Mecanizado CNC: Precisión, Automatización y Fabricación Moderna

El control numérico por computadora (CNC) se ha vuelto cada vez más común en la fabricación. La tecnología CNC proporciona un medio automatizado universal para producir piezas de alta calidad. La alta precisión y repetibilidad proporcionadas por el proceso de mecanizado CNC lo convierten en una herramienta ideal para la mayoría de los fabricantes. A medida que se vuelven cada vez más populares, hoy en día es fácil encontrar varios talleres de procesamiento que se especializan en diferentes servicios de mecanizado CNC.
Este artículo se centra en algunos conocimientos básicos sobre servicios de mecanizado CNC, ventajas y aplicaciones.

¿Qué es el Mecanizado CNC?

El mecanizado CNC es un término comúnmente utilizado en fabricación y aplicaciones industriales, pero ¿qué significa exactamente la abreviatura CNC?

El término CNC significa "control numérico por computadora", y el mecanizado CNC se define como un proceso de fabricación sustractivo, que generalmente usa control por computadora y máquinas herramienta para remover la capa de material de la pieza de trabajo y producir piezas diseñadas a medida. Diferentes modos de procesamiento, insertos y ejes pueden usarse en torneado, fresado y otros procesos para obtener los mejores resultados. Este proceso es adecuado para varios materiales, incluyendo metal, plástico, madera, vidrio, espuma y materiales compuestos, y se usa en varias industrias, como mecanizado CNC a gran escala y mecanizado CNC de piezas aeroespaciales.

La naturaleza automatizada del mecanizado CNC permite la producción de alta precisión y exactitud, piezas simples y la rentabilidad al cumplir producciones únicas y de volumen medio. El mecanizado CNC usa control por computadora para manejar todo el proceso de mecanizado desde el inicio hasta el final, y finalmente producir piezas de precisión consistentes. El mecanizado CNC es particularmente ventajoso debido a sus capacidades de automatización. La automatización permite que la máquina funcione por sí sola, reduciendo así la mano de obra manual y produciendo piezas precisas.

Resumen del Proceso de Mecanizado CNC

Todas las operaciones de mecanizado CNC comienzan desde el modelo CAD de la pieza. El programa CAM lee el archivo generado y lo convierte en una serie de instrucciones de codificación que el equipo de procesamiento puede seguir. El principal beneficio de usar estos procesos es que una vez que el documento es aprobado, casi no hay intervención humana (si la hay). En su lugar, los controles computarizados monitorean y guían el movimiento de la máquina, minimizando así errores potenciales y obteniendo resultados extremadamente consistentes.

Diferentes equipos de mecanizado CNC pueden manejar diferentes herramientas, funciones y operaciones. El proceso de mecanizado CNC generalmente incluye los siguientes pasos:

1. Diseñar modelo CAD

El proceso de mecanizado CNC comienza internamente o es creado por una empresa de servicios de diseño CAD/CAM para crear un diseño CAD de pieza 2D vectorial o 3D sólido. El software de diseño asistido por computadora (CAD) permite a diseñadores y fabricantes generar modelos o representaciones de sus piezas y productos, incluyendo información detallada como la geometría, dimensiones y otras especificaciones técnicas de las piezas.

Después de terminar el diseño CAD, el diseñador lo exporta a un formato de archivo compatible con CNC, como STEP o IGES.

2. Convertir archivos CAD a programas CNC

Después de completar el diseño, convierte la especificación de diseño en una dirección que la máquina CNC pueda seguir. Los archivos CAD se ejecutan a través de software de fabricación asistida por computadora (CAM). Estos programas crearán códigos de programación, que la máquina CNC usará para orientar la herramienta durante el mecanizado. El software también extrae información sobre la geometría de la pieza, que el operador puede usar para asegurar que la pieza inicial tenga el tamaño y orientación correctos.

Estos conjuntos de instrucciones compatibles con CNC suelen ser uno de los siguientes dos tipos de archivo: STEP o IGES. Incluyen código G y código M. Los códigos geométricos o de propósito general más famosos en el lenguaje de programación CNC (llamados códigos G) controlan cuándo, dónde y cómo se mueve la herramienta de máquina (por ejemplo, cuándo se enciende o apaga, y qué tan rápido se mueve a la máquina herramienta). La ubicación específica en la pieza de trabajo, qué camino tomar, etc. Los códigos de funciones misceláneas (llamados códigos M) controlan funciones auxiliares de la máquina, como la remoción y reemplazo automático de cubiertas de máquina al inicio y final de la producción.

Después de generar el programa CNC, el operador lo carga en la máquina herramienta CNC.

3. Preparar máquinas herramienta CNC

Comparado con la fabricación automatizada, las operaciones manuales juegan un papel mucho menor en la fabricación automatizada, pero aún manejan operaciones importantes que la maquinaria no puede gestionar.

Incluyendo cargar el archivo de programa CNC en la máquina herramienta, fijar la pieza de trabajo directamente en la máquina, en el husillo mecánico, o en el torno o dispositivo similar de fijación de pieza de trabajo, y conectar las herramientas requeridas (como brocas y fresas de extremo) a los componentes de máquina apropiados para verificar el área de trabajo, máquina y pieza de trabajo.

4. Realizar operaciones de procesamiento

Después de preparar el equipo e iniciar el programa, este envía los comandos de máquina que indican la acción y movimiento de la herramienta al computador integrado de la máquina. El computador opera y manipula la máquina herramienta, y el equipo de mecanizado CNC ejecutará los pasos y realizará operaciones de procesamiento en la pieza de trabajo. El programa guía a la máquina a través de todo el proceso mientras realiza las operaciones de máquina necesarias para producir piezas o productos diseñados a medida sin más entrada del operador. Después de completar las instrucciones, las piezas pueden continuar el proceso de acabado y empaquetado.

Tipos de Operaciones de Mecanizado CNC

Los siguientes son algunas técnicas de procesamiento comúnmente utilizadas. Cada uno de estos procesos juega un papel clave en la fabricación de la pieza y en la mejora de su rendimiento único.

Torneado CNC

Durante el torneado, la pieza de trabajo gira, y la herramienta de corte se coloca en un deslizador móvil y se alimenta en la pieza de trabajo para remover el material del patrón deseado. El deslizador puede girar la longitud de la pieza de trabajo hacia arriba y hacia abajo.

Asimismo, puede moverse lejos o cerca de la línea central. Esta operación es muy adecuada para remover rápidamente grandes cantidades de material.

Los tornos son equipos de torneado comúnmente utilizados para hacer formas concéntricas en la circunferencia exterior de piezas circulares. El torno puede hacer ranuras, ranuras anulares, escalones, roscas internas y externas, cilindros y ejes - muchas características redondas o circulares. También pueden producir un acabado superficial característico suave y uniforme.

Fresado CNC

La diferencia fundamental entre fresado y torneado es que la pieza de trabajo permanece estacionaria y la herramienta de corte gira en el husillo. Generalmente, la pieza de trabajo se fija horizontalmente en un torno, que está instalado en una mesa de trabajo que se mueve en las direcciones X e Y. El husillo principal está equipado con varias herramientas de corte y puede moverse en los ejes X, Y y Z.

(Más sobre fresado CNC en ¿Qué es el Fresado CNC?)

El fresado incluye dos formas: fresado periférico y fresado frontal. El fresado periférico puede cortar ranuras profundas, y el fresado frontal puede cortar el plano de la pieza de trabajo. El fresado puede usarse como proceso auxiliar para piezas de trabajo procesadas. Las fresas se usan para hacer cuadrados/planchas, muescas, chaflanes, ranuras, contornos, chavetas y otras características que dependen del ángulo de corte preciso.

Aunque el laminador también puede taladrar, es bueno removiendo brutos de piezas más complejas y asimétricas.
Como con todas las operaciones de procesamiento de metales, usa fluido de corte para enfriar la pieza de trabajo y herramientas de corte, lubricar y lavar partículas de metal.

Como los centros de torneado, las fresadoras que pueden realizar una serie de operaciones en piezas sin intervención del operador son comunes, a menudo referidas como centros de mecanizado verticales u horizontales. Siempre se basan en CNC. El fresado y torneado son conjuntamente responsables de la mayoría de las operaciones de máquinas CNC.

Rectificado de Superficie

Muchas aplicaciones requieren superficies muy planas de piezas de metal. La mejor manera de hacer esta superficie precisa es usar una rectificadora. La rectificadora de superficie va y viene en la mesa de trabajo mientras alimenta la pieza de trabajo en la muela de rectificado. La profundidad del corte de la rueda suele estar entre 0.00025 y 0.001 pulgadas. La rectificadora cilíndrica fija la pieza de trabajo en el centro y gira, mientras aplica la periferia exterior de la muela de rectificado giratoria a ella.

El rectificado sin centro se usa para producción en masa de piezas pequeñas cuyo rectificado no está relacionado con ninguna otra superficie excepto el todo.

El rectificado se usa para remover pequeñas cantidades de material de formas planas y cilíndricas. Dependiendo del material a rectificar, se usan diferentes tipos de abrasivos. El calor y el estrés mecánico durante el proceso de rectificado pueden afectar adversamente la pieza de trabajo, por lo que la velocidad y temperatura de la herramienta deben controlarse cuidadosamente.

EDM

El mecanizado por descarga eléctrica, también llamado erosión por chispa, usa descarga eléctrica para hacer los cortes requeridos en la pieza de trabajo. El EDM puede usarse con piezas de trabajo hechas de materiales conductores. Esto usa chispas transmitidas desde el electrodo a la superficie de la pieza de trabajo conductora a través del fluido dieléctrico. Por este método, se pueden procesar características muy finas, incluyendo agujeros de pequeño diámetro, cavidades de molde, etc., sin necesidad de tratamiento térmico para ablandarlos.

Ventajas del Mecanizado CNC

Comparado con los métodos de fabricación tradicionales, el mecanizado CNC tiene muchas ventajas. Muchos fabricantes prefieren la tecnología de mecanizado CNC. Las ventajas del mecanizado CNC son las siguientes:

Mayor Precisión y Exactitud

La máquina CNC puede replicar las mismas piezas miles de veces, y cada pieza tiene el mismo tamaño que la anterior. Además, el mecanizado CNC usa operaciones de programación muy detalladas comparado con los métodos de mecanizado manual. La máquina sigue estas instrucciones y no permite cambios innecesarios ni errores humanos. Las piezas serán de alta calidad, precisas e idénticas. El mecanizado CNC también puede producir piezas con diseños complejos.

Productividad Aumentada

El proceso de mecanizado CNC también ahorra mucho tiempo y mejora la eficiencia de producción. Para equipos de mecanizado tradicionales, el operador debe configurar y ajustar manualmente la máquina para cada operación. Por el contrario, el equipo de mecanizado CNC puede hacer los cambios necesarios simplemente ajustando el código de computadora. El equipo con mecanizado CNC puede producir piezas 24/7. La máquina puede funcionar continuamente con poca intervención manual.

Versatilidad Más Amplia

Las operaciones de mecanizado CNC son adecuadas para múltiples diseños de metales, polímeros y otros materiales. La disponibilidad de máquinas de fresado CNC verticales y horizontales y centros de fresado CNC multi-eje proporciona excelente versatilidad. Pueden manejar con precisión proyectos con diversas complejidades y parámetros. Esta versatilidad lo hace adecuado para fabricar muchas piezas y productos diferentes.

Alta Consistencia

Una vez que se ha creado el archivo maestro del diseño, puedes usarlo para crear un número ilimitado de copias, todas las copias son de la misma calidad, sin ninguna desviación, y cada pieza coincidirá perfectamente con la versión anterior.

Industrias y Aplicaciones del Mecanizado CNC

El mecanizado CNC se ha aplicado en muchas industrias. Es una opción ideal especialmente para industrias que requieren piezas de alta precisión.

En la industria médica:

Producir un gran número de piezas de precisión estándar y equipos personalizados para tratamiento de pacientes. La industria médica depende de productos personalizados para satisfacer las muchas necesidades de sus pacientes. Las piezas en esta industria requieren alta precisión para asegurar que cada componente tenga las dimensiones exactas requeridas. Las piezas que pueden ensamblarse juntas deben tener el margen de error más pequeño para evitar diagnósticos médicos erróneos y fallos de piezas.

En la industria aeroespacial:

Fabricar componentes precisos y de tolerancia ajustada con diseños complejos e intrincados para aviones. El mecanizado CNC en la industria aeroespacial debe cumplir con estos requisitos de alta precisión. Al usar mecanizado CNC para crear piezas, la industria aeroespacial ha obtenido las piezas personalizadas requeridas con requisitos de tolerancia extremadamente altos.

En la industria del transporte:

Debido a que las máquinas CNC pueden usar una variedad de materiales para hacer piezas, todo, desde frenos hasta piezas de motor e incluso herramientas, son productos que estas máquinas pueden hacer. La industria del transporte puede requerir piezas hechas por máquinas CNC incluyendo piezas usadas en sus diversos vehículos, piezas para pruebas y prototipos de equipos y sistemas más avanzados.

En la industria electrónica:

Aunque el mecanizado puede producir piezas grandes, también es excelente diseñando piezas pequeñas (como las usadas en la industria electrónica). Cuanto más pequeña es la pieza, más ajustada es la tolerancia. Cuando se trata de componentes electrónicos y eléctricos, hay poco margen de error en el proceso de micromecanizado. Confiar las tareas de corte y herramientas de control a una computadora puede aumentar la precisión posible a un nivel que los humanos no pueden alcanzar. La industria electrónica se ha beneficiado enormemente de la excelente precisión de las piezas mecanizadas CNC.

En la industria del petróleo y gas:

Para fabricar grandes máquinas para refinerías de petróleo y plataformas de perforación, la industria petroquímica necesita piezas de precisión que se ensamblen bien. Las operaciones CNC pueden producir piezas grandes o pequeñas para la industria, así como los componentes requeridos para los engranajes electrónicos que se usan cada vez más en la industria.

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