Optimización del Mecanizado CNC: División de Procesos y Secuenciación para Precisión

Introducción a la Planificación de Procesos

La planificación de procesos abarca el conjunto de operaciones y no puede juzgarse únicamente por la naturaleza de un proceso individual o el mecanizado de una superficie específica. Por ejemplo, algunos planos de referencia de posicionamiento requieren un mecanizado de alta precisión ya en la fase de semiacabado o incluso en el desbaste. En ocasiones, para evitar la conversión de cadenas dimensionales, en la fase de acabado también pueden programarse operaciones de semiacabado en superficies secundarias.

Una vez determinados el método de mecanizado y la etapa de procesamiento para cada superficie de la pieza, las operaciones de cada superficie dentro de una misma etapa pueden agruparse en varios pasos.

Métodos de División de los Procesos de Mecanizado

Las piezas mecanizadas en máquinas CNC generalmente se dividen en procesos según el principio de concentración de procesos. Los métodos principales son:

1) División según las herramientas utilizadas

Se considera un proceso el conjunto de operaciones realizadas con la misma herramienta. Este método es adecuado cuando hay muchas superficies por mecanizar y se emplea frecuentemente en centros de mecanizado.

2) División según el número de sujeciones de la pieza

Se define como un proceso todo lo que puede completarse en una sola sujeción de la pieza. Es ideal para piezas con poco contenido de mecanizado, permitiendo finalizar todas las operaciones en una sujeción, siempre que se garantice la calidad.

3) División por desbaste y acabado

Las operaciones de desbaste constituyen un proceso y las de acabado otro. Este método se aplica a piezas con requisitos de resistencia, dureza, que requieren tratamiento térmico, alta precisión, eliminación efectiva de tensiones internas o que presentan gran deformación tras el mecanizado, necesitando separar claramente las fases de desbaste y acabado.

4) División según la posición de mecanizado

Se agrupa en un proceso el mecanizado de un mismo perfil. Para piezas con muchas superficies y geometrías complejas, debe organizarse racionalmente la secuencia de mecanizado CNC, tratamientos térmicos y operaciones auxiliares, resolviendo los problemas de conexión entre procesos.

Principios en la Secuencia de Mecanizado

Para cumplir los requisitos de precisión del diseño, la secuencia de operaciones debe seguir ciertos principios:

1) Primero desbaste, luego acabado

El mecanizado de cada superficie sigue el orden: desbaste, semiacabado, acabado y acabado fino, mejorando gradualmente la precisión y calidad superficial. Si todas las superficies se mecanizan en CNC, el orden habitual es desbaste, semiacabado y acabado, es decir, el semiacabado y acabado se realizan tras completar todo el desbaste. Durante el desbaste se elimina rápidamente la mayor parte del exceso de material, y luego se acaban las superficies una a una, lo que mejora la eficiencia y garantiza precisión y rugosidad. Este método es adecuado para superficies que exigen alta precisión de posición. No es absoluto: para superficies con alta precisión dimensional, considerando rigidez, deformación y precisión, puede optarse por desbaste, semiacabado y acabado en esa superficie. Para superficies de alta precisión, es recomendable dejar reposar la pieza entre desbaste y acabado para liberar tensiones y reducir deformaciones, mejorando la precisión final.

2) Mecanizar primero los planos de referencia

Al inicio, se mecaniza la superficie que servirá como referencia de acabado. Al ser precisa, el error de sujeción es mínimo. Por tanto, en cualquier pieza, la superficie de referencia de posicionamiento siempre se desbasta y semiacaba, y se acaba si es necesario. Por ejemplo, en piezas de eje, primero se mecaniza el agujero central y luego el sistema de agujeros y otras superficies usando el agujero central y el de posicionamiento como referencias de precisión. Si hay varias superficies de referencia de precisión, su mecanizado debe seguir el orden de conversión de referencias y el principio de mejora gradual de la precisión.

3) Primero planos, luego agujeros

Para cajas, soportes, bastidores y piezas similares, las dimensiones del contorno plano son mayores y el posicionamiento plano es más estable y fiable. Por tanto, se mecanizan primero los planos y luego los agujeros. Así, el mecanizado posterior dispone de un plano estable como referencia de posicionamiento, el mecanizado de agujeros sobre superficie plana es más sencillo y mejora la precisión de los agujeros. Generalmente, los procesos se dividen según las posiciones de mecanizado: primero formas geométricas simples, luego complejas; primero menor precisión, luego mayor; primero planos, luego agujeros.

4) Primero interior, luego exterior

Para mangas de precisión que requieren coaxialidad entre el diámetro exterior y el agujero, se suele adoptar el principio de agujero primero, exterior después: se usa el exterior como referencia para mecanizar el agujero, y luego el agujero de alta precisión como referencia para mecanizar el exterior. Esto garantiza alta coaxialidad y simplifica la estructura del utillaje.

5) Reducir el número de cambios de herramienta

En mecanizado CNC, la secuencia debe organizarse, en la medida de lo posible, según el orden en que la herramienta accede a la posición de mecanizado.