en múltiples variedades y niveles de complejidad. Algunas máquinas pueden sostener múltiples herramientas a la vez o trabajar a lo largo de los ejes X, Y y Z para remover material excedente de cualquier lado o en cualquier ángulo.

El mecanizado CNC se usa para crear piezas y componentes para casi todas las industrias y aplicaciones. Esto incluye la industria aeroespacial y otras industrias altamente complejas que necesitan trabajo de mecanizado en piezas grandes. Los fabricantes pueden usar este proceso en sustratos como:

• Materiales compuestos
• Espuma
• Vidrio
• Metales
• Plástico
• Madera

El mecanizado CNC es particularmente ventajoso debido a su funcionalidad automatizada. La automatización permite que las máquinas operen de forma autosuficiente, requiriendo menos mano de obra humana para producir piezas precisas. Una creciente escasez en la industria de mecanizados y trabajadores calificados ha sido un contribuyente primario al avance de la tecnología CNC en años recientes.

Los Tres Procesos de Fabricación

En términos generales, hay tres tipos de procesos de fabricación:

• Reductivo. Procesos reductivos o sustractivos como el mecanizado quitan material de una pieza de trabajo para crear un diseño.
• Aditivo. Los procesos de fabricación aditiva combinan o ensamblan diferentes elementos juntos para crear un producto terminado. La impresión 3D es la forma más común de fabricación aditiva.
• Formativo. La fabricación formativa dobla o cambia la forma del sustrato para coincidir con los requisitos del diseño. La fabricación formativa incluye procesos como el moldeo por inyección, en el que el sustrato se funde y luego se prensa en un molde para mantener una cierta forma. También incluye muchos procesos de conformado de metales, como doblado o laminado.

Visión General del Proceso de Mecanizado CNC

El predecesor del mecanizado CNC —mecanizado de control numérico (NC)— usaba tarjetas de cinta perforada y comandos rudimentarios. El mecanizado CNC sigue comandos más complejos y usa una mayor variedad de controles. Estos sistemas ambos instruyen las herramientas de corte y conformado que remueven, pero el equipo de mecanizado CNC puede seguir conjuntos de instrucciones complejos y personalizados que provienen de diseños CAD o CAM complejos.

Diferentes equipos de mecanizado CNC pueden manejar diferentes herramientas, capacidades y operaciones. El proceso de mecanizado CNC típicamente incluye estos pasos generales:

1. Diseño del Modelo CAD

Antes de que comience el proceso de mecanizado CNC, los fabricantes necesitan crear el diseño del producto. El software de diseño asistido por computadora (CAD) puede usarse para crear modelos detallados bidimensionales (2D) o tridimensionales (3D). Estos archivos de diseño incluyen detalles como las geometrías, dimensiones y otras especificaciones técnicas de las piezas. El software CAD tiene en cuenta las limitaciones de los procesos de mecanizado y las propiedades de los materiales seleccionados.

Por ejemplo, si un diseño contiene agujeros formados por herramientas cilíndricas, el software CAD puede informar a los ingenieros de diseño cuando los diseños son demasiado complejos para un sustrato dado o identificar problemas potenciales debido a limitaciones en el proceso seleccionado. Estas comprobaciones automatizadas ayudan a los servicios de diseño CAD/CAM e ingenieros a evitar muchos errores potenciales durante el proceso de renderizado para que la etapa de prototipado sea más eficiente.

2. Conversión de Archivos CAD a Instrucciones CNC Utilizables

Una vez que el diseño está completo, las especificaciones de diseño necesitan traducirse a direcciones que las máquinas CNC puedan seguir. Los archivos CAD se ejecutan a través de software de fabricación asistida por computadora (CAM). Estos programas crean el código de programación que las máquinas CNC usan para dirigir las herramientas durante el proceso de fabricación. Este software también extrae información sobre la geometría de la pieza que los operadores pueden usar para asegurar que la pieza de trabajo inicial tenga las dimensiones y orientación correctas.

Estos conjuntos de instrucciones compatibles con CNC generalmente están en uno de dos tipos de archivo: STEP o IGES. Incluyen lenguajes de programación como G-code y M-code, que cada uno maneja áreas específicas de la funcionalidad de la herramienta de máquina. Las operaciones G-code se centran en la operación real de las herramientas, como su velocidad, dirección de movimiento y qué tan lejos se mueven. Las operaciones M-code se centran en operaciones misceláneas, como encendido y apagado y otras funciones auxiliares.

3. Preparación de la Máquina CNC

Los operadores humanos juegan un papel mucho menor en la fabricación automatizada que en la fabricación manual, pero aún manejan operaciones importantes que la maquinaria no puede gestionar. Esto incluye:

• Cargar el archivo de programa CNC en la máquina
• Agregar la pieza de trabajo a los husillos o mordazas de la maquinaria para que la máquina pueda manipular la pieza de trabajo
• Adjuntar las herramientas de mecanizado especificadas
• Inspeccionar el área de trabajo, la máquina y la pieza de trabajo

4. Ejecución de Operaciones

Una vez que el equipo está preparado y el programa comienza, el equipo de mecanizado CNC ejecuta los pasos y conduce operaciones de mecanizado en la pieza de trabajo. El programa puede completar los procesos reductivos necesarios de principio a fin sin más intervención del operador. Una vez que las instrucciones se han completado, la pieza puede continuar a través de procesos de acabado y empaquetado.

Tipos de Operaciones de Mecanizado CNC

El mecanizado CNC es una categoría muy amplia de posibles operaciones y procesos. Entre las operaciones de mecanizado CNC, taladrado, fresado y torneado son las más comunes.

Taladrado

Los procesos de taladrado usan brocas con un diámetro del mismo tamaño que el diámetro del agujero deseado. El equipo de mecanizado inserta la broca giratoria perpendicularmente en la pieza de trabajo hasta que taladra un agujero de una longitud predeterminada. Equipos más complejos pueden producir agujeros angulares, y las herramientas de taladrado pueden proporcionar capacidades como:

• Contra taladrado
• Avellanado
• Alesado
• Roscado

Fresado

El proceso de fresado remueve cortes de material de la pieza de trabajo moviendo el material contra un borde de corte giratorio. Las herramientas tienen múltiples puntos de corte, y cada herramienta gira para proporcionar una superficie de corte afilada con una longitud y forma diferentes. Cuando la pieza de trabajo se presiona contra herramientas de fresado, se remueven tiras finas o cortes de material del borde existente. Esto puede crear cortes superficiales, cortes anchos o cavidades de fondo plano para dar forma a la pieza. Los procesos de fresado periférico pueden cortar más profundo para crear ranuras o roscas en la forma general de la pieza.

Torneado

Los procesos de torneado giran la pieza de trabajo en lugar de la herramienta de corte. Incluyen procesos de corte como mandrinado, ranurado y desbastado. Cortan material excedente de una pieza de trabajo usando herramientas de corte de un solo punto aplicadas con precisión a la pieza de trabajo rotativa. El torneado crea piezas cilíndricas que tienen un diámetro especificado. El torneado puede crear características lineales tanto en el interior como en el borde exterior de las piezas. Estas características incluyen:

• Ranuras
• Roscas
• Conicidades

Ventajas del Mecanizado CNC

Muchos fabricantes prefieren procesos de mecanizado porque crean piezas o componentes a partir de una sola pieza de trabajo. El mecanizado CNC tiene varias ventajas adicionales. Estas incluyen:

• Productividad aumentada. Las instalaciones con mecanizado CNC pueden producir piezas 24/7. Las máquinas pueden funcionar continuamente con poca o ninguna intervención humana. Las máquinas también requieren menos espacio que estaciones de trabajo o configuraciones de mecanizado manual, por lo que una instalación con una superficie cuadrada determinada puede tener más máquinas funcionando simultáneamente.
• Alto grado de precisión. El mecanizado CNC usa operaciones de programación altamente detalladas. Las máquinas siguen estas instrucciones sin permitir variaciones no deseadas ni error humano. Las piezas serán de alta calidad, precisas e idénticas. El mecanizado CNC también puede producir piezas con diseños intrincados y complejos.
• Finalización de proyectos más rápida. Cada proceso de mecanizado CNC comienza con un diseño CAD, por lo que el proceso de prototipado será mucho más rápido. El software detecta o previene muchos posibles fallos de diseño o riesgos potenciales con diferentes materiales. Cuando los procesos de prototipado y prueba se acortan, los productos pueden pasar del diseño a la producción más rápido. Las instrucciones de mecanizado CNC también pueden modificarse o reemplazarse rápidamente, por lo que hay poco retraso entre cambios en tiradas de producción.
• Rentabilidad. Los diseños de archivos CAD y riesgos reducidos de errores de fabricación reducen el costo por unidad de producción. El mecanizado CNC también requiere menos mano de obra humana, lo que reduce aún más el precio de fabricar los productos.

Mecanizado CNC de Pro-Type Manufacturing

Para clientes que buscan una solución de fabricación completa, Pro-Type Industries, Incorporated ofrece un nivel de valor y flexibilidad de proceso inigualable en la industria. Operamos una instalación de última generación equipada con algunos de los sistemas de mecanizado CNC más avanzados disponibles.

Estos son sistemas de alto par y alto RPM que entregan precisión y productividad todo en un paquete. Un ejemplo es nuestro fresador horizontal CNC Toyoda de 4 ejes y 550 mm. Este sistema de última generación presenta velocidades de husillo hasta 15,000 RPM entregadas a través de un motor de 30 HP. Con un cubo de trabajo de 30" y posicionamiento de 2400" por minuto, puede mecanizar materiales como aluminio, acero y plásticos a altas velocidades con máxima precisión. También nos permite trabajar con materiales difíciles de mecanizar como Inconel, Invar, Monel y varias superaleaciones.

Sin embargo, este es solo uno de nuestros muchos sistemas de mecanizado de precisión. También operamos cuatro fresadoras verticales CNC que pueden acomodar piezas de trabajo hasta 64" x 32" x 25", dos fresadoras horizontales equipadas con múltiples paletas, y un torno CNC de alta producción con alimentación automática de barra, sub-husillo y herramientas vivas. En manos de nuestro equipo de mecanizados experimentados, estos mecanizados de alta precisión pueden entregar tolerancias dentro de ±0.0005". Todas estas capacidades y recursos se ven aumentados por la fabricación interna de todas las herramientas y fijaciones, dándonos aún mayor control sobre la productividad.

A lo largo de nuestros casi 50 años como fabricantes, hemos aprendido que pocos requisitos de proyecto consisten solo en mecanizado. Para agregar aún más valor a nuestras ofertas de servicio, también proporcionamos servicios de valor agregado como:

• Soldadura
• Grabado
• Cromado
• Pasivación
• Ensamblaje completo
• Informes dimensionales completos
• Trazabilidad de materiales

Todo nuestro trabajo está respaldado por un robusto sistema de gestión de calidad ISO 9001 y cultura que se extiende a cada parte de nuestra organización.

Desde un solo prototipo hasta órdenes de manta de alto volumen que abarcan muchos meses o más, la clave de nuestro éxito es nuestra capacidad para proporcionar el mismo nivel de valor y calidad independientemente del tamaño de la tirada o complejidad del diseño. Para obtener más información sobre todas nuestras capacidades de fabricación, o para solicitar una cotización, contáctenos directamente.