¿Se ha preguntado alguna vez cómo se fabrican con precisión piezas metálicas complejas? El mecanizado CNC es la respuesta. Este artículo explica cómo las herramientas controladas por ordenador dan forma a materiales como el metal en componentes intrincados con gran precisión y eficacia. Descubrirá los tipos de máquinas CNC, sus ventajas e inconvenientes y los pasos detallados del proceso de mecanizado CNC. Al final, comprenderá por qué el mecanizado CNC es esencial para la fabricación moderna y cómo garantiza la calidad y la precisión en la creación de todo tipo de productos, desde piezas aeroespaciales hasta dispositivos médicos.
El control numérico (CN) se refiere al método de controlar el movimiento y las operaciones de procesamiento de las máquinas herramienta utilizando información digitalizada. Las máquinas herramienta de control numérico, a menudo abreviadas como máquinas herramienta NC, son máquinas herramienta equipadas con un sistema NC. El control numérico computerizado (CNC) es un método en el que un ordenador de propósito general controla directamente el movimiento y las operaciones de procesamiento de las máquinas herramienta.
Cambiando el programa de control correspondiente, la función de control del sistema CNC puede modificarse sin alterar el circuito de hardware, lo que hace que el sistema CNC sea muy versátil y flexible. Esta es la dirección de desarrollo de la tecnología NC, y ha encontrado una amplia aplicación en la producción.
El mecanizado por control numérico hace referencia a un método de procesamiento de piezas en máquinas herramienta de control numérico. En general, el proceso de mecanizado en máquinas herramienta de control numérico coincide con el mecanizado tradicional en máquinas herramienta, pero debido a las características únicas del mecanizado de control numérico, se producen cambios notables en el proceso de mecanizado de control numérico en comparación con los procesos de mecanizado generales.
El mecanizado CNC se refiere a la fabricación y procesamiento de piezas y productos controlados por ordenador. Implica el uso de máquinas herramienta de control numérico por ordenador (CNC) para eliminar automáticamente el material sobrante de una pieza de trabajo procesándola y ajustándola.
El metal es el material más utilizado en el mecanizado CNC, y el resultado final es un producto o pieza acabada.
Este proceso se conoce como fabricación sustractiva, y las aplicaciones informáticas se utilizan para controlar los movimientos de la máquina herramienta para un mejor mecanizado CNC. Los tipos y procesos de mecanizado más comunes para Máquina CNC herramientas incluyen fresado, torneado, rectificado y electroerosión.
El fresado utiliza una fresa rotativa para eliminar material de la superficie de la pieza desplazándose a lo largo de 3, 4 ó 5 ejes. Este proceso se utiliza para procesar rápidamente formas geométricas complejas y piezas de precisión con metal cortando o recortando la pieza de trabajo.
El torneado, por su parte, consiste en utilizar un torno para fabricar piezas con características cilíndricas. La pieza gira sobre el eje y entra en contacto con la precisión herramienta de torneado para formar bordes circulares, agujeros radiales y axiales, ranuras y acanaladuras.
En comparación con el mecanizado manual tradicional, el mecanizado CNC es mucho más rápido, con una gran precisión dimensional y errores mínimos. El producto acabado cumple el código informático del diseño.
La fabricación CNC puede utilizarse para fabricar productos y componentes finales, pero suele ser rentable sólo para la producción a corto plazo de lotes pequeños, lo que la convierte en un método ideal de fabricación rápida de prototipos.
El fresado NC es un proceso que utiliza fresas rotativas para eliminar materiales. La pieza puede permanecer inmóvil mientras la herramienta se desplaza sobre ella o entrar en la máquina herramienta con un ángulo predeterminado.
La complejidad y la velocidad del proceso de conformado dependen del número de ejes móviles que tenga la máquina. Cuantos más ejes tenga una máquina, más rápido y complejo puede ser el proceso.
El fresado NC de 3 ejes sigue siendo uno de los procesos de mecanizado más utilizados y populares.
En 3-mecanizado de ejesLa pieza permanece inmóvil y la cuchilla rotativa corta a lo largo de los ejes X, Y y Z.
Este método de mecanizado es relativamente sencillo y puede fabricar productos con una estructura simple. Sin embargo, no es adecuado para mecanizar geometrías complejas o productos con componentes intrincados.
Dado que el corte sólo puede realizarse en tres ejes, la velocidad de procesamiento puede ser inferior a la de 4 ejes o mecanizado NC de 5 ejes. Esto se debe a que puede ser necesario reposicionar manualmente la pieza para conseguir la forma deseada.
El fresado NC de 4 ejes añade un cuarto eje al movimiento de la herramienta de corteque permite la rotación alrededor del eje X.
Este método implica el uso de cuatro ejes: el eje X, el eje Y, el eje Z y el eje A (girando alrededor del eje X).
La mayoría de las máquinas CNC de 4 ejes también tienen la capacidad de girar la pieza, lo que se conoce como eje B. Esto permite que la máquina funcione tanto como fresadora como torno. Esto permite a la máquina funcionar tanto como fresadora como torno.
Si necesita perforación en el lateral de una pieza o en la superficie de un cilindro, el mecanizado CNC de 4 ejes es la opción ideal.
Mejora significativamente el proceso de mecanizado y consigue una gran precisión en el mecanizado.
El fresado NC de 5 ejes tiene un eje de rotación adicional en comparación con el fresado NC de 4 ejes.
El quinto eje suele ser el eje B, que gira en torno al eje Y.
Algunas máquinas CNC de 5 ejes también permiten la rotación de la pieza, lo que se conoce como eje B o eje C.
Debido a la gran versatilidad del mecanizado NC de 5 ejes, se suele utilizar para fabricar piezas complejas y precisas, como componentes médicos como miembros artificiales o huesos, o piezas aeroespaciales, titanio piezas, piezas mecánicas para petróleo y gas, productos militares, etc.
Un proceso de mecanizado CNC completo incluye los siguientes pasos: análisis del proceso basado en el plano de mecanizado de la pieza, determinación de los planes de mecanizado, parámetros del proceso y datos de desplazamiento; redacción de la hoja del programa de mecanizado de la pieza con los códigos y formatos de programa prescritos; introducción o transmisión del programa; operación de prueba, simulación de la trayectoria de la herramienta, etc., de la introducción o transmisión del programa de mecanizado a la unidad NC; funcionamiento automático de la máquina herramienta mediante la operación correcta, primera muestra de corte de prueba; inspección de las piezas procesadas.
El programa de mecanizado CNC es una secuencia de instrucciones que dirige la máquina herramienta NC para llevar a cabo el mecanizado, y es el software de aplicación de la máquina herramienta NC. Las principales tareas de la programación CNC incluyen el análisis del dibujo de la pieza, el diseño del proceso, la planificación de la ruta de mecanizado y la determinación de las funciones auxiliares de la máquina herramienta. Es una etapa importante en el mecanizado CNC.
El contenido y los pasos de la programación CNC se muestran a continuación:
Análisis del plano de la pieza -> Determinación de la ruta de procesamiento -> Cálculo de la trayectoria de la herramienta -> Redacción de programas -> Introducción de programas -> Verificación de programas y corte de prueba
Los métodos de compilación de programas NC incluyen la programación manual y la programación automática.
1) La programación manual se refiere al método de programación en el que todo el proceso, desde el análisis de los dibujos de la pieza, la formulación de los procedimientos del proceso, el cálculo de las trayectorias de movimiento de la herramienta, la redacción de las hojas del programa de procesamiento de la pieza, la preparación de los medios de control hasta la comprobación del programa, se realiza manualmente. Para piezas con formas geométricas menos complejas, cálculos sencillos y pocos programas de mecanizado, la escritura manual es fácil de implementar.
La programación manual es la base para compilar programas de mecanizado y también es el método principal para la depuración de mecanizado in situ de las máquinas herramienta de control numérico. Es una habilidad básica que deben dominar los operarios de máquinas herramienta.
Para piezas con formas complejas, como piezas con curvas no circulares y contornos de curvas tabulares, la programación manual es tediosa, el volumen del programa es enorme, la posibilidad de errores es alta, la eficacia es baja, y la programación manual no está a la altura, por lo que debe adoptarse la programación automática.
2) La programación automática se refiere al método en el que la mayor parte o parte del trabajo de escritura de programas para máquinas herramienta de control numérico lo realiza un ordenador. La programación automática reduce la intensidad de trabajo de los programadores, mejora la eficacia y la calidad de la programación y resuelve los problemas de programación de piezas complejas que la programación manual no puede gestionar.
En función de las distintas formas de introducción y tratamiento de la información, los métodos de programación automática se dividen principalmente en programación lingüística y programación gráfica interactiva.
La programación por lenguaje utiliza un determinado lenguaje de alto nivel para definir la forma geométrica de la pieza y la trayectoria de avance, y el ordenador realiza cálculos geométricos complejos o selecciona herramientas, útiles y cantidades de corte a través de una base de datos tecnológica. Entre los sistemas de programación NC más conocidos se encuentra APT (Automatically Programmed Tools).
La programación lingüística no proporciona una descripción intuitiva de la forma geométrica de la pieza, es uno de los primeros métodos de programación utilizados por las máquinas herramienta de control numérico, y ha sido sustituida gradualmente por métodos de programación interactivos gráficos.
La programación gráfica interactiva se basa en un determinado software CAD/CAM, en el que la definición del gráfico de mecanizado y la configuración de los parámetros del proceso se completan mediante la interacción persona-ordenador y, a continuación, el software de programación procesa automáticamente para generar la trayectoria de la herramienta y el programa de mecanizado CNC.
La programación gráfica interactiva es actualmente el método más utilizado, con sistemas de software típicos como Mastercam, UG, Pro/E y otros sistemas de programación CNC.
En comparación con el mecanizado mecánico tradicional, las ventajas del mecanizado CNC son:
La forma de las piezas procesadas por las máquinas herramienta CNC depende principalmente del programa de procesamiento. Cuando la pieza cambia, se puede reprogramar un nuevo programa para procesar las piezas, lo que la hace especialmente adecuada para la producción de piezas únicas, lotes pequeños y pruebas de prototipos. Además, el movimiento controlable del mecanizado CNC permite realizar mecanizados complejos de superficies que resultan difíciles o imposibles para las máquinas herramienta normales.
Las máquinas herramienta CNC tienen mayor precisión que las máquinas herramienta ordinarias. Durante el proceso de mecanizado, el modo de mecanizado automático de las máquinas herramienta CNC puede evitar errores causados por factores humanos, lo que da como resultado una buena consistencia dimensional, una alta precisión y una calidad de mecanizado muy estable para el mismo lote de piezas.
El rango de ajuste de la velocidad del husillo y la velocidad de avance de las máquinas herramienta CNC es mucho mayor que el de las máquinas herramienta ordinarias. La rigidez de la máquina herramienta es alta, lo que permite grandes cantidades de corte, ahorrando así tiempo de mecanizado. La rápida velocidad de movimiento de las piezas móviles de la máquina herramienta CNC acorta el tiempo de posicionamiento y de no corte.
Las máquinas herramienta CNC se mueven según coordenadas, lo que ahorra operaciones auxiliares como el trazado de líneas y reduce el tiempo auxiliar. La pieza de trabajo suele instalarse en un sencillo dispositivo de posicionamiento y sujeción, lo que acorta el ciclo de diseño y fabricación de los equipos de proceso, acelerando así el proceso de preparación de la producción.
En las máquinas herramienta CNC con almacén de herramientas y cambiador automático de herramientas, la pieza puede completar varios procesos de mecanizado continuo con una sola sujeción, lo que reduce el tiempo de rotación de los productos semiacabados y hace más evidente la mejora de la eficacia de la producción.
La intensidad de mano de obra es baja. El mecanizado de piezas por máquinas herramienta CNC se realiza automáticamente según un programa preprogramado. Las principales tareas del operario son la edición de programas, la introducción de programas, la carga y descarga de piezas, la preparación de herramientas, la observación del estado de mecanizado y la inspección de piezas, sin necesidad de realizar pesadas operaciones manuales repetitivas.
Por lo tanto, la intensidad de mano de obra se reduce significativamente, y el trabajo del operario de la máquina herramienta tiende hacia operaciones intelectuales. Además, las máquinas herramienta CNC generalmente procesan de forma cerrada, que es limpia y segura.
El mecanizado por control programático facilita el cambio de variedades. Además, el mecanizado de secuencias múltiples en una sola máquina simplifica la gestión del proceso de producción, reduce el número de personal de gestión y puede lograr una producción sin personal. El uso de máquinas herramienta CNC para el mecanizado puede calcular con precisión las horas de trabajo de un solo producto y organizar razonablemente la producción.
Las máquinas herramienta CNC utilizan la información digital y el procesamiento de códigos estándar para controlar el mecanizado, creando las condiciones para la automatización del proceso de producción y simplificando eficazmente la transmisión de información entre las inspecciones, los dispositivos de trabajo y los productos semiacabados.
① Reducir el número de utillajes necesarios y eliminar la necesidad de utillajes complejos para procesar piezas con formas intrincadas.
Si necesita modificar la forma o el tamaño de una pieza, basta con modificar el programa de procesamiento de esa pieza, lo que la hace ideal para el desarrollo y la modificación de nuevos productos.
② La calidad del mecanizado es constante, con alta precisión y repetibilidad, lo que la hace adecuada para los estrictos requisitos de mecanizado de las aeronaves.
④ Puede manipular eficazmente perfiles complejos difíciles de procesar con métodos convencionales, e incluso puede trabajar en piezas que no pueden verse durante el procesamiento.
El inconveniente del mecanizado NC es que el coste de la maquinaria y los equipos es bastante elevado, y el personal de mantenimiento debe tener un alto nivel de conocimientos.
El mecanizado CNC es actualmente el método de mecanizado más utilizado.
A la hora de realizar un mecanizado CNC, no sólo es importante conocer sus características, sino también los pasos que intervienen en el proceso para mejorar la eficacia del mecanizado.
¿Cuáles son las etapas del mecanizado CNC?
A partir de los planos de mecanizado facilitados por el cliente, el personal de mecanizado puede analizar la forma y la precisión dimensional, rugosidad superficialEl material de la pieza, el tipo de pieza en bruto y el estado del tratamiento térmico. Esta información se utiliza para elegir las máquinas herramienta y las herramientas, determinar el dispositivo de posicionamiento y sujeción, el método de mecanizado, la secuencia y los parámetros de corte.
Al determinar el proceso de mecanizado, deben tenerse en cuenta las capacidades de control de la máquina herramienta CNC que se va a utilizar. Esto maximizará la eficiencia de la máquina herramienta y dará lugar a una trayectoria de mecanizado más eficiente, reduciendo el tiempo de desplazamiento de la herramienta y acortando las horas de mecanizado.
Para calcular la trayectoria de movimiento del centro de la trayectoria de la herramienta, se tienen en cuenta las dimensiones geométricas de las piezas mecanizadas y el sistema de coordenadas de programación establecido. De este modo se determinan todos los datos de posición de la herramienta.
Más Sistemas CNC disponen de capacidades para la interpolación lineal y la interpolación de arcos circulares. Para el tratamiento de piezas planas relativamente sencillas, como las formadas por líneas y arcos circulares, se calculan los puntos inicial y final de los elementos geométricos, el centro de los arcos circulares (o el radio) y los valores de las coordenadas de los puntos de intersección o tangentes.
Si el sistema NC no dispone de compensación de herramientas se deben calcular los valores de las coordenadas de la trayectoria de movimiento para el centro de la herramienta.
Para piezas con más formas complejasEn el caso de los mecanizados de superficies no circulares, las curvas o superficies reales deben aproximarse mediante segmentos rectos (o segmentos de arco) y los valores de las coordenadas de sus nodos deben calcularse en función de la precisión de mecanizado requerida.
A partir de la trayectoria de la herramienta para la pieza, se calculan los datos para el movimiento de la herramienta y los parámetros de proceso y acciones auxiliares determinados.
A continuación, el programador escribe el programa de procesamiento de piezas en secciones, siguiendo las instrucciones funcionales y el formato de sección de programa especificados por el sistema NC utilizado.
Deben tenerse en cuenta:
Siguiendo estos tres pasos durante el mecanizado CNC, el proceso de mecanizado puede llevarse a cabo con mayor eficacia.
Las características de rendimiento de las máquinas herramienta CNC determinan el ámbito de aplicación del mecanizado CNC. Para el mecanizado CNC, los objetos pueden dividirse en tres categorías en función de su idoneidad.
1) Categoría más adecuada:
Piezas con alta precisión de mecanizado, forma y estructura complejas, especialmente aquellas con curvas y contornos de superficie complejos, o piezas con cavidades no abiertas. Estas piezas son difíciles de mecanizar e inspeccionar con máquinas herramienta generales, y es difícil garantizar la calidad del mecanizado; piezas que deben completarse en una sujeción para múltiples operaciones.
2) Categoría más adecuada:
Piezas caras con piezas en bruto difíciles de obtener que no pueden desecharse. Estas piezas son propensas a piezas de calidad inferior o desechadas cuando se procesan en máquinas herramienta ordinarias.
Por su fiabilidad, pueden seleccionarse para el mecanizado en máquinas-herramienta CNC; piezas de baja eficacia, alta intensidad de mano de obra y difícil control de calidad cuando se procesan en máquinas-herramienta generales; piezas utilizadas para cambios de modelo y pruebas de rendimiento (que requieren una buena consistencia dimensional); piezas de producción de múltiples variedades y especificaciones, de una sola pieza y de lotes pequeños.
3) Categoría inadecuada:
Piezas que dependen totalmente del posicionamiento manual; piezas con tolerancias de mecanizado muy inestables si la máquina herramienta CNC no dispone de un sistema de inspección en línea que pueda comprobar y ajustar automáticamente las coordenadas de posición de la pieza; piezas que deben utilizar equipos de proceso específicos, depender de plantillas y piezas de muestra para el mecanizado; piezas que deben producirse en grandes cantidades.
Con la mejora del rendimiento de las máquinas herramienta CNC, el perfeccionamiento de las funciones, la reducción de los costes, la mejora continua del rendimiento de las herramientas de mecanizado CNC y herramientas auxiliares, y la mejora continua de la tecnología de mecanizado CNC, el uso de máquinas herramienta CNC con alta automatización, alta precisión y operaciones concentradas para la producción a gran escala está aumentando gradualmente.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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