¿Qué es el mecanizado CNC y cómo funciona?

Los fabricantes y los talleres mecánicos suelen utilizar máquinas de control numérico por computadora, o CNC, para controlar su diversa gama de máquinas herramienta. El concepto de mecanizado CNC surgió en las décadas de 1940 y 1950. En ese momento, se utilizaba el almacenamiento de datos analógicos, como la tecnología de cinta perforada. Hoy en día, la producción CNC se basa en software sofisticado de fabricación asistida por computadora (CAM) o diseño asistido por computadora (CAD) para entregar instrucciones de diseño a las máquinas que producen piezas y prototipos de productos.

Un proceso de fabricación sustractivo, el mecanizado CNC permite un mayor grado de complejidad. Ahora es factible para tiradas de producción de volumen bajo, medio y alto que requieren alta precisión y exactitud.

Las máquinas CNC que utilizan los fabricantes pueden fresar, moler, taladrar y realizar otras operaciones. Algunos sistemas también son capaces de terminar. Los dispositivos electromecánicos utilizados en el trabajo de máquinas CNC varían en sofisticación y en las herramientas que pueden manipular. Pueden funcionar en cualquier lugar de tres a cinco ejes, siendo cada eje una dimensión específica en la que se puede mover la herramienta.

• El movimiento lateral (arriba o abajo, izquierda o derecha) está habilitado por los ejes x e y.
• El movimiento longitudinal normalmente se controla en el eje z.
• La rotación y los movimientos adicionales se habilitan con ejes adicionales.

Cuantos más ejes tiene una máquina, más libertad de movimiento hay para el corte y la precisión.

Materiales de mecanizado CNC

La mayoría de las máquinas CNC son bastante versátiles. Se utilizan comúnmente para fresar metal, ya que una máquina de producción es capaz de cortar acero, aluminio, cobre, latón y titanio. Otros materiales mecanizables incluyen varios tipos de plástico, incluido el polipropileno, y diferentes formas de madera, fibra de vidrio o espuma.

¿En qué se diferencia el mecanizado CNC de otros sistemas informáticos?

La computadora utilizada para controlar una máquina CNC no es como la computadora promedio de una casa o de una empresa. El código está escrito por programadores experimentados y requiere un alto grado de capacidad computacional. Este código también se puede revisar con el tiempo para que los programas preexistentes se puedan modificar y actualizar. Eso hace que la programación de máquinas CNC sea un proceso automatizado en constante evolución. Sin embargo, se utiliza en prácticamente todos los sectores de fabricación que dependen del software para controlar la velocidad, la posición, la repetición y la previsibilidad sin la intervención de operadores humanos.

¿Cómo funciona la producción CNC?

El proceso generalmente comienza con material de stock sin procesar. Se puede colocar un bloque de plástico, por ejemplo, en la máquina antes de que comience el proceso de eliminación de material. Las instrucciones digitales de un programa de software se envían a la máquina, al igual que con la impresión 3D. Las instrucciones de estas instrucciones digitales, también llamadas código G, se convierten en instrucciones sobre cómo cortar las piezas.

Un proceso que antes era muy técnico y laborioso ahora es más rápido y preciso. Las piezas prototipo pueden ser

hecho con un alto grado de productividad. En el transcurso del proceso de mecanizado, se pueden utilizar múltiples herramientas. Por ejemplo, la máquina puede extraer datos de un inventario de tamaños de brocas. Puede ser posible el movimiento lateral en el eje x o y, el movimiento longitudinal en el eje z e incluso el movimiento de rotación.

Con una máquina multieje, las piezas se pueden voltear y posicionar automáticamente, sin intervención humana. No es necesario detener el proceso para mover piezas manualmente. Una vez que la pieza se coloca automáticamente, se realizan cortes adicionales, y así sucesivamente.

Una máquina CNC es muy precisa. Las medidas se calculan en miles de pulgadas, lo que significa que un proceso de mecanizado fino puede tener tolerancias de alrededor de ±0,001”. Si se usa una máquina para pulir, este número puede ser tan ajustado como ±0.00005”. A modo de comparación, el grosor de un cabello humano es de aproximadamente 0,00069. ¹ Eso es bastante preciso, considerando lo intrincado y repetible que es el proceso.

Las etapas típicas de la producción CNC incluyen:

• Diseño del modelo CAD :Los diseñadores pueden crear un diseño CAD de piezas sólidas 3D o vectoriales 2D mientras incorporan todas las dimensiones, geometrías y otras especificaciones técnicas aplicables. Las propiedades de la pieza están limitadas por las capacidades de la máquina. La mayoría de las herramientas CNC solo pueden crear esquinas curvas, lo que restringe las geometrías de las piezas, mientras que los mini
de cada máquina
• También se debe considerar el grosor mínimo de la pieza, el tamaño máximo de la pieza y la capacidad de producir características internas complejas.
• Conversión de archivos :Una vez que se ejecuta un archivo CAD a través del software CAM, se extrae la geometría de la pieza. Luego se genera el código de programación digital y se usa para controlar la máquina y sus herramientas. El código geométrico, o código G, le dice a la máquina cuándo, dónde y cómo moverse, mientras que el código de función miscelánea, o código M, controla la extracción/reemplazo de las cubiertas de la máquina y otras funciones auxiliares.
• Configuración de la máquina :Después de la programación de la máquina CNC, se debe preparar el sistema. Los trabajadores deben tomar los pasos iniciales, como colocar la pieza de trabajo en la máquina o en un husillo o tornillo de banco. El equipo de sujeción de piezas debe asegurarse antes de activar las herramientas. En algunos casos, las brocas y las fresas de extremo deben conectarse a los componentes adecuados antes de que la máquina pueda comenzar a ejecutar el programa.
• Ejecución :El operador inicia el programa para indicarle a la máquina que comience el proceso. Luego, el programa CNC emite los comandos e instruye a la computadora dentro de la máquina para que proceda a operar y manipular sus herramientas. El programa hace el resto, guiando al sistema en la ejecución de cada
  operación hasta que se completa una pieza o producto diseñado a la medida.

Tipos de máquinas y procesos CNC

Los sistemas CNC modernos combinan tecnologías de mecanizado convencionales y novedosas, lo que los hace muy versátiles en una amplia gama de aplicaciones. Los tipos de equipos más convencionales incluyen:

• Molinos :Las fresadoras son sistemas flexibles, con herramientas de corte rotativas, que se pueden programar con código G o con un lenguaje propietario desarrollado por un fabricante. Las unidades más básicas tienen tres ejes, pero las más nuevas pueden tener hasta tres más.
• Ejercicios :Una herramienta de perforación gira una broca, dimensionada de acuerdo con la operación específica, que realiza el corte
•  contacto con una pieza fija de material. Los taladros son altamente eficientes para cortar y mejorar la productividad de una operación.
• Tornos :Un torno funciona girando un bloque de material contra una broca, y no al revés. Capaces de producir diseños complejos, los tornos generalmente operan en los ejes x y z y mueven lateralmente un material para hacer un corte progresivo.

Las tecnologías más novedosas que se utilizan hoy en día incluyen el mecanizado por descarga eléctrica (EDM), en el que se utilizan chispas eléctricas para eliminar secciones de piezas de trabajo, moldeándolas de acuerdo con el diseño digital. Las descargas eléctricas se desencadenan al reducir el espacio entre los electrodos, lo que intensifica el campo eléctrico. Dos formas comunes incluyen la electroerosión por hilo, en la que se utiliza un hilo para quemar (o erosionar) las piezas, y la electroerosión por penetración, en la que la pieza de trabajo y el electrodo se sumergen en un fluido dieléctrico.

El corte por plasma implica el uso de un soplete para cortar metal. El gas de aire comprimido y los arcos eléctricos se combinan para generar plasma. Sin embargo, se puede usar un medio más familiar, el agua, para el mecanizado CNC. Las cortadoras por chorro de agua utilizan chorros de agua concentrados a alta presión para cortar metal, granito y otros materiales duros. En algunos casos, se puede mezclar arena u otras sustancias abrasivas fuertes para mejorar el efecto. El corte por chorro de agua se emplea a menudo con materiales menos tolerantes al calor.

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