¿Qué tipo de mecanizado CNC es adecuado para mi proyecto?

Existe evidencia de que el mecanizado se ha utilizado para fabricar objetos desde varios cientos de años antes de Cristo, pero el mecanizado de control numérico por computadora (CNC) tal como lo conocemos comenzó en el siglo XVIII, cuando se usaba vapor para automatizar los procesos de producción. A finales de la década de 1940, los investigadores del MIT desarrollaron los primeros sistemas de mecanizado programables utilizando tarjetas de papel perforadas (también denominadas tecnología de control numérico) para dirigir el movimiento de las máquinas. El auge de la computación digital a mediados del siglo XX revolucionó el campo de la fabricación y finalmente llevó a las máquinas CNC robóticas avanzadas de la actualidad.

El mecanizado CNC permite a los fabricantes fabricar piezas de alta precisión y calidad constante a partir de casi cualquier material, incluidos metales, plásticos, compuestos, espuma e incluso madera. Debido a que el mecanizado CNC está altamente automatizado, ofrece a los fabricantes una forma rentable de ejecutar tanto proyectos personalizados únicos como series de producción de volumen medio.

En este artículo, lo guiaremos a través de los diferentes tipos de mecanizado CNC, así como qué tipos son los más adecuados para piezas y aplicaciones específicas.

Cómo funciona el mecanizado CNC

Mientras que los procesos aditivos como la impresión 3D crean piezas desde cero, el mecanizado CNC es sustractivo, lo que significa que funciona a la inversa al eliminar gradualmente el material de un bloque sólido, llamado "pieza en blanco" o "pieza de trabajo", para hacer el producto terminado. Las máquinas CNC se dirigen a través de archivos de diseño digital, que se traducen en instrucciones sobre cómo el dispositivo debe cortar la pieza de trabajo.

El uso de computadoras para automatizar y controlar el proceso de mecanizado brinda un impulso increíble a la productividad del fabricante. Debido a que múltiples máquinas CNC pueden usar el mismo archivo de diseño para hacer la misma serie de cortes en múltiples piezas de trabajo uniformes, pueden crear piezas mucho más rápido que sus contrapartes humanas.

Un proceso de producción altamente replicable, el mecanizado CNC ha desempeñado un papel fundamental en el sector de la fabricación y es en gran parte responsable de permitir la génesis de la creación rápida de prototipos. Antes de que existiera la cinta perforada y la tecnología de control numérico por computadora, las piezas tenían que mecanizarse a mano. Esto creaba invariablemente grandes márgenes de error en los productos prototipo finales, especialmente cuando las máquinas se usaban para la fabricación manual a gran escala. El mecanizado CNC transformó la fabricación al introducir una mayor eficiencia en el proceso, lo que permitió la creación rápida de prototipos y la producción a gran escala con calidad y velocidad uniformes.

El mecanizado CNC moderno es un proceso de fabricación versátil que da como resultado piezas de alta precisión, lo que lo hace útil para crear una amplia variedad de productos en una amplia gama de industrias. Esto incluye todo, desde chasis de automóviles y motores de aviones hasta herramientas de jardinería y equipos quirúrgicos.

Tipos de máquinas CNC

Hay dos tipos de máquinas CNC:de 3 ejes y de varios ejes.

Mecanizado de 3 ejes

El mecanizado de 3 ejes incluye los procesos de fresado CNC y torneado CNC, los cuales implican mover el dispositivo de corte a lo largo de tres ejes lineales a medida que se corta la pieza de trabajo (los tres ejes son de izquierda a derecha, de adelante hacia atrás y arriba y abajo).

Con una fresadora CNC, la pieza de trabajo se mantiene estacionaria mientras las herramientas de corte o los taladros giran a alta velocidad para eliminar el material, lo que da como resultado piezas de alta precisión. Las máquinas son fáciles de programar y operar, y se pueden usar para crear la mayoría de las piezas con diseños geométricos simples.

Sin embargo, debido a que las herramientas de corte y los taladros solo pueden moverse a lo largo de los tres ejes, ciertos diseños o áreas de la pieza de trabajo pueden ser difíciles de completar o alcanzar. La rotación de la pieza de trabajo a menudo puede ser una solución, pero varias rotaciones por pieza en el proceso de fresado pueden aumentar rápidamente los costos de producción.

El proceso de torneado CNC, por otro lado, implica unir la pieza de trabajo a un husillo giratorio y usar un torno para dar forma a la pieza. Los tornos pueden producir piezas más rápido y a menor costo que las fresadoras CNC, especialmente cuando se usan para series de producción de alto volumen, pero su restricción principal es que solo se pueden usar para fabricar piezas con rotación simétrica. Esto incluye piezas como tornillos, tazones y patas de sillas.

Mecanizado multieje

La familia de mecanizado CNC multieje incluye tres procesos:fresado CNC indexado de 5 ejes, fresado CNC continuo de 5 ejes y mecanizado de fresado-torneado con herramientas motorizadas.

En comparación con el mecanizado de 3 ejes, los procesos de varios ejes permiten una mayor libertad de movimiento durante los procesos de fresado y torneado. En los procesos de 3 ejes, la pieza de trabajo o la herramienta de corte giran (pero no ambos), mientras que los procesos de 5 ejes permiten que ambos giren y se muevan a lo largo de los tres ejes lineales. Si bien esto abre oportunidades para crear piezas más complejas, las máquinas multieje son más costosas y requieren máquinas y operadores especializados.

El fresado CNC indexado de 5 ejes a veces se denomina fresado CNC 3+2 debido al hecho de que, durante el proceso de mecanizado, la herramienta de corte solo se mueve a lo largo de los tres ejes lineales mientras que la pieza de trabajo tiene dos grados de libertad de rotación. La principal ventaja del fresado de 5 ejes es que las piezas de trabajo ya no necesitan ser reposicionadas manualmente entre operaciones, lo que permite crear piezas con geometrías complicadas más rápido y con mayor precisión.

Las fresadoras CNC continuas de 5 ejes permiten que tanto la herramienta de corte como la pieza de trabajo giren y se muevan simultáneamente durante cada operación. Esto permite a los fabricantes crear geometrías extremadamente complejas con superficies "orgánicas" suaves que no se pueden replicar con una precisión comparable utilizando otras formas de tecnología. En general, esta es la forma más cara de mecanizado CNC por pieza.

Los centros CNC de fresado y torneado combinan elementos de tornos CNC con herramientas de fresado. La pieza de trabajo se fija a un husillo que puede girar como un torno o mantener la pieza de trabajo estacionaria en ángulos específicos (similar a cómo funciona la fresadora CNC de 5 ejes). Esta combinación de alta productividad con versatilidad de fabricación geométrica hace que este proceso sea ideal para crear piezas como compresores centrífugos y árboles de levas que tienen simetrías de rotación relativamente sueltas.

Una solución de fabricación versátil y rentable

Si bien todos los procesos de mecanizado CNC permiten a los fabricantes crear piezas consistentemente precisas a partir de una variedad de materiales, la cantidad de ejes de diferentes máquinas se prestan para crear ciertos tipos de piezas. Por ejemplo, aquellos con diseños más simples se pueden fabricar de forma rápida y económica utilizando sistemas de 3 ejes, mientras que las máquinas de 5 ejes están bien posicionadas para crear piezas geométricamente complejas con mayor velocidad y precisión.

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