Comparación de procesos de mecanizado CNC:una guía completa para elegir el método correcto

¿Se debe tornear o fresar un componente? ¿Es suficiente el mecanizado de 3 ejes o el proyecto requiere 5 ejes? De acuerdo, una selección incorrecta del proceso de mecanizado CNC puede provocar costosos retrasos, tolerancias o gastos excesivos. En esta comparación de procesos de mecanizado CNC, describiremos cada método principal junto con una descripción general concisa de una manera clara y práctica. 

Con suerte, esto ayudará a tomar decisiones rentables y adaptadas a las características específicas del proyecto. ¡Vamos a sumergirnos!

Descripción general del proceso de fabricación CNC

“Los procesos de mecanizado CNC se refieren a un conjunto de procesos de fabricación que implican la eliminación de material de una pieza para darle forma a una determinada pieza.”

Cada uno de estos procesos se gestiona con la ayuda de una computadora, que ayuda a mover las herramientas con precisión milimétrica. Ésta es la razón por la que CNC significa Control Numérico por Computadora. A diferencia de la impresión 3D, es un método de fabricación sustractivo, lo que significa que se utiliza más material del necesario inicialmente y el exceso se elimina gradualmente para revelar la forma deseada. 

Bueno, este método prevalece, especialmente en industrias como la manufacturera, debido a su precisión y consistencia excepcionales.

¿Por qué existen tantos tipos diferentes de procesos?

Esta es una pregunta que viene a la mente de numerosos profesionales del diseño y la ingeniería. La respuesta es bastante sencilla:cada componente es diferente. Algunos pueden tener agujeros y curvas, mientras que otros pueden necesitar acabados lisos o bordes afilados. Por lo tanto, no existe un enfoque único que pueda utilizarse para todas las formas, tamaños y materiales. 

Para abordar todos estos requisitos, han surgido diferentes procesos. Cada uno de ellos se ocupa de una tarea específica, ya sea cortar bloques de metal, dar forma a cilindros o terminar superficies.

En este blog te explicaremos los diferentes tipos de procesos para que puedas tener una mejor perspectiva de ellos. Primero, echemos un vistazo rápido a cada uno.

Procesos basados en fresado

Con el fresado CNC, la pieza de trabajo permanece estacionaria mientras la herramienta de corte gira y extrae material como si estuviera despegando capas. Este enfoque es óptimo para componentes que tienen superficies planas, ranuras o bolsillos. 

Este proceso se utiliza a menudo para diseño y otros componentes de ingeniería que requieren agujeros, ángulos y formas tridimensionales intrincadas. Bueno, el fresado CNC es un proceso preciso y flexible que funciona con metales y plásticos.

Procesos basados en torneado

El torneado CNC funciona de forma ligeramente diferente. En este caso, la pieza de trabajo puede girar mientras la herramienta permanece estacionaria. La herramienta realiza operaciones de corte a lo largo de la superficie de la pieza de trabajo. 

Por lo tanto, es ideal para producir componentes circulares o cilíndricos como varillas, tuberías y ejes. En términos generales, el torneado es más común que el fresado y es especialmente útil cuando los componentes requieren simetría con respecto a una línea central, y es bastante más rápido que el fresado.

Procesos de realización de agujeros

Hay varias opciones para agregar agujeros. Una broca giratoria normalmente realiza la peor y más básica perforación CNC. Para una mayor precisión y mejores acabados superficiales, los agujeros también se pueden perforar y escariar. 

El mandrinado aumenta el tamaño de un agujero a la vez que mejora su posición, y el escariado da el toque final con un tamaño específico y una superficie súper lisa. Bien, estos procesos a menudo se realizan en combinación para aumentar la eficiencia total de las piezas.

Otros métodos CNC

Existen otras categorías de procesos de fabricación CNC que merecen atención además de las más comunes mencionadas anteriormente. 

• Esmerilado es el proceso de terminar o alisar una superficie con la ayuda de una rueca. 
• EDM, o mecanizado por descarga eléctrica, es otro proceso que utiliza chispas eléctricas para erosionar metales duros. 

Estas técnicas son indispensables cuando se requieren detalles complejos o acabados de alta calidad más allá de la capacidad de las herramientas convencionales.

Cada método tiene funciones específicas a realizar en el mecanizado CNC. Algunos métodos son más adecuados para formas planas y otros para formas redondas o detalles intrincados. Es por eso que conocer estos diferentes tipos de procesos de mecanizado CNC es crucial para prepararse para un proyecto. Le ayuda a evitar errores al permitirle seleccionar la herramienta adecuada para la tarea.

[Comparación principal] Cara a cara:Comparación en profundidad de los principales procesos CNC

¡Muy bien! Ahora, aquí en esta sección, analizaremos las diferencias entre los procesos de mecanizado CNC, su principio, ventajas, desventajas, aplicaciones y más. ¡Manténgase conectado!

Fresado CNC frente a torneado

¿Enrutamiento CNC versus fresado? ¡Vamos a resolverlo ahora! El fresado CNC y el torneado CNC son los dos procesos principales en la fabricación sustractiva dentro del CNC. Ambos procesos eliminan material de una pieza sólida, pero su mecánica de movimiento difiere. El fresado utiliza una herramienta giratoria y una pieza de trabajo fija, y el torneado hace girar la pieza de trabajo contra una herramienta fija.

Diferencia fundamental

¿En cuál de los dos procesos gira la herramienta o la pieza? Ésta es la distinción clave.

• En el fresado CNC, la herramienta de corte es la pieza que gira mientras la pieza de trabajo está estacionaria.
• En el torneado CNC, la pieza de trabajo gira y la herramienta de corte está estacionaria.

Piezas adecuadas

• El fresado es más adecuado para piezas cuadradas, planas o irregulares con características complejas.
• El torneado es ideal para piezas cilíndricas, redondas y rotacionales.

Cómo funciona

En el fresado CNC, una herramienta de corte giratoria atraviesa una pieza de trabajo fija a lo largo de los ejes X, Y y Z para eliminar material y dar forma a contornos complejos.

En el torneado CNC, la pieza de trabajo se fija en un mandril y se hace girar a altas velocidades de rotación. Una herramienta estática se mueve a lo largo de la superficie para formar las características cilíndricas.

Ventajas del fresado CNC

+ Capacidades avanzadas de precisión: Una fresadora es una de las mejores opciones cuando se trata de componentes complejos y multifacéticos con requisitos de alta precisión.

+ Capacidad de material versátil: Capaz de trabajar con materiales desafiantes como acero, titanio, aluminio e incluso plásticos de ingeniería.

+ Capacidad multifuncional: Realiza una variedad de operaciones como perforación, ranurado, contorneado y acabado de superficies en una sola configuración.

Desventajas del fresado CNC

– Ineficiencia de tiempo para piezas redondas: Este no es un buen enfoque para componentes rotativos o cilíndricos, ya que la eficiencia de tiempo y recursos es baja.

– Desgaste acelerado de la herramienta: El equipo puede experimentar un desgaste más rápido debido al mayor contacto de la superficie cuando se realizan cortes de múltiples ejes, especialmente con metales más duros.

– Alta Preparación Inicial: Necesita una programación CAM detallada y una configuración para piezas avanzadas.

Ventajas del torneado CNC

+ Rápido y Efectivo para Componentes Redondos: Eficaz para crear componentes simétricos como ejes, varillas y casquillos de forma rápida y precisa.

+ Costo operativo reducido: Los centros de torneado son más baratos y rápidos para la producción a granel de piezas cilíndricas.

Desventajas del torneado CNC

– Restricción de superficie cilíndrica: No es efectivo para formas planas, angulares u otras formas complejas.

– Herramientas limitadas: Las herramientas, en comparación con el fresado, contienen menos variedades y opciones.

– Acceso limitado a herramientas: Las herramientas de torno estándar pueden carecer de la capacidad de alcanzar determinadas geometrías.

Aplicaciones adecuadas del fresado CNC

• Componentes aeroespaciales: El CNC es útil para fabricar soportes, soportes y componentes estructurales de alta tolerancia.

• Recinto para equipos médicos: Los componentes estructurales y de carcasa son cruciales para los equipos médicos y deben producirse con precisión.

• Fabricación de matrices y moldes: Son útiles para el mecanizado de cavidades, bases de moldes e inserciones de precisión.

Aplicaciones adecuadas del torneado CNC

• Fabricación de ejes y piezas de ejes: Crea ejes cilíndricos largos y uniformes y ejes con diámetros consistentes.

• Tubos y piezas roscadas: Ideal para agujeros roscados internos y externos y superficies cónicas.

• Rotores y bujes para automóviles: Comúnmente producido para piezas como frenos de automóviles y cubos de ruedas.

Característica
Fresado CNC
Torneado CNC Tipo de movimiento Herramienta giratoria, parte fijaParte giratoria, herramienta fijaFormas ideales Piezas planas y complejas 3DCilíndricas y simétricasConfiguración de ejes De 3 a 5 ejesNormalmente 2 ejesTiempo de configuración Configuración más largaConfiguración más rápidaVelocidad para rondas Más lentoMucho más rápidoFlexibilidad de diseño AltoLimitado a características redondas

Mecanizado CNC de 3 ejes frente a 5 ejes:del básico al avanzado

El mecanizado de 3 y 5 ejes son tipos de fresado CNC, pero se diferencian en la rotación de la herramienta y la pieza de trabajo. 

En el mecanizado de 3 ejes, la herramienta se mueve en 3 ejes lineales:X, Y y Z, con la pieza estacionaria. En el mecanizado de 5 ejes, la herramienta o mesa también es capaz de inclinarse o girar, lo que proporciona 2 grados adicionales de movimiento, es decir, 5 grados de movimiento en total.

Principio de funcionamiento

En el mecanizado de 3 ejes, la herramienta es vertical y se mueve únicamente en una dirección lineal, lo que sólo se puede lograr mediante rotación. La pieza de trabajo está inmóvil, lo que significa que hay una cantidad limitada de geometría que se puede fabricar sin reposicionarla.

En cuanto al mecanizado de 5 ejes, ofrece acceso a la pieza de trabajo desde prácticamente cualquier ángulo, ya que la herramienta o mesa de trabajo puede inclinarse y girar. Esto minimiza la cantidad de configuraciones y ayuda a acceder a superficies de difícil acceso.

Ventajas del mecanizado de 3 ejes

+ Menor coste de mantenimiento: Las máquinas de 5 ejes son más costosas de configurar y mantener.

+ Efectivo para piezas básicas: Funciona bien con tareas planas como taladrar, encajar o refrentar.

+ Mayor accesibilidad: A menudo se encuentran en pequeños talleres CNC y otros talleres debido a su diseño simple.

imagen

Figura nº 5. Mecanizado CNC de 3 ejes

Desventajas del mecanizado de 3 ejes

– Mayores imprecisiones de tiempo y errores: Es necesario reposicionar las piezas, lo que aumenta las posibilidades de tiempo y errores debido a múltiples configuraciones.

– Menor precisión: Mayor probabilidad de una menor precisión para trabajos complejos, debido a una producción más lenta debido al reposicionamiento manual y al aumento de cambios de herramientas.

– No es eficaz para caries profundas: Mayor probabilidad de menor precisión, ya que la máquina requiere herramientas más largas y aumenta las vibraciones.

Ventajas del mecanizado de 5 ejes

+ Número reducido de configuraciones: Mayor posibilidad de reducir el tiempo de mecanizado, ya que las piezas de trabajo se reposicionan continuamente en lugar de sujetarse.

+ Reducción de desgaste mejorada: Las herramientas degradadas son menos susceptibles a ángulos óptimos, lo que mejora la vida útil restante de las herramientas.

+ Mejor acabado superficial: Permite acabados más suaves para superficies contorneadas.

Desventajas del mecanizado de 5 ejes

– Alta Inversión Inicial: Requiere máquinas costosas, software avanzado, personal capacitado y hardware sofisticado.

– Programación compleja: Se necesitan diseñadores CAM cualificados y simulaciones avanzadas para evitar colisiones y daños al producto.

– No siempre es necesario: Las piezas simples que se pueden realizar con mecanizado de 3 ejes no justifican los costes y la complejidad de esta configuración.

Mecanizado de 3 ejes:aplicaciones adecuadas

• Placas planas y carcasas: Lo mejor para el mecanizado plano de placas de montaje y cubiertas de carcasa.

• Bases de moldes: Se utiliza para el mecanizado en desbaste de cavidades y acabado de superficies planas en las industrias de herramientas y troqueles.

• Grabado y Señalización: Se utiliza frecuentemente para grabar logotipos y formas en láminas metálicas y plásticas.

• Piezas Industriales Básicas: Adecuado para piezas como bloques, soportes y otros componentes de fijación simples.

Mecanizado de 5 ejes:aplicaciones adecuadas

• Palas de turbina aeroespacial: Ideal para componentes muy contorneados y con bolsillos profundos.

• Implantes médicos: Utilizado en componentes complejos como articulaciones de cadera, piezas dentales y ortopédicas.

• Piezas de rendimiento automotriz: Ayuda a lograr estructuras ligeras y optimizadas en motores y piezas de suspensión.

Característica
Mecanizado de 3 ejes
Mecanizado de 5 ejes Grados de libertad X, Y, ZX, Y, Z + A (rotación), B (inclinación)Mejor para Geometrías simples y planasComponentes complejos con múltiples superficiesTiempo de instalación Más largo para piezas complejas Mínimo debido al mecanizado de configuración únicaFacilidad de programación FácilComplejo y avanzadoCosto de Equipo InferiorSuperiorAcabado superficial BuenoExcelente gracias a los ángulos óptimos de la herramienta

Fresado CNC versus fresado

El fresado CNC y el enrutamiento CNC son procesos que implican el uso de una herramienta giratoria para cortar y eliminar material. Aunque los dos comparten una base común, las máquinas que los realizan difieren significativamente, principalmente por los materiales con los que trabajan, la precisión requerida y el caso de uso.

Mecanismo de Operaciones

Una fresadora CNC funciona con un cuerpo robusto que sostiene una herramienta de corte que puede avanzar en 3 o más direcciones lineales. Esto permite dar forma a materiales duros con un alto grado de precisión.

Un enrutador CNC funciona más rápido que una fresadora CNC porque utiliza una máquina más ágil. Esta máquina hace girar un cortador a altas revoluciones para cortar rápidamente materiales blandos como madera y espuma. 

Ventajas del fresado CNC

+ Mayor resistencia a los golpes: Las fresadoras CNC utilizan un cuerpo robusto. Esto les permite absorber mejor las vibraciones. Por lo tanto, las fresadoras CNC brindan mayor precisión y confiabilidad cuando se trabaja con materiales duros.

+ Versatilidad en el Procesamiento de Materiales: Capaz de procesar materiales duros como metales y aleaciones (acero, aluminio), plásticos de ingeniería, así como plásticos de ingeniería más blandos.

+ Capacidad para soportar procesos sólidos :se pueden realizar procesos complejos, incluidos cajeras, taladrado y contorneado, en una única configuración.

Desventajas del fresado CNC

– Velocidad reducida: Los materiales duros y la precisión asociada a ellos aumentan la cantidad de tiempo necesario para el fresado CNC en comparación con otras tecnologías.

– Aumento de gastos: Los costos de mantenimiento y compra de una fresadora son más altos que los de una fresadora si se comparan los procesos de mecanizado CNC. 

Ventajas del enrutamiento CNC

+ Alta velocidad de corte: El fresado CNC es especialmente eficaz para materiales más blandos como madera, plástico y espuma, ya que se pueden procesar rápidamente.

+ Bajo costo de la máquina: Las fresadoras CNC suelen ser más asequibles, lo que las hace fáciles de adquirir para talleres y empresas nuevas o pequeñas.

+ Configuración ligera: Más fácil de instalar y operar para trabajos de pequeña escala, como instalaciones y reubicaciones para proyectos.

Desventajas del enrutamiento CNC

– Menos preciso: Las fresadoras CNC son menos precisas debido al peso ligero del marco, lo que las hace inadecuadas para piezas complejas o precisas.

– Más vibración: Esto es especialmente prominente con cortes más profundos o densos.

– Vida útil de la herramienta más corta: El desgaste de la herramienta es más pronunciado con altas velocidades del husillo y materiales duros, lo que reduce la vida útil de la herramienta.

Usos ideales del fresado CNC

• Fabricación de componentes metálicos: En la producción de piezas como componentes de motores, moldes o carcasas mecánicas, se necesita precisión en su fabricación.

• Fabricación de herramientas y troqueles: Excelente para producir matrices y accesorios personalizados para configuraciones de fabricación.

• Piezas aeroespaciales y médicas: Ideal para componentes que necesitan resistencia rigurosa y tolerancias precisas.

Usos ideales del enrutamiento CNC

• Proyectos de carpintería: Ideal para la creación de muebles, carteles de madera, armarios y paneles decorativos.

• Corte de Espuma y Plástico: Comúnmente empleado en el corte de espuma para embalaje, láminas acrílicas, tableros de PVC y materiales de espuma y letreros.

• Recorte compuesto: Útil en las industrias marina y automotriz para piezas de fibra de vidrio y fibra de carbono.

Característica
Fresado CNC
Enrutamiento CNC Rigidez de la máquina AltoBajoDiferencia principal Hecho para precisión y corte duroDiseñado para velocidad en materiales blandosMateriales adecuados Metales, plásticos durosMadera, plásticos blandos, espumaVelocidad de corte Más lentoMás rápidoNivel de precisión Muy altoModeradoIndustrias de aplicación Aeroespacial, automoción, herramientas, rotulación, mobiliario, embalajeCosto y configuración Configuración costosa y compleja Configuración asequible y más sencilla

El trío que hace agujeros: Fresado CNC frente a taladrado vs. aburrido vs. escariado

Perforación: La creación de un agujero en un material sólido utilizando una broca se denomina perforación. Es el paso inicial en el proceso de realización de agujeros.

Aburrido:  Bien, ahora hablemos de perforación CNC versus mandrinado. El mandrinado es el proceso de agrandar un agujero utilizando una herramienta de corte de un solo punto, lo que mejora su precisión cilíndrica.

Escariado: Ahora estará pensando en perforación CNC versus escariado. Ok, escariar es el paso final del proceso. Suaviza y agranda un orificio previamente perforado o perforado para darle una dimensión específica y una superficie lisa.

Diferencia principal

La perforación crea el orificio inicial, mientras que la perforación alinea y expande el orificio, y el escariado alisa el orificio hasta obtener las medidas exactas y el acabado superficial requeridos.

Ventajas de la perforación

+  Es rápido y rentable

+ La perforación es flexible para todos los materiales

+ Ideal para operaciones anteriores

Desventajas de la perforación

–  No se puede utilizar cuando la precisión del diámetro del agujero es crítica.

– Las paredes internas pueden ser rugosas.

– Las superficies dobladas y curvadas pueden provocar que las brocas se doblen.

Ventajas de lo aburrido

+ Se ocupa de irregularidades y desalineaciones.

+ Mejor alineación del agujero en el eje girado.

+ Capaz de crear agujeros de varios tamaños utilizando el mismo cuerpo de herramienta.

+ Excelente para arreglar los defectos de los agujeros perforados.

Desventajas de lo aburrido

– No se puede crear un agujero de la nada

– El tiempo hasta la finalización es más largo que el de perforación.

– No se puede realizar en configuraciones de alta velocidad.

–

Ventajas del escariado

+ Las superficies creadas pueden ser superficies perforadas hacia adentro con espejos.

+ Control estricto del tamaño del agujero con una precisión de Micrones.

+ Lo mejor para grandes volúmenes y requisitos de orificios exactos.

Desventajas del escariado

– Imposible operar sin un agujero.

– Sensible a desalineaciones.

– Restricciones de herramienta única a un diámetro establecido.

Característica
Perforación
Aburrido
Escariado Propósito principal Creación de orificios Ampliación y alineación de orificios Acabado de orificios Precisión de orificios Bajo (±0,1 mm típico)Medio (±0,05 mm típico)Alto (±0,01 mm o mejor)Acabado superficial ÁsperoMejoradoSuavizado a espejoTipo de herramienta Broca helicoidalBarra de mandrinar de punta únicaEscariador de múltiples filosPuede iniciar un agujero SíNoNoTasa de eliminación de material AltoMedioBajo

Cómo elegir el proceso de mecanizado CNC adecuado para su proyecto

Es importante comprender los requisitos precisos de fabricación de su pieza antes de elegir cualquier proceso de mecanizado CNC. Este sencillo diagrama de flujo analizará cómo elegir el proceso de mecanizado CNC en pasos sencillos.

Paso 1. Evaluar las características de la pieza

Examinar el esquema es un buen comienzo. Para piezas que son en su mayoría cilíndricas, el torneado CNC funcionará bien. Las piezas prismáticas complejas que tienen contadores o cavidades se solucionan mejor mediante fresado CNC. Para agujeros cilíndricos, se puede realizar taladrado, taladrado o escariado dependiendo del diámetro y acabado.

Paso 2. Clasificación de materiales

Los materiales blandos como el plástico o la madera se manejan mejor mediante el fresado CNC. Por el contrario, los metales duros se fresan o muelen mejor. Además, el rectificado es mejor para aceros endurecidos y para superficies ultralisas.

Paso 3. Excelentes funciones y opciones de precisión  

Si su diseño incluye tolerancias estrictas con ajustes vitales, como piezas aeroespaciales o médicas, es mejor abordarlas mediante fresado o rectificado. Para una precisión general, también son suficientes el torneado y el fresado.

Paso 4. Revisar el volumen y el costo de producción

En términos del volumen total de producción, los procesos de torneado y fresado son bastante eficientes cuando se realizan de forma automática. Las piezas que se necesitan en copias individuales o prototipos se pueden producir rápidamente mediante mecanizado o fresado manual. Esto depende del tipo de material.

Tabla de resumen de comparación rápida

Criterios
Fresado CNC
Torneado CNC
CNC de 5 ejes
Perforación
Aburrido
Escariado Geometría de pieza Superficies 3D planas, prismáticas y complejas Características cilíndricas y concéntricas Piezas multifacéticas muy complejas Orificios simples Orificios ampliados Tamaño final del orificio Idoneidad del material Metales, plásticos, compuestosMetales, plásticosMetales, aleaciones, compuestosMetales, plásticosMetalesMetales, algunos plásticosPrecisión AltoMedio a altoUltraaltoMedioAltoMuy altoAcabado superficial Suave a muy finoBuenoExcelenteAspero a buenoMejorado en perforaciónExcelenteAcceso a herramientas 3 ejes (algunos límites) Un solo eje Múltiples ángulos, posibles socavados Solo línea recta Solo línea recta Solo línea recta Volumen de producción Bajo a medioMedio a altoBajo a medioAltoMedioMedioCosto ModeradoBajo a moderadoAltoBajoModeradoModeradoCaso de uso típico Cerramientos, soportes, superficies complejas Ejes, casquillos, piezas redondas Piezas aeroespaciales, implantes médicos Creación de orificios Refinamiento del diámetro de los orificios Dimensión final y precisión de la superficie

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5) Conclusión:No existe el “mejor” proceso, solo la opción más adecuada

¡Muy bien! Entonces, vimos que cada método de mecanizado de precisión tiene sus propias ventajas y desventajas. Y la selección sólo se puede realizar según el tipo de requisitos del proyecto. Bien, intentamos brindarle comparaciones distintas de procesos de mecanizado CNC, asesoramiento profesional y una estructura bien definida para respaldar su elección. Úselo para elegir con confianza el mejor proceso de mecanizado para su próximo componente. ¡Buena suerte!