Fresado CNC explicado:fabricación de piezas de precisión

El fresado CNC es un proceso de fabricación sustractivo utilizado por los ingenieros para obtener piezas de precisión mediante mecanizado CNC subcontratado. Este artículo explica cómo funcionan las fresadoras CNC, qué tipos de piezas se pueden producir con fresado y pautas de diseño que ayudan a optimizar las piezas para su capacidad de fabricación.

El fresado CNC combina un sistema de control numérico por computadora con una herramienta de corte giratoria multipunto o fresa. En este proceso, la pieza de trabajo se monta en la bancada de una máquina y se retira material de un bloque sólido para crear la geometría final. El fresado CNC se utiliza para producir piezas a partir de materiales como vidrio, metal, plástico, madera y otros materiales especializados. 

Esta guía describe cómo funcionan las fresadoras CNC, revisa los tipos comunes de fresadoras CNC y brinda consejos de diseño para aprovechar al máximo la fabricación CNC subcontratada. 

¿Cómo funcionan las fresadoras CNC?

A alto nivel, el fresado CNC sigue un proceso de cuatro pasos. 

Paso 1:crear un modelo CAD

Los maquinistas utilizan software CAD como Autodesk Fusion 360 para crear un modelo CAD de un componente específico. 

Paso 2:Convertir el modelo CAD para la máquina CNC

El modelo CAD se importa al software CAM. El resultado es un conjunto de instrucciones digitales, o código G, que define trayectorias, posiciones y velocidades para mecanizar el componente. 

Paso 3:Configurar la fresadora CNC

La pieza de trabajo o el bloque de material se fija en la bancada de la máquina y se alinea mediante herramientas de metrología o palpadores. Se instalan las herramientas del husillo y se completan todos los pasos de configuración de la fresadora. 

Paso 4:Comience el proceso de fresado 

Se carga el programa y comienza el ciclo del CNC. Las herramientas de corte especializadas giran a la velocidad programada del husillo para eliminar material de la pieza de trabajo hasta que la geometría coincida con el componente deseado. 

¿Cuál es la diferencia entre fresado CNC y torneado CNC?

Tanto el fresado CNC como el torneado CNC utilizan control numérico por computadora, pero los procesos difieren. El torneado CNC produce superficies cilíndricas o cónicas. La pieza de trabajo gira en un torno para realizar cortes, taladrados, torneados y roscados. Una herramienta de torneado de un solo punto permanece en contacto con la pieza de trabajo durante toda la operación.  

El fresado CNC genera superficies planas mediante una fresadora. Una herramienta de corte giratoria de múltiples puntos elimina el material y el corte es intermitente con múltiples pasos. 

¿Qué son las fresadoras de 3, 4 y 5 ejes?

Fresadoras de 3 ejes Mueva la herramienta de corte a lo largo de los ejes X, Y y Z para eliminar material. Este método es común debido a los menores costos iniciales y se utiliza para piezas simples con geometría sencilla. 

Una fresadora de 4 ejes Agrega un eje giratorio, a menudo el eje A, que gira la pieza de trabajo para cortar alrededor de un cilindro o a lo largo de los lados de la pieza. Incluye todas las capacidades de 3 ejes con rotación adicional. 

Una fresadora de 5 ejes proporciona movimiento a lo largo de los tres ejes lineales más rotación e inclinación para un total de cinco ejes. Esta configuración produce geometrías complejas, como componentes aeroespaciales, piezas de titanio, dispositivos médicos y piezas de equipos de gas. Reduce la necesidad de múltiples configuraciones y admite el mecanizado en un solo paso para una mayor productividad. 

¿Qué tipo de piezas se pueden fabricar con fresadoras CNC?

Las fresadoras CNC producen diseños complejos con tolerancias muy estrictas. Es uno de los métodos de fabricación más precisos disponibles. 

Los ejemplos incluyen: 

• Componentes aeroespaciales, como componentes del tren de aterrizaje y estructuras del fuselaje 

• Componentes automotrices como paneles de control, ejes y moldes 

• Componentes de electrónica de consumo, como cajas 

• Componentes médicos como instrumentos quirúrgicos y aparatos ortopédicos 

• Piezas de máquinas de petróleo y gas, como válvulas, varillas y pasadores 

• Prototipado y modelado

• Esculturas

• Muebles

• Carpintería

Las fresadoras CNC pueden cortar una amplia gama de materiales, incluidos bronce de aluminio, cobre, cerámica, madera contrachapada, varios tipos de acero, piedra, madera, zinc y otros materiales de ingeniería. Esto hace que el proceso sea adecuado para prototipos en el desarrollo de productos. Es posible realizar ajustes precisos y rápidos hasta lograr el diseño final. 

Si bien es flexible, existen límites relacionados con el movimiento del eje, el tamaño del prototipo y el tamaño de la herramienta. La mayoría de las máquinas tienen restricciones de forma y tamaño. Las máquinas CNC grandes pueden crear prototipos de hasta 105 pies por 21 pies.  

Las máquinas más pequeñas están limitadas a un movimiento de hasta 9 pulgadas a lo largo del eje X, 5,125 pulgadas a lo largo del eje Y y 6,5 pulgadas a lo largo del eje Z. Debido a limitaciones de forma, algunas máquinas pueden tener problemas para perforar agujeros con bordes cuadrados. 

¿Cómo se diseñan piezas para fresado CNC?

Hay muchos factores de diseño a considerar al crear piezas para fresado CNC. En general, las recomendaciones de nuestros ingenieros mecánicos internos incluyen: 

• Minimizar configuraciones: Menos configuraciones reducen el tiempo y el costo del ciclo, lo que mejora la eficiencia en la fabricación CNC subcontratada. 

• Radios de las esquinas internas: Los radios de las esquinas internas deben ser al menos un cuarto de la profundidad de corte y preferiblemente alrededor de la mitad de la profundidad de corte, o tan grandes como lo permita el diseño, para ahorrar costos. Minimice la profundidad de la cavidad siempre que sea posible y utilice orificios perforados en lugar de fresar formas internas. 

• Paredes delgadas y secciones delgadas: Las secciones delgadas pueden deformarse y deformarse bajo las fuerzas del mecanizado, incluso en metales blandos. Cuando la función lo permite, las secciones más gruesas aumentan el rendimiento, reducen los costos y mejoran el acabado de la superficie. 

• Tamaño de pieza: Las funciones pequeñas requieren herramientas pequeñas y frágiles que funcionan más lentamente y aumentan los costos. Cuando la función lo permite, las características más grandes mejoran la capacidad de fabricación. 

• Estandarización: Los tamaños de rosca estándar, los radios de esquina estándar, los materiales estándar y las tolerancias estándar reducen los costos y el tiempo de entrega entre proveedores. 

Los materiales para el mecanizado CNC generalmente se dividen en tres grupos:plásticos, metales blandos y metales duros. 

Los metales blandos y algunos metales duros tienen tolerancias estrictas y son relativamente sencillos de mecanizar. Cuando un material sale del rango de dureza óptimo y se vuelve demasiado duro o demasiado blando, puede responder de manera impredecible durante la fabricación y se reduce la precisión del corte. 

Como resultado, ciertas aleaciones se utilizan con más frecuencia y se consideran estándares de la industria. El aluminio 6061-T6 y varios aceros dulces son populares porque son fáciles de mecanizar y ofrecen propiedades bien equilibradas. 

¿Existen trucos de software que los ingenieros deberían conocer para diseñar con vistas a la capacidad de fabricación?

Las herramientas CAD se alinean bien con piezas que son fáciles de fabricar mediante mecanizado CNC subcontratado.  

Por ejemplo, Hole Wizard genera agujeros de tamaño estándar. Las funciones básicas creadas con Extrusión o Revolución suelen mecanizarse de manera más predecible que las superficies complejas de Loft o Barrido.  

Las piezas modeladas con características más simples son generalmente más fáciles de producir en masa que aquellas con superficies complejas. Si no se requiere una característica compleja, un enfoque más simple a menudo reduce los costos y los riesgos de calidad. 

¿Cómo aprovechar al máximo el fresado CNC con Protolabs Network?

Hay muchas formas de reducir costos y acortar el tiempo de entrega del fresado CNC. En general, gran parte del beneficio proviene del diseño de piezas simples y estándar. Los diseños que utilizan características simples y herramientas de tamaño estándar tienden a producir resultados consistentes. 

La complejidad es aceptable cuando es necesaria, pero aumenta el tiempo de entrega y el costo. Una pieza simple con tolerancias relativamente estrictas o una característica compleja puede ser manejable en aluminio, mientras que la misma geometría en plástico puede resultar difícil para una producción en volumen. 

En resumen, se prefieren los diseños que siguen siendo simples y estándar siempre que sea posible. Es posible que en determinadas etapas se requieran características complejas o materiales especializados, pero esto hace que el fresado sea más intensivo. 

Protolabs Network ofrece una red global de centros de fresado de 3 ejes, 3+2 ejes y 5 ejes completos que fabrican piezas precisas y de alta calidad. Se encuentran disponibles cotizaciones instantáneas y gratuitas. 

Preguntas frecuentes

¿Qué materiales utiliza el fresado CNC?

Los materiales para fresado CNC se dividen en tres categorías:plásticos, metales blandos y metales duros. Las opciones comunes incluyen aluminio, bronce, cobre, cerámica, madera contrachapada, acero, piedra, madera y zinc. En la fabricación CNC subcontratada, los ingenieros suelen elegir materiales que sean fáciles de mecanizar y que tengan propiedades equilibradas. 

¿Cuáles son las aplicaciones ideales para el aluminio?

El aluminio es muy adecuado para el fresado CNC porque se astilla fácilmente y resiste la corrosión. Las aplicaciones típicas incluyen accesorios para aeronaves, hardware arquitectónico, componentes médicos, engranajes y ejes. 

¿Cuáles son las mejores alternativas al aluminio?

El acero y el acero inoxidable son alternativas habituales para el mecanizado CNC. Ofrecen mayor resistencia y resistencia a la temperatura y se mecanizan de manera confiable. 

¿El mecanizado CNC es lo mismo que el fresado?

El fresado CNC es un tipo de mecanizado CNC. La pieza de trabajo se monta en la bancada de la máquina y una cortadora multipunto giratoria elimina el material para crear piezas precisas. 

¿Es caro el fresado CNC?

Hay formas de reducir el coste del fresado CNC. Si diseña piezas simples y utiliza herramientas de tamaño estándar, puede aumentar las posibilidades de producir exitosamente un componente con costos mínimos. Otros consejos de diseño de mecanizado CNC incluyen agregar radios de esquina internos a las piezas, evitar paredes y secciones delgadas de una pieza y optar por características más grandes en lugar de más pequeñas.

¿Cuáles son los usos comunes del fresado CNC?

El fresado CNC es una de las técnicas de fabricación más precisas, lo que la hace ideal para crear diseños complejos. Se puede utilizar para crear productos como componentes aeroespaciales, muebles, componentes médicos, prototipos, piezas de titanio y carpintería. 

¿Cuáles son algunos molinos comunes utilizados en la fabricación? 

Las fresadoras más comunes utilizadas en la fabricación son los láseres CNC, los tornos CNC, las fresadoras CNC, las cortadoras de plasma CNC y las enrutadores CNC. La máquina CNC que elija dependerá de su proceso preferido y del tipo de producto que desee fabricar. 

¿Qué es una fresadora CNC?

El fresado CNC es un método de fabricación preciso para crear diseños complejos con tolerancias estrictas. Las aplicaciones comunes incluyen componentes aeroespaciales, componentes médicos, prototipos, componentes de titanio, elementos de muebles y piezas de carpintería. 

¿Para qué se utiliza una fresadora CNC?

Los equipos CNC comunes utilizados en la fabricación incluyen fresadoras CNC, tornos CNC, enrutadores CNC, cortadoras láser CNC y cortadoras de plasma CNC. La elección depende del proceso y de la pieza a producir. 

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