Mecanizado CNC Explicado: Procesos Clave, Operaciones y Beneficios

La fabricación moderna de productos requiere procesos y técnicas que garanticen precisión y exactitud debido a la creciente complejidad del diseño de productos. En consecuencia, existe una carrera por el desarrollo e innovación en técnicas de fabricación, especialmente la introducción de la automatización.

Gracias a la automatización, el mecanizado CNC es un proceso de fabricación común conocido por su precisión, exactitud y capacidad para diseños de productos complejos. Este artículo analizará los fundamentos del mecanizado CNC, su proceso, aplicaciones y beneficios.

¿Qué Significa Control Numérico Computarizado (CNC)?

El control numérico computarizado (CNC) implica controlar una herramienta de máquina mediante un microordenador conectado a la herramienta. El microordenador puede hacer esto respondiendo a un lenguaje de programación llamado código G y código M, que contiene instrucciones sobre parámetros de mecanizado como velocidad de avance, velocidad del husillo, herramienta de corte y flujo de refrigerante.

El microordenador luego transmite las instrucciones a la herramienta de máquina. Por lo tanto, el mecanizado CNC no requiere operación manual, lo que lo hace adecuado para crear piezas sin errores independientemente de la complejidad del diseño del producto.

¿Qué es el Mecanizado CNC?

El mecanizado CNC es un proceso de fabricación sustractivo que implica remover parte de una pieza de trabajo utilizando instrucciones de un modelo CAD para fabricar un producto. La máquina CNC elimina partes de la pieza de trabajo mediante operaciones de mecanizado como torneado, taladrado o fresado, según códigos (código G y código M) obtenidos del modelo CAD y que contienen instrucciones sobre parámetros de mecanizado.

El proceso de mecanizado CNC es compatible con muchos metales, plásticos, madera y materiales compuestos. Junto con los procesos de fabricación aditiva y conformativa, como la impresión 3D y el moldeo por inyección, constituye un proceso básico para la fabricación de piezas. Sin embargo, el mecanizado CNC tiene algunas ventajas sobre estos métodos, como alta tolerancia. Continuemos leyendo.

4 Pasos Principales para el Proceso de Mecanizado CNC

Hay cuatro pasos básicos para el mecanizado CNC, sin importar tu proceso de mecanizado CNC. A continuación se muestra un procedimiento paso a paso de cómo funcionan generalmente:

Paso 1: Preparar un Modelo CAD

Esto implica crear un modelo de diseño 2D o 3D del producto. Hay mucho software adecuado para el proceso, siendo los más populares AutoCAD y SolidWorks. Además, es posible convertir diseños 2D a diseños 3D según los requisitos del producto.

Aunque algunos diseños de productos puedan ser simples, preparar algunos modelos CAD puede requerir conocimientos avanzados, especialmente diseños de productos complejos.

El modelo CAD debe estar correctamente diseñado y mostrar sin esfuerzo al operador características críticas como tolerancias, líneas de construcción, roscas y otros parámetros para una operación de mecanizado efectiva.

Paso 2: Conversión a Formato Compatible con CNC

Las máquinas CNC no entenderán el modelo CAD. Por lo tanto, debes transformar el modelo CAD a un formato compatible con CNC para que la máquina pueda interpretarlo. Para este paso, puedes usar software CAM como AutoCAD, Fusion 360 u otros servicios de software en línea.

Este software puede convertir a un formato compatible con CNC e instruirá a la máquina CNC sobre parámetros. Como movimiento rotacional y lineal, secuencia de corte, trayectoria de herramienta, pieza de trabajo, velocidad de máquina, etc., asociados con la operación de mecanizado.

Paso 3: Configuración de la Ejecución

Esto implica elegir el tipo correcto de máquina CNC y configurar ciertas operaciones antes de que comience la operación de mecanizado. La selección de la máquina adecuada depende de la pieza de trabajo, la complejidad del diseño del producto y el costo. Después, la pieza de trabajo se monta en la máquina.

Paso 4: Mecanizar la Pieza

El operador colocará las herramientas de corte necesarias e iniciará el proceso. El proceso es automatizado y se ejecutará hasta que el programa informático lo considere completo. Durante y después del proceso de mecanizado, los mecanizadores realizarán varios niveles de inspección para garantía de calidad.

El Papel Importante de los Mecanizadores en el Mecanizado CNC

Aunque el proceso de mecanizado CNC es automatizado, hay mecanizadores CNC para atender fallos anticipados e imprevistos. A continuación se muestran los roles importantes de los mecanizadores CNC:

• Encontrar especificaciones del producto.
• Leer planos, bocetos y archivos CAD/CAM.
• Crear modelos CAE.
• Alinear y ajustar herramientas de corte y otros materiales de la máquina.
• Instalar, usar y desmontar herramientas de máquina CNC.
• Observar la velocidad de la máquina.
• Inspeccionar y probar productos terminados para detectar defectos.
• Asegurar que una pieza esté alineada con el modelo CAD.

Tipos de Máquinas CNC

Cada proceso de mecanizado CNC tiene su máquina. Por ejemplo, las máquinas para fresado CNC se llaman máquinas de fresado CNC, y las para torneado CNC se llaman tornos CNC. Sin embargo, el tipo de máquinas CNC se refiere más a los ejes en los que pueden moverse y rotar. Aquí están las más comunes utilizadas en la fabricación de piezas:

Máquinas CNC de 2 Ejes

Las máquinas CNC de 2 ejes pueden mecanizar una pieza solo en los ejes x e z, es decir, vertical y horizontalmente. Por lo tanto, son la máquina CNC más simple utilizada en la fabricación de piezas.

Máquina CNC de 3 Ejes

Las máquinas CNC de 3 ejes dan un paso más allá de la máquina CNC de 2 ejes ya que pueden moverse en los ejes x, y y z. Son las máquinas más comunes utilizadas en mecanizado CNC. Sin embargo, puede haber una limitación en la capacidad de mecanizar piezas con diseños complejos. Esto se debe a su falta de rotación.

Máquinas CNC de 4 Ejes

La máquina CNC de 4 ejes tiene un husillo que puede desplazarse a lo largo de los tres ejes. En términos simples, la máquina puede subir y bajar, moverse de lado a lado, adelante y atrás, y rotar a lo largo de los ejes X y A. Todo esto ocurre sin que la pieza de trabajo se mueva. Son las máquinas CNC más comunes utilizadas en el mecanizado de piezas complejas debido a su velocidad, precisión y exactitud.

Máquinas CNC de 5 Ejes

Una máquina CNC de 5 ejes tiene un husillo y una herramienta de corte que pueden moverse de manera similar a la máquina de 4 ejes. Sin embargo, a diferencia de la máquina de 4 ejes, pueden rotar a lo largo de cualquier dos de los tres ejes. Se consideran la máquina CNC multi-eje más completa debido a su capacidad para abordar la pieza de trabajo desde todas las direcciones sin reposicionamiento manual durante el mecanizado. El mecanizado CNC de 5 ejes permite operaciones perfectas de piezas de precisión y complejas.

3 Softwares de Soporte Comunes para el Mecanizado CNC

Dependiendo del requisito del proceso de mecanizado CNC, cada mecanizado usa uno o más de los softwares enumerados a continuación:

1. Software CAD

El software CAD permite al operador producir modelos 2D y 3D de componentes físicos utilizados en el diseño y fabricación de productos. Además, funcionan proporcionando datos de diseño a los fabricantes. Ejemplos incluyen AutoCAD (2D y 3D), Inventor (3D), Blender y SketchUp.

2. Software CAM

El software CAM es adecuado para crear códigos G a partir de modelos CAD para esos controles de máquinas CNC. En consecuencia, una máquina CNC tiene automatización. Los principales ejemplos incluyen Fusion 360, SolidWorks y AutoCAD.

3. Software CAE

El software CAE permite a los diseñadores de productos imitar el rendimiento de un producto previsto. En consecuencia, pueden mejorar los diseños de productos y ayudar a los ingenieros a resolver problemas relacionados con la ingeniería. Ejemplos incluyen análisis de elementos finitos, dinámica de multicuerpos y dinámica de fluidos computacional.

Diferentes Tipos de Operaciones de Mecanizado CNC

El mecanizado CNC comprende varias técnicas que implican la eliminación sustractiva de parte de una pieza de trabajo para fabricar el producto previsto. Sin embargo, el estilo de eliminación depende del proceso. Las operaciones comunes de mecanizado CNC utilizadas en la fabricación de piezas incluyen:

Taladrado CNC

El taladrado CNC implica el uso de una herramienta de corte rotativa para crear orificios cilíndricos en una pieza de trabajo estacionaria. Es una operación importante de mecanizado CNC utilizada en la fabricación de productos que necesitan ensamblaje de piezas.

Fresado CNC

El fresado CNC es la operación de mecanizado más común que implica el uso de una herramienta de corte que puede rotar y moverse a lo largo de ejes para remover material de una pieza de trabajo. La facilidad de corte depende de la sofisticación de la máquina CNC.

Torneado CNC

El torneado CNC es una operación de mecanizado que implica rotar un producto mientras se lo alimenta a una herramienta de corte producida para fabricar la pieza mecanizada.

Otras Operaciones de Mecanizado

• Rectificado
• Brochado
• Lapidado
• Aserrado
• Bruñido

Materiales Compatibles con el Mecanizado CNC

–Metales: cobre, aleaciones de acero inoxidable, titanio, latón, aleaciones de aluminio, acero, magnesio, etc.

–Plásticos: acetal, PEEK, policarbonato, nailon, acrílico, PVC, polipropileno, etc.

–Compuestos: epoxi, fenólicos, fibra de vidrio y fibra de carbono.

–Madera: madera dura y contrachapado.

–Espuma: espuma rígida y de tallado.

El mecanizado CNC es compatible con muchos materiales. Sin embargo, antes de elegir un material CNC, considere lo siguiente:

• Dureza
• Propiedades mecánicas
• Funciones de la pieza
• Tolerancia dimensional
• Temperatura de operación
• Costo

¿Cuáles son los Beneficios del Mecanizado CNC?

El mecanizado CNC tiene amplias aplicaciones en la fabricación industrial de piezas debido a varias ventajas. A continuación se muestran algunos beneficios del proceso frente a otras operaciones de fabricación.

Exactitud y Precisión

El mecanizado CNC es exacto, permitiendo a los fabricantes de productos fabricar piezas según el diseño previsto. Además, tiene alta precisión y tolerancia; por lo tanto, puede fabricar diferentes lotes de un producto sin perder exactitud. Además, al ser un proceso automatizado reduce los errores durante el mecanizado.

Rápido y Eficiente

Puede obtener una pieza mecanizada CNC en pocos días. Por lo tanto, es eficiencia de producción. Sin embargo, la velocidad y eficiencia dependen del tipo de máquina CNC y la complejidad del producto.

Rentabilidad

El mecanizado CNC tiene un alto costo de inversión inicial. Sin embargo, tiene un menor costo operativo. Además, la alta tasa de producción, poco o ningún error humano y bajo costo de producción aumentan su rentabilidad. Además, para la mayoría de las operaciones de mecanizado, se requiere poca capacitación y la capacitación está mayormente disponible en línea.

Mejores Capacidades

La mayoría de las máquinas CNC pueden portar muchas herramientas para diferentes propósitos. Además, tienen software sofisticado que les permite trabajar en diferentes productos y piezas de trabajo complejas. Por lo tanto, tienen capacidades mejoradas y compatibilidad con piezas de trabajo de diferentes tamaños, formas o texturas.

Amplia Gama de Materiales Compatibles

Las operaciones de mecanizado son compatibles con una gran base de materiales. Ejemplos comunes son metal, plástico y compuestos.

Procesos de Fabricación Alternativos al Mecanizado CNC

El mecanizado CNC es un proceso versátil ampliamente aceptado en la fabricación de piezas y productos. Sin embargo, a veces puede no ser el mejor método. Aquí hay varios métodos alternativos que puede considerar:

Impresión 3D

La impresión 3D es un proceso de fabricación aditivo que implica fundir, depositar y solidificar un material utilizando instrucciones de un modelo CAD o modelo 3D digital. Al igual que el mecanizado CNC, es automatizado. Sin embargo, a diferencia del mecanizado CNC, es más adecuado para un diseño simple.

Moldeo por Inyección

El moldeo por inyección es un proceso de fabricación de plástico que implica fundir e inyectar material en un molde preparado y dejar que se solidifique. Opera usando el mismo mecanismo que otros procesos de fabricación, como moldeo por soplado, sobremoldeo y moldeo por inserción. Es una parte importante de la fabricación en masa de productos.

Fundición a Presión

La fundición a presión es similar al moldeo por inyección. Sin embargo, es adecuada para metales como el aluminio. Implica fundir el metal e inyectarlo en un molde preparado. El método de inyección puede ser de baja o alta presión, dependiendo de la calidad del producto.

Breve Historia del Mecanizado CNC

Antes de la era electrónica, los diseñadores creaban piezas a mano o con máquinas operadas manualmente. Los procesos de fabricación utilizados en esta etapa son limitados en exactitud, precisión, idoneidad para productos complejos y, lo más importante, producción en masa de productos. Como resultado, hubo investigación y desarrollo para introducir nuevos procesos de fabricación.

El primer vistazo al control numérico fue cuando John T. Parsons, en colaboración con el MIT, desarrolló las máquinas de control numérico en la fabricación de piezas en la Fuerza Aérea de EE. UU. en la década de 1940. Estas máquinas permiten a los fabricantes controlar un conjunto de herramientas usando instrucciones de tarjetas perforadas. Sin embargo, aún carecen de automatización completa. En consecuencia, se usaban con operadores presentes.

Con la invención de computadoras más rápidas, la máquina CNC comenzó a usar códigos digitales en lugar de tarjetas perforadas para controlar las herramientas de máquina. El mecanizado CNC puede producir piezas más rápida y precisamente que el sistema de mecanizado anterior.

Conclusión

El mecanizado CNC es un conjunto de procesos ampliamente aceptado en la fabricación de piezas y productos debido a su exactitud, precisión y tolerancia. Por lo tanto, facilita a los diseñadores y fabricantes de productos crear productos de diferente complejidad.

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Preguntas Frecuentes

¿Qué son el código M y el código G?

Por un lado, los códigos G son un conjunto de códigos que instruyen a una máquina CNC sobre cómo moverse. Por otro lado, el código M lleva a cabo las operaciones no de corte de la máquina.

¿Cuáles son los principales desafíos en el mecanizado CNC?

La personalización no es particularmente fácil con el mecanizado CNC. Los mecanizadores deben modificar los archivos CAD en el paso inicial para hacer ajustes menores a los productos terminados. Además, la mejora tecnológica permite solo a un operador capacitado escribir los programas.

¿En qué industrias se utiliza el mecanizado CNC?

El mecanizado CNC tiene aplicaciones en muchas industrias manufactureras. Las industrias comunes que adoptan el proceso de fabricación incluyen automotriz, aeroespacial, militar, defensa, marina y médica.

¿Cuáles son las terminologías en el mecanizado CNC?

Terminologías comunes en el mecanizado CNC incluyen:

-CAD: Software de Diseño Asistido por Computadora
-CAM: Fabricación Asistida por Computadora
-CAE: Ingeniería Asistida por Computadora
-DNC: Control Numérico Distribuido
-Código G: Códigos Geométricos
-Código M: Códigos Misceláneos de Máquina

¿Cuáles son las tendencias en la industria del mecanizado CNC?

Las tendencias en la industria del mecanizado CNC incluyen la automatización completa del procedimiento, agregar más ejes a las máquinas CNC y desarrollar más características para una fácil personalización.