Explorar todas las operaciones de fresado: Guía completa de tipos de fresado

¿Cómo funciona el fresado CNC?

El fresado es un proceso de mecanizado que produce formas geométricas complejas desde bloques sólidos de material usando una máquina de fresado CNC y fresas. El proceso comprende una pieza estacionaria y una herramienta de corte rotativa. Además, una máquina CNC tiene movimientos de ejes lineales y rotativos para generar trayectorias complejas entre pieza y fresa.

La tecnología de fresado CNC es automática y así altamente precisa. El movimiento de la herramienta sobre la pieza (la trayectoria) se programa via software CAD/CAM. En un entorno CAM típico, ingenieros tienen multitud de tipos de operaciones de fresado para elegir, cada una con su uso funcional.

Comencemos con algunos de los tipos básicos y más comunes de operaciones de fresado prevalentes en un taller.

Típicamente, estas operaciones también son caracterizables por geometría de pieza, ya que cada proceso logra características geométricas específicas en la pieza.

Fresado Plano (Plain Milling)

El fresado plano, o fresado de desbaste (slab milling), es un proceso central donde una fresa horizontal mecaniza superficies planas en la pieza. La dirección de rotación de la fresa se alinea con la dirección de avance en fresado plano. En otras palabras, el eje de la herramienta es paralelo a la superficie de corte.

Generalmente, el fresado plano es bastante útil para ciclos de desbaste al inicio de un plan de manufactura. Es efectivo convirtiendo materiales brutos a geometrías prismáticas, cuadradas con dimensiones precisas y acabados suaves, listos para más operaciones.

Además, el fresado de desbaste ofrece buena tasa de remoción de material y alta estabilidad de proceso debido a la orientación horizontal de la herramienta.

Fresado Frontal (Face Milling)

El fresado frontal, como el plano, produce superficies planas y suaves en la pieza. La diferencia está en la orientación de la herramienta. La herramienta en fresado frontal es perpendicular a la superficie de corte, significando que la mayor acción de corte ocurre en la cara de la herramienta en lugar de sus bordes laterales.

Esto hace del fresado frontal una operación ideal para lograr calidades superficiales finas y alta precisión dimensional. Debido al eje de herramienta perpendicular al plano de corte, es menos susceptible a desviaciones geométricas y vibraciones de herramienta, llevando a alta paralelismo de pieza.

Fresado Lateral (Side Milling)

El fresado lateral está entre los tipos comunes de procesos de fresado usados para cortar los lados de una pieza. Utiliza principalmente la periferia, o bordes laterales, de la fresa para remover material. Generalmente, el fresado lateral es útil para cortar perfiles, ranuras y paredes verticales en la pieza.

Debido a las fuerzas de corte actuando perpendicular al eje de herramienta, mecanizadores deben tener cuidado gestionando la carga de corte en la herramienta. Fuerzas excesivas o cortes muy profundos pueden causar deflexiones e incluso rotura de herramienta.

Fresado de Hombro (Shoulder Milling)

El fresado de hombro es un proceso que produce paredes verticales y fondos/planchas planas con hombros precisos y perpendiculares entre ellos. Utiliza tanto los bordes frontales como periféricos de la fresa, típicamente una fresa de extremo (endmill). Este tipo de corte permite corte simultáneo del fondo y la pared, permitiendo cortar esquinas agudas en geometría de hombro.

La utilidad del fresado de hombro en producir piezas de alta precisión con características prismáticas como moldes y matrices, donde esquinas agudas son esenciales para mantener ensamblajes rígidos.

Fresado Angular (Angular Milling)

Las máquinas de fresado angular realizan cortes y características angulares en la pieza. Más comúnmente, tales características incluyen chaflanes o acanaladuras a lo largo del borde de la pieza.

Mecanizadores podrían utilizar múltiples técnicas para realizar operaciones de fresado angular. Por ejemplo, pueden usar un utillaje angular para sujetar la pieza en el ángulo deseado, o usar fresas angulares propósito-específico con filos de corte angulares, o incluso máquinas multi-ejes.

Generalmente, el fresado angular es una operación de acabado para remover bordes agudos o producir características estéticas. Para piezas de alta precisión como moldes y matrices, es bastante útil produciendo correctamente ángulos de desmoldeo en las piezas.

Fresado de Forma (Form Milling)

El fresado de forma es un proceso que involucra fresas específicamente formadas para producir características con geometrías especiales. Las herramientas de fresado de forma pueden producir contornos complejos como curvas, arcos y otras formas no convencionales. La figura abajo muestra, por ejemplo, una fresa de forma con contorno redondo, capaz de producir cavidad arqueada dentro de la pieza.

Una aplicación común del fresado de forma es en fabricación de moldes y utillaje, donde ingenieros diseñan sus propias fresas de forma para cortar perfiles geométricos personalizados en brutos de moldes y matrices.

Fresado de Perfil (Profile Milling)

El fresado de perfil es un proceso avanzado que produce contornos complejos en la pieza. Estos contornos generalmente comprenden combinación de curvas, arcos y líneas. El fresado de perfil es generalmente una operación de máquina CNC, ya que es imposible lograr perfiles intrincados manualmente.

Hay varias aplicaciones de fresado de perfil en manufactura industrial de piezas geométricamente complejas. Por ejemplo, perfiles de álabes de turbina aeroespacial y exteriores automotrices requieren extensas operaciones de fresado de perfil.

Fresado en Grupo (Gang Milling)

El fresado en grupo es un proceso que maximiza productividad utilizando varias herramientas de corte al mismo tiempo. Estas herramientas se montan en un solo arbor de manera específica. Este único arbor rota todas las fresas, cada una mecanizando una porción diferente de la superficie de la pieza.

El fresado en grupo es muy común para piezas con múltiples cortes en la misma orientación. Reduce tiempo total de mecanizado mientras mejora rendimiento.

Fresado de Engranajes (Gear Milling)

El fresado de engranajes, como sugiere el nombre, es un proceso exclusivo para producir engranajes. Los engranajes tienen perfiles geométricos altamente intrincados difíciles de lograr con fresas estándar.

Así, fabricantes de engranajes usan fresas de engranajes especiales con el perfil exacto que requieren. Este enfoque ayuda maximizar precisión y productividad.

Fresado de Rosca (Thread Milling)

El fresado de rosca, como el de engranajes, está entre los tipos exclusivos de operaciones de fresado. Se usa para cortar roscas dentro de un orificio en la pieza. Las operaciones utilizan fresas especiales en la forma específica del perfil de rosca.

Además, el fresado de rosca es un proceso de alta precisión ya que requiere trayectoria helicoidal para cortar la rosca en el paso correcto. Típicamente, mecanizadores realizan fresado de rosca en máquina CNC usando ciclos especializados de generación de trayectorias.

Producir roscas usando técnicas de fresado en lugar de métodos tradicionales como machos ofrece mayor flexibilidad ya que el proceso se adapta convenientemente a cualquier tamaño de orificio, paso y perfil.

Fresado de Ranuras (Slot Milling)

El fresado de ranuras es un proceso común útil para producir ranuras en piezas. Puede trabajar con variedad de tipos de fresas, incluyendo fresas de ranura en T, fresas de extremo o fresas de disco, dependiendo de geometría de la ranura.

Algunas aplicaciones comunes incluyen mecanizado de chaveteros, bolsillos y acanaladuras en componentes estructurales.

Tipos especiales de operaciones de fresado

Las operaciones de fresado no se limitan a procesos estándar discutidos arriba. Con últimos avances en tecnología CNC y utillaje, el fresado ha evolucionado significativamente. Una máquina CNC moderna puede manejar geometrías de piezas altamente complejas con características intrincadas.

Esta sección discutirá algunas de las técnicas avanzadas de fresado.

Fresado CNC Multi-ejes

El fresado CNC multi-ejes es una técnica avanzada que utiliza máquina de fresado CNC multi-ejes. Centros de fresado 5-ejes son la opción más popular para talleres de manufactura avanzada, que generalmente comprenden tres ejes lineales (X, Y, Z) y dos rotativos (cualquier dos de A, B, C), que el mecanizador puede manipular simultáneamente.

El fresado multi-ejes CNC es capaz de mecanizar piezas de alta precisión con características geométricas como curvas spline, perfiles, superficies y subcortes. Juega papel crucial en industrias exigentes como aeroespacial, automotriz y dispositivos médicos, donde piezas no prismáticas y tolerancias ajustadas son comunes.

Fresado-Torneado (Turn Milling)

El fresado-torneado es una técnica híbrida que combina características de tanto torneado como fresado en la misma máquina, conocida como torno-fresa. Centros de fresado-torneado típicamente tienen plato y contrapunto para montar y rotar la pieza, como en un torno. Además, tienen dispositivos de sujeción de herramientas especializados con herramientas de corte rotativas, como en fresado.

La fresa en centros de fresado-torneado es maniobrable en múltiples direcciones, incluyendo tanto paralela como perpendicular al eje de la pieza.

Este tipo de funcionalidad dual permite a centros fresado-torneado producir piezas con características tanto cilíndricas como prismáticas en la misma configuración. Esto impulsa productividad, precisión y ahorra costos.

Fresado de Paredes Finas (Thin-Wall Milling)

El fresado de paredes finas es una rama especial de técnicas avanzadas. Ciertas piezas, como álabes de turbina y envolventes de producto, tienen características de paredes finas. Las paredes finas se caracterizan por su baja relación altura-ancho.

La geometría delicada de estas características las hace susceptibles a problemas como vibraciones, deformaciones permanentes y chatter de mecanizado. Para evitar estos problemas, mecanizadores utilizan técnicas especiales como fresado dinámico, avances adaptativos y trayectorias de compromiso variable para máxima precisión y calidad superficial.

Dos operaciones de fresado típicas: Convencional vs. A favor (Climb)

El fresado convencional y a favor son dos tipos de operaciones que definen cómo la fresa se compromete con la pieza. La diferencia principal es cómo la dirección de avance de la pieza es respecto a la rotación de la herramienta.

En fresado convencional, o fresado hacia arriba (up milling), la dirección de avance se opone a la rotación de la fresa. Esto causa que el filo inicie el corte como frotamiento y luego transicione lentamente a corte puro. Como resultado, el ancho de viruta empieza en cero y es máximo cuando la fresa sale de la pieza. Generalmente, el fresado convencional es más estable en términos de vibración y tratamiento de backlash de máquina.

En fresado a favor (climb milling o down milling), por el contrario, la dirección de avance se alinea con la rotación de la fresa. El ancho de viruta empieza en su máximo y va gradualmente a cero, llevando a tendencia de carga de corte suave. El fresado a favor es la técnica preferida ya que rinde mejor vida de herramienta, acabado superficial y cargas de corte bajas.

Factores clave en selección del tipo de fresado correcto

Con tantos tipos de operaciones de fresado para elegir, hacer la elección óptima puede ser desafiante. Generalmente, hay varios factores que ingenieros deben considerar al seleccionar operaciones para sus planes de manufactura.

Geometría de pieza

Las características geométricas de la pieza son lo primero a ver al seleccionar procesos de fresado. Características específicas como superficies angulares, curvatura y roscas pueden ayudar acortar lista de procesos a número manejable.

Por ejemplo, un panel automotriz, por su curvatura compleja, ciertamente requeriría técnicas avanzadas como fresado de perfil con máquina CNC.

Capacidad de máquina-herramienta

Diferentes máquinas de fresado tienen diferentes capacidades. Una fresadora manual de 3 ejes es perfecta para trabajos simples como escuadrar brutos, cortar superficies angulares o producir superficies planas. Una operación más compleja como fresado de perfil, sin embargo, no puede ser posible sin máquina CNC multi-ejes.

Similarmente, un centro torno-fresa es máquina especializada que puede producir eficientemente piezas principalmente cilíndricas con características prismáticas.

Requisitos de calidad

Requisitos de calidad como acabado superficial y tolerancias también dictan elección del proceso. El fresado a favor, por ejemplo, sería más adecuado si se desea producción de alta calidad. Una máquina CNC es la opción preferida si se requieren tolerancias ajustadas.

Parámetros de corte en diferentes operaciones de fresado

El proceso de fresado es definido por parámetros de corte, que ingenieros usan para controlar factores como fuerzas de corte, calidad superficial y tolerancias de manufactura. Los tres principales parámetros son:

Avance (Feed)

La velocidad de avance determina la tasa a la que la herramienta y pieza se mueven relativa entre sí. Ingenieros usan varias formas de representarlo. Unidades comunes: distancia/tiempo (mm/min), distancia/revolución (mm/rev), y distancia/diente (mm/diente). Avances mayores logran alta productividad pero disminuyen vida de herramienta y calidad superficial.

Velocidad (Speed)

La velocidad de corte define qué tan rápido la herramienta rota sobre la superficie de la pieza. Unidades típicas: mm/min o RPM. Velocidades mayores promueven productividad y calidad superficial pero pueden llevar a desgaste excesivo y problemas térmicos.

Profundidad de corte (Depth of Cut)

La profundidad determina qué tan profundo la herramienta entra en la superficie de la pieza. En fresado, ya que la fresa a menudo corta en ambas direcciones radial y axial, hay dos parámetros: profundidad radial (RDOC) y axial (ADOC). Alta profundidad aumenta fuerzas, vibraciones y generación de calor, pero también conduce a mayor productividad.

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El fresado CNC es indudablemente un proceso de manufactura altamente versátil con vastas capacidades. Con variedad de operaciones para elegir, ofrece gran flexibilidad a ingenieros en términos de diseño y manufacturabilidad.