Fresado CNC Explicado: Fabricación de Piezas de Precisión

El fresado CNC es un proceso de fabricación sustractivo usado por ingenieros para obtener piezas de precisión mediante mecanizado CNC externalizado. Este artículo explica cómo funcionan las máquinas de fresado CNC, qué tipos de piezas pueden producirse con fresado y directrices de diseño que ayudan a optimizar piezas para fabricabilidad.

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

Esta guía describe cómo operan las máquinas de fresado CNC, repasa tipos comunes de máquinas de fresado CNC y proporciona consejos de diseño para sacar el máximo partido al mecanizado CNC externalizado.

¿Cómo funcionan las máquinas de fresado CNC?

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

Paso 1: Crear un modelo CAD

Los mecanizadores usan software CAD como Autodesk Fusion 360 para crear un modelo CAD de un componente específico.

Paso 2: Convertir modelo CAD para máquina CNC

El modelo CAD se importa en software CAM. La salida es un conjunto de instrucciones digitales, o G-code, que define trayectorias de herramienta, posiciones y velocidades para mecanizar el componente.

Paso 3: Preparar la máquina de fresado CNC

La pieza o bloque de material se sujeta en la bancada y se alinea usando herramientas de metrología o sondas táctiles. Se instala el utillaje del husillo y se completan todos los pasos de preparación de la fresadora.

Paso 4: Iniciar el proceso de fresado

Se carga el programa y comienza el ciclo CNC. Herramientas de corte especializadas rotan a la velocidad de husillo programada para remover material de la pieza hasta que la geometría coincide con el componente deseado.

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

Ambos usan control numérico por computadora, pero los procesos difieren. El torneado CNC produce superficies cilíndricas o cónicas. La pieza gira en un torno para realizar corte, taladrado, torneado y roscado. Una herramienta de torneado de punta única permanece en contacto con la pieza durante toda la operación.

El fresado CNC genera superficies planas usando una fresadora. Una herramienta de corte multipunto rotativa remueve material, y el corte es intermitente con múltiples pasos.

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

Máquinas de fresado de 3 ejes mueven la herramienta de corte en los ejes X, Y y Z para remover material. Este método es común por sus menores costes de arranque y se usa para piezas simples con geometría directa.

Una máquina de fresado de 4 ejes añade un eje rotativo, a menudo el eje A, que rota la pieza 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 añadida.

Una máquina de fresado de 5 ejes proporciona movimiento en 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 preparaciones y soporta mecanizado en un solo paso para mayor productividad.

¿Qué tipos de piezas se pueden hacer con máquinas de fresado CNC?

Las máquinas de fresado CNC producen diseños complejos con tolerancias muy ajustadas. Es uno de los métodos de fabricación más precisos disponibles.

Ejemplos incluyen:

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

• Componentes automotrices como paneles de control, ejes y moldes

• Componentes de electrónica de consumo como carcasas

• Componentes médicos como instrumentos quirúrgicos y ortesis

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

• Prototipado y modelado

• Esculturas

• Muebles

• Carpintería

Las máquinas de fresado CNC pueden cortar una amplia gama de materiales, incluyendo bronce de aluminio, cobre, cerámica, contrachapado, varios tipos de acero, piedra, madera, cinc y otros materiales de ingeniería. Esto hace el proceso adecuado para prototipos en desarrollo de producto. Ajustes precisos y rápidos son posibles hasta lograr el diseño final.

Aunque flexible, hay límites relacionados con movimiento de ejes, tamaño de prototipo y tamaño de herramienta. La mayoría de máquinas tienen restricciones de forma y tamaño. Máquinas CNC grandes pueden crear prototipos hasta 32 m por 6,4 m (105 pies por 21 pies).

Las máquinas más pequeñas se limitan a movimiento de hasta 229 mm (9 pulgadas) en eje X, 130 mm (5,125 pulgadas) en eje Y y 165 mm (6,5 pulgadas) en eje Z. Debido a limitaciones de forma, algunas máquinas pueden tener problemas taladrando agujeros con bordes cuadrados.

¿Cómo diseñar piezas para fresado CNC?

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

• Minimizar preparaciones: Menos preparaciones reducen tiempo de ciclo y coste, mejorando eficiencia en mecanizado CNC externalizado.

• Radios en esquinas interiores: Los radios en esquinas interiores deberían 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 el diseño permita, para ahorro de coste. Minimice profundidad de bolsillos donde sea posible, y use agujeros taladrados en lugar de fresar formas internas.

• Paredes y secciones delgadas: Las secciones delgadas pueden deflexionar y deformarse bajo fuerzas de mecanizado, incluso en metales blandos. Donde la función lo permita, secciones más gruesas aumentan rendimiento, reducen coste y mejoran acabado superficial.

• Tamaño de pieza: Características pequeñas requieren herramientas pequeñas y frágiles que corren más lento y aumentan coste. Donde la función lo permita, características mayores mejoran fabricabilidad.

• Estandarización: Tamaños de rosca estándar, radios de esquina estándar, materiales estándar y tolerancias estándar reducen coste y plazo de entrega entre proveedores.

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

Metales blandos y algunos duros mantienen tolerancias ajustadas y son relativamente directos de mecanizar. Cuando un material sale del rango óptimo de dureza y se vuelve demasiado duro o demasiado blando, puede responder impredeciblemente durante fabricación y la precisión de corte se reduce.

Como resultado, ciertas aleaciones se usan más a menudo y se consideran estándares de la industria. Aluminio 6061-T6 y varios aceros suaves son populares porque son fáciles de mecanizar y ofrecen propiedades bien equilibradas.

¿Hay trucos de software que los ingenieros deberían conocer para diseñar para fabricabilidad?

Las herramientas CAD se alinean bien con piezas que son simples de fabricar en mecanizado CNC externalizado.

Por ejemplo, el Asistente de agujeros genera agujeros de tamaños estándar. Características básicas creadas con Extrusión o Revolución suelen mecanizarse más predeciblemente que superficies Loft o Sweep complejas.

Piezas modeladas con características más simples son generalmente más fáciles de producir en masa que aquellas con superficies complejas. Si una característica compleja no es requerida, un enfoque más simple a menudo reduce coste y riesgos de calidad.

¿Cómo sacar el máximo partido al fresado CNC con Protolabs Network?

Hay muchas formas de reducir coste y acortar plazo de entrega para fresado CNC. En general, gran parte del beneficio viene de diseñar piezas simples y estándar. Diseños que usan características simples y utillaje de tamaños estándar tienden a dar resultados consistentes.

La complejidad es aceptable cuando es necesaria, pero aumenta plazo y coste. Una pieza simple con tolerancias relativamente ajustadas o una característica compleja puede ser manejable en aluminio, mientras que la misma geometría en plástico puede ser difícil para producción en volumen.

En resumen, diseños que permanecen simples y estándar donde sea posible son preferidos. Características complejas o materiales especializados pueden ser requeridos en ciertas etapas, pero hacen el fresado más intensivo.

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Preguntas frecuentes

¿Qué materiales usa el fresado CNC?

Los materiales para fresado CNC caen en tres categorías: plásticos, metales blandos y metales duros. Opciones comunes incluyen aluminio, bronce, cobre, cerámica, contrachapado, acero, piedra, madera y cinc. En mecanizado CNC externalizado, los ingenieros suelen elegir materiales fáciles de mecanizar con propiedades equilibradas.

¿Cuáles son las aplicaciones ideales para aluminio?

El aluminio se adapta bien al fresado CNC porque viruta fácilmente y resiste corrosión. Aplicaciones típicas incluyen accesorios de aeronaves, herrajes arquitectónicos, componentes médicos, engranajes y ejes.

¿Cuáles son las mejores alternativas para aluminio?

Acero y acero inoxidable son alternativas comunes para mecanizado CNC. Ofrecen mayor resistencia y resistencia a temperatura y mecanizan de forma fiable.

¿Es el mecanizado CNC lo mismo que el fresado?

El fresado CNC es un tipo de mecanizado CNC. La pieza se monta en la bancada y una fresa multipunto rotativa remueve material para crear piezas precisas.

¿Es caro el fresado CNC?

Hay formas de reducir el coste del fresado CNC. Si diseña piezas simples y usa utillaje de tamaños estándar, aumenta las probabilidades de producir un componente con costes mínimos. Otros consejos de diseño para mecanizado CNC incluyen añadir radios en esquinas interiores, evitar paredes y secciones delgadas y optar por características mayores en lugar de menores.

¿Cuáles son los usos comunes del fresado CNC?

El fresado CNC es una de las técnicas de fabricación más precisas, ideal para crear diseños complejos. Puede usarse para crear productos como componentes aeroespaciales, muebles, componentes médicos, prototipos, piezas de titanio y carpintería.

¿Cuáles son algunos fresadores comunes usados en fabricación?

Los fresadores más comunes usados en fabricación son láseres CNC, tornos CNC, fresadoras CNC, cortadores de plasma CNC y routers CNC. La máquina CNC de su elección dependerá de su proceso preferido y el tipo de producto que quiera construir.

¿Qué es una máquina de fresado CNC?

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

¿Para qué se usa una máquina de fresado CNC?

Equipos CNC comunes usados en fabricación incluyen fresadoras CNC, tornos CNC, routers CNC, cortadores láser CNC y cortadores de plasma CNC. La elección depende del proceso y la pieza a producir.

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