Mecanizado CNC
El mecanizado CNC es un proceso avanzado de fabricación sustractiva que opera y manipula materiales mediante máquinas herramienta controladas por computadora. Los programas informáticos guían el funcionamiento de las herramientas de corte y otros componentes de la máquina.
Este proceso automático y de alta precisión comienza con el diseño asistido por computadora (CAD) de la pieza, seguido de la creación del programa CNC, la configuración de la máquina, el proceso de mecanizado y, finalmente, los pasos de acabado.
Además de ser un proceso preciso capaz de lograr tolerancias estrictas, el mecanizado CNC es repetible, rentable, menos propenso a errores y muy versátil para diseños y materiales.
Su versatilidad se extiende a la variedad de operaciones disponibles: fresado CNC, torneado CNC, taladrado CNC, entre otras. Los procesos pueden combinarse según la complejidad de la pieza.
Con tantas opciones y capacidades del mecanizado CNC, vale la pena contratar profesionales del mecanizado CNC desde el comienzo de un proyecto de mecanizado para optimizar el tiempo, la selección de materiales, los costos, etc.
Continúe leyendo para obtener más detalles sobre el mecanizado CNC y cómo puede agregar valor a sus proyectos.
¿Qué es el mecanizado CNC?
El mecanizado por control numérico computarizado (CNC) es un proceso avanzado de fabricación sustractiva que los fabricantes valoran por su rentabilidad, precisión y exactitud. Lo utilizan para fabricar artículos listos para el mercado y prototipos. Lea también:Mecanizado de bisel
Este proceso implica un mecanismo específico que permite que los programas de código G controlen operaciones precisas de eliminación de material.
El código G es un lenguaje de programación CNC especial que se utiliza en máquinas CNC. Es un «código geométrico» que indica a la máquina la posición, la velocidad y el tiempo.
La mayor parte del mecanizado CNC se realiza mediante operaciones de corte convencionales, pero existen operaciones como el corte por láser, el corte por chorro de agua y el mecanizado por descarga eléctrica (EDM), cuya conexión es la precisión del control por computadora.
Las partes fundamentales de las máquinas CNC son los dispositivos de entrada, la Unidad de Control de Máquina (MCU), el sistema de accionamiento, las máquinas herramienta, el sistema de retroalimentación y la unidad de visualización. En las máquinas convencionales, como el torno CNC, se incluyen además el contrapunto, el cabezal, el mandril y el sistema de refrigeración.
El mecanizado CNC es extremadamente popular por su capacidad de producir piezas precisas repetidamente y manejar una variedad de operaciones en diferentes con el medio ambientey operar de manera rentable y a gran escala.
Historia del mecanizado CNC
Las máquinas pioneras de Control Numérico (CN) se remontan a la década de 1940, antes de que los avances tecnológicos introdujeran las capacidades modernas del mecanizado CNC. Gran parte de los esfuerzos iniciales en el mecanizado CNC se atribuyen a John Parsons y su innovación con las tarjetas perforadas.
Tarjetas perforadas
El mecanizado CNC se utilizó inicialmente para la automatización de fresadoras con la idea de reducir el tiempo de diseño y la introducción de instrucciones en ellas. Al principio, la necesidad de un maquinista experto supuso un gran reto.
Esto impulsó al Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) a desarrollar un lenguaje de programación para la generación automática de coordenadas.
Con el tiempo, las computadoras han avanzado significativamente y se han vuelto más accesibles, lo que hace que el mecanizado CNC sea altamente eficiente, versátil y rentable. Piezas de mecanizado de precisión CNC.
Fundamentos de una máquina CNC y proceso de trabajo
Fundamentalmente, la máquina CNC está diseñada para utilizar un programa CNC para mecanizar una pieza. El proceso de fabricación de una máquina CNC se divide en cuatro pasos principales: diseño del modelo CAD, preparación de la máquina CNC, conversión del archivo CAD a un programa CNC y mecanizado.
A lo largo de estos pasos, varios componentes de la máquina trabajan juntos para lograr el resultado final. El controlador CNC lee el programa, los ejes de la máquina se mueven en direcciones predefinidas, las herramientas de corte giran en el husillo (si corresponde), la mesa de trabajo sujeta la pieza, etc.
Paso 1: Diseño del modelo CAD
Un modelo CAD
El primer paso es la generación de un diseño CAD 3D, el cual contiene información como el tipo de geometría, la cantidad de material a mecanizar y el Dimensionado y Tolerancia Geométrica (GD&T).
Paso 2: Conversión de archivos CAD
La siguiente etapa es generar el código G para el modelo CAD. Se desea alimentar la máquina CNC con instrucciones que pueda comprender. Este proceso implica un programa CAM (fabricación asistida por computadora), que se encuentra en el ordenador de la máquina. La conversión manual o robótica depende de cada máquina CNC.
Paso 3: Preparación de la máquina CNC
Configuración de la máquina CNC
Cuando se trata de preparar la máquina CNC para la tarea, esto implica principalmente garantizar que el programa CNC esté cargado en la máquina.
Paso 4: Operación de mecanizado
La operación de mecanizado se inicia con la configuración del movimiento de aproximación de la máquina. A continuación, se puede solicitar a la máquina CNC que ejecute el programa mediante instrucciones de código G para mecanizar la pieza.
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Más sobre la programación CNC
La programación CNC se refiere a la aplicación de un conjunto de comandos para dirigir el proceso de mecanizado CNC. El lenguaje de programación más popular para máquinas CNC es el código G, también llamado RS-274D. Los códigos suelen empezar con la letra «G» y cada uno indica un movimiento específico de la máquina.
A continuación se muestran algunos códigos G comunes con sus significados:
Algunos códigos G y significados
Además de los códigos G, existen los códigos M o códigos misceláneos. Estos comandos se utilizan para operaciones no geométricas, como el apagado de la máquina y la activación del refrigerante.
Estos códigos van precedidos de 'M'. A continuación, se muestran ejemplos:
M00 – Parada del programa
M02 – Fin del programa
M05 – Parada del husillo
Tolerancias en el mecanizado CNC
Las especificaciones de tolerancia son fundamentales para un diseño CAD integral para mecanizado CNC. El diseñador debe comprender las aplicaciones y las implicaciones económicas de las principales categorías de tolerancias.
Las tolerancias de mecanizado más estrictas son más caras porque son difíciles de alcanzar. Se recomienda una tolerancia estándar de al menos ±0.1 mm cuando no se proporciona. De lo contrario, el diseñador debe proporcionar un plano 2D con las tres tolerancias.
Los principales tipos de tolerancia para definir piezas de mecanizado CNC son las tolerancias dimensionales, las tolerancias geométricas (GD&T), las tolerancias de textura de superficie, las tolerancias de ajuste y límites (sistema de orificio/eje) y las tolerancias posicionales y basadas en datos.
Tolerancias dimensionales
Se aplica a diámetros, espesores, longitudes y otros tamaños de características. La tolerancia angular y la tolerancia lineal se incluyen en esta categoría. Si no se indica en el plano, el maquinista debe utilizar la norma ISO 2768-1 para tolerancias generales.
Tabla 1: Tolerancias lineales en el mecanizado CNC
Tolerancias geométricas (GD&T)
La categoría GD&T se utiliza para la orientación, posición y forma de una característica. Las tolerancias específicas consideradas son la tolerancia de forma, la tolerancia de ubicación, la tolerancia de orientación y la tolerancia de excentricidad.
La norma británica BS 8888, relacionada con la ISO 1101, define GD&T.
Tolerancias de textura de la superficie
Las tolerancias de textura superficial definen el acabado o la rugosidad superficial de una pieza mecanizada por CNC. La norma que rige estas tolerancias es la norma BS EN ISO 1302, actualmente ISO 21920-1:2021.
Ajustes y límites de tolerancias (sistema de orificio/eje)
Estas tolerancias son para dos piezas acopladas y están definidas por BS EN ISO 286, anteriormente BS 4500. Aquí se aplican el ajuste de holgura, el ajuste de transición y el ajuste de interferencia.
Tabla 2: Una sección de la tabla de tolerancias ISO para agujeros (fuente: https://www.tribology-abc.com/calculators/iso_holes.htm)
Tolerancias posicionales y basadas en datos
Estas tolerancias se refieren a la ubicación de las características en relación con otras.
¿Cuáles son las ventajas del mecanizado CNC?
CNC mecanizado de precisión Los servicios pueden impulsar un negocio a niveles inesperados gracias a sus numerosas ventajas, desde resultados consistentes con la máxima precisión hasta su versatilidad ante demandas cambiantes, además de ser muy útiles para ahorrar tiempo y costes. A continuación, se presenta una lista de las ventajas del mecanizado CNC.
Precisión superior
La precisión de las máquinas CNC es generalmente la primera ventaja que un usuario y un cliente de piezas nota en comparación con tecnologías alternativas o incluso métodos de mecanizado más manuales.
Con el control por computadora como base, el mecanizado CNC puede alcanzar tolerancias de hasta ±0.0025 mm. El mecanizado manual ni siquiera se acerca a este rendimiento. Por lo tanto, los resultados del mecanizado son consistentes independientemente del número de series de producción.
Ahorro de costos y tiempo
El mecanizado CNC supone un gran ahorro de tiempo y dinero. Una vez que el programa está listo, la máquina hace el resto con mínima intervención humana. Al no haber errores humanos, las piezas se producen dentro del plazo estipulado. También se evitan los costes asociados a errores humanos.
También hay varias formas de mejorar Costo de mecanizado CNC ahorros en productos, incluidos;
- Optimización de elementos de diseño
- Elección adecuada de materiales
- La producción de lotes
- Uso de cambiadores automáticos de herramientas
- Mantenimiento preventivo y cuidado de la máquina CNC
Versátil: opciones de materiales
El fabricante puede utilizar una amplia gama de materiales para el mecanizado CNC con notable éxito. Ya sean metales como acero inoxidable, aleaciones de aluminio y titanio, o plásticos como poliamida, acrílico y PEEK, el mecanizado CNC suele ser una opción líder para la producción de piezas.
¿Cuáles son las desventajas/limitaciones del mecanizado CNC?
El mecanizado CNC está limitado por su elevado coste inicial, su lentitud y la necesidad de formación.
Alto costo inicial
Las máquinas CNC son caras de adquirir, y los costos de configuración posteriores también pueden ser desalentadores. Sin embargo, cabe destacar que el costo por unidad de pieza para mecanizado CNC grande Generalmente es manejable para grandes tiradas de producción.
Lectura relacionada:
Mecanizado CNC de lotes pequeños
Proceso relativamente lento
El mecanizado CNC puede considerarse lento en comparación con alternativas como la fundición a presión y el moldeo por inyección.
Requisitos de formación
Se requiere maquinista CNC
A pesar de su automatización, el proceso de mecanizado CNC no está al alcance de todos. De hecho, los maquinistas son profesionales reconocidos con conocimientos de matemáticas, software de máquinas, mantenimiento de máquinas y capacidad para resolver problemas.
Esto es especialmente así para mecanizado multieje, por ejemplo, 5 ejes mecanizado. Incluso Mecanizado CNC de 3 ejes requiere un nivel de experiencia más allá del de un trabajador de fábrica promedio.
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Principales tipos de máquinas CNC
Existen varios tipos de máquinas CNC, cada una diseñada para diferentes tareas, incluyendo tornos, fresadoras, rectificadoras, taladradoras y tornos suizos. También existen máquinas de electroerosión (EDM), cortadoras de plasma, cortadoras láser, cortadoras de chorro de agua y fresadoras CNC.
Tornos CNC
Los tornos CNC están diseñados para operaciones de torneado, que implican el mecanizado de una pieza giratoria con una herramienta de corte estacionaria para producir características simétricas. Existen diferentes categorías de tornos CNC según sus ventajas y características:
- Torno motorizado – Un tipo de torno estándar que utiliza un motor en lugar de un sistema de transmisión por polea.
- Torno de sala de herramientas – Diseñado para fabricar herramientas y matrices, y trabajos similares de bajo volumen y alta precisión en el Taller de mecanizado CNC.
- Torno – Este tipo tiene un sistema de herramientas distintivo para una producción de piezas más impecable.
Un torno de torreta
- Torno rápido – Tiene una configuración sencilla para trabajos de torneado rápidos y eficientes.
- CNC centro de torneado Esta máquina es más avanzada que las demás, con torreta, capacidad de fresado y puede tener un par de husillos. Algunos son verticales y otros horizontales.
Fresadoras CNC
Una fresadora CNC extrae material de una pieza de trabajo mediante una fresa rotatoria para producir geometrías desde simples hasta complejas. Está diseñada para mecanizar diversos tipos de materiales, desde metales hasta no metales.
Las dos grandes categorías de fresadoras CNC son el centro de mecanizado vertical (VMC) y el centro de mecanizado horizontal (HMC).
Centro de mecanizado vertical (VMC) – El husillo está orientado verticalmente
Centro de mecanizado horizontal (HMC) – El husillo está orientado horizontalmente
Centro de mecanizado horizontal (HMC)
Amoladoras CNC
Una rectificadora CNC consta de una muela que elimina material de una pieza de trabajo con precisión mediante control computarizado. Esta máquina puede realizar rectificado superficial, cilíndrico, sin centro, interno y especial.
Una rectificadora CNC
Taladradora CNC
Una máquina perforadora CNC está diseñada para producir agujeros precisos en un material. Puede ayudar a crear piezas complejas. Lea también:Mecanizado CNC complejo
Taladro CNC
Torno suizo CNC
Un torno suizo o máquina de torneado CNC está diseñado para fabricar piezas pequeñas y complejas.
Máquinas de electroerosión (EDM)
Esta tecnología produce chispas eléctricas que mecanizan una pieza de trabajo hasta obtener la forma diseñada. Es ideal para mecanizar materiales duros que los métodos convencionales no pueden mecanizar.
Cortadores de plasma
En el corte por plasma CNC, un chorro de gas ionizado (plasma) de alta velocidad controlado con precisión corta material eléctricamente conductor.
Cortadora de plasma CNC
Cortadores láser
Una cortadora láser utiliza un láser potente y controlado para cortar o grabar materiales. Un programa informático controla el movimiento del cabezal láser, que dirige el láser para fundir o vaporizar el material.
Cortadores de chorro de agua
Un potente chorro, generalmente combinado con abrasivos, se controla por computadora para cortar un material. Puede cortar granito, metal, materiales compuestos y madera.
CNC Router
Las fresadoras CNC se utilizan habitualmente en la industria de la carpintería, donde realizan cortes, grabados y perfiles precisos. También pueden utilizarse en otros materiales blandos.
Diferentes operaciones de mecanizado CNC
El número de operaciones de mecanizado CNC es elevado debido a la gran variedad de componentes posibles. Estas operaciones pueden clasificarse en torno, fresado, taladrado y otras.
Operaciones de torneado CNC
Estas operaciones se definen por una pieza de trabajo giratoria y una herramienta de corte estacionaria. La herramienta de corte altera la superficie de la pieza de trabajo, eliminando material. Las operaciones de torneado producen piezas cilíndricas o circulares, por ejemplo, ejes y varillas.
Un eje
Aquí hay una lista de CNC tipos de torneado;
- Aburrido
- Trío
- Ranurado/tronzado
- Hilos de cuerda
- Torneado
Operaciones de fresado CNC
In fresado CNCLa pieza permanece estacionaria mientras una herramienta de corte multipunto gira. La herramienta rotatoria retira material de la pieza mediante un proceso de desprendimiento.
Las operaciones de fresado CNC son perfectas para crear cavidades, rebajes y superficies planas en piezas de trabajo. Al igual que el torneado CNC, el fresado se puede utilizar en una amplia gama de materiales, como metales, plásticos y madera.
Las opciones específicas en fresado CNC son:
- Fresado de losas (periféricas)
- Fresado frontal
- Fresado plano
- fresado angular
- Fresado de cajeras
Mecanizado CNC para la fabricación de agujeros
La versatilidad del mecanizado CNC se evidencia en su capacidad para producir agujeros, generalmente con una broca. Además de la broca, también es posible realizar agujeros mediante CNC mediante escariado y mandrinado.
La perforación realiza el agujero básico, mientras que el escariado y el mandrilado mejoran un agujero existente. Mandrinado CNC Reduce los defectos y la rugosidad superficial. Es un proceso muy lento, similar al escariado, cuya función es mejorar la calidad superficial y la precisión dimensional del orificio. Leer más:Defectos de mecanizado
Otras operaciones de mecanizado CNC
Otras operaciones de mecanizado CNC no se incluyen en las categorías básicas mencionadas anteriormente, pero son igualmente esenciales en la fabricación CNC. Las más populares son:
- Mecanizado por descarga eléctrica (EDM)
- Trituración
- Corte por láser CNC
- Corte por chorro de agua CNC
Corte por chorro de agua CNC
- Corte por plasma CNC
- bruñido CNC
- brochado CNC
- Enrutamiento CNC
LEER MÁS:
Materiales de mecanizado CNC
Materiales de mecanizado CNC incluye metales, plásticos y soluciones para mecanizado de vidrioLas piezas metálicas se prefieren principalmente por su resistencia, durabilidad, resistencia térmica y dureza. Las piezas de plástico mecanizadas se eligen por su bajo peso, resistencia química y aislamiento eléctrico. Lea también:Maquinabilidad de los marciales
Aleaciones metálicas para mecanizado CNC
Las aleaciones metálicas CNC más comunes para piezas son:
Aleaciones de aluminio
Las aleaciones de aluminio son comunes en el mecanizado CNC debido a su buena maquinabilidad, alta relación resistencia-peso, resistencia a la corrosión y conductividad. Los servicios de mecanizado CNC para esta aleación suelen centrarse en el aluminio 5083, el aluminio 6061, el aluminio 7075 y el aluminio 6082.
Piezas de aluminio mecanizadas por CNC
Aleación de acero
Además del carbono, el acero aleado contiene otros elementos de aleación para mayor dureza y durabilidad. A pesar de su baja resistencia a la corrosión y a los productos químicos, los aceros aleados poseen buenas propiedades mecánicas. Las variedades de acero aleado utilizadas en el mecanizado CNC son el 4140 y el 4340.
Acero dulce
El acero dulce es otro nombre para los aceros bajos en carbono, una categoría de metales soldables y mecanizables. El acero dulce también es muy común, especialmente el 1018 en el mecanizado CNC.
Acero Inoxidable
Las piezas mecanizadas de aleación de acero inoxidable son reconocidas por su robustez y resistencia a la corrosión. Además, estos metales son soldables y altamente mecanizables. Algunas opciones populares para mecanizado CNC de acero Son acero inoxidable 304, acero inoxidable 316, acero inoxidable 303 y acero inoxidable dúplex 2205.
Herramienta de acero
El acero para herramientas es extraordinariamente duro y posee una excelente resistencia a la abrasión y al calor. Este material permite fabricar matrices, moldes y otras herramientas de fabricación altamente fiables. Los aceros para herramientas D2 y A2 son las opciones más populares.
Plásticos para mecanizado CNC
Los plásticos comunes para el mecanizado CNC son:
- ABS (acrilonitrilo butadieno estireno)
- Acetal/POM(Polioximetileno)
- ordenador personal (policarbonato)
- PMMA (Polimetilmetacrilato) o acrílico
- HDPE (Polietileno de alta densidad)
- PEEK (poliéter éter cetona)
Cada uno de estos y otros plásticos tiene sus ventajas y limitaciones, por lo que hay que tener en cuenta varias consideraciones antes de elegir. Los puntos importantes a tener en cuenta al identificar un plástico para mecanizado CNC son:
- Apariencia
- maquinabilidad
- Resistencia a la temperatura
- Contracción:
- Costo
Diferentes aplicaciones del mecanizado CNC
La versatilidad, precisión y rentabilidad, Velocidad de corte del mecanizado CNC y velocidad de avance del mecanizado CNC apelan a una amplia gama de aplicaciones dentro de varias industrias, incluidas la aeroespacial, automotriz, atención médica y médica, electrónica, defensa, energía, automatización y robótica, marina y deportes.
Mecanizado CNC para electrónica
A continuación se muestra una tabla que resume estas aplicaciones:
| Experiencia | Aplicaciones de mecanizado CNC |
| Aeroespacial | Piezas del tren de aterrizaje, marcos de asientos, piezas de la cabina, componentes del motor |
| Motorium | Culata, pistón, piezas de suspensión, tapa de caja de cambios, volante |
| Salud y medicina | Implantes ortopédicos, dispositivos quirúrgicos y piezas de equipos de diagnóstico por imágenes |
| Electrónica | Disipadores de calor, envolventes |
| Deportacion | Piezas de vehículos, piezas de armas |
| Energía | Equipos de perforación, válvulas |
| Automatización y robótica | Engranajes, marcos de robot |
| Marine | Piezas de motor, hélices |
| Deportes | Patinetas, engranajes, cabezas de palos de golf |
| Productos de consumo | Electrónica, electrodomésticos de cocina |
¿Cuánto cuesta el mecanizado CNC?
El costo del mecanizado CNC se puede calcular utilizando el criterio por pieza o por hora, y es confiable. fabricación por contrato Los proveedores adoptan ambos modelos de precios para las cotizaciones de los clientes. Cada uno de estos enfoques ofrece resultados diferentes debido a la gran cantidad de factores que influyen.
Los costos por hora dependerán principalmente de la Tipos de máquinas CNC utilizado y la experiencia asociada. La tarifa por pieza depende de elementos como la materia prima. materiales, la complejidad de la pieza y el volumen de producción.
Por supuesto, existen rangos de precios, pero estos son solo valores de referencia. Por encima de estos puntos de partida, el costo del mecanizado CNC varía considerablemente según el tamaño del lote. ciclo de vida de las piezas CNC, y disponibilidad/costo de las materias primas.
Para obtener una estimación precisa del costo del mecanizado CNC, es mejor obtener información de un experto. Servicios de mecanizado CNC proveedor.
Conclusión
El mecanizado CNC es el sello distintivo de muchas industrias, ya que proporciona piezas precisas, duraderas y atractivas para diversas aplicaciones. Las industrias aeroespacial, automotriz, de defensa y robótica son solo algunas de las beneficiarias de esta tecnología.
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