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Vistas:0 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2022-01-15 Origen:Sitio
El mecanizado CNC significa control numérico por computadora y básicamente significa que una máquina está controlada mediante un conjunto de comandos de un controlador.Este código normalmente viene en forma de una lista de coordenadas conocida como código G.Cualquier máquina controlada por este código puede denominarse máquina CNC, ya sea una fresadora, un torno o incluso una cortadora de plasma.En este artículo nos centraremos en diferentes tipos de fresadoras CNC, tornos y la combinación de estos.El movimiento de las máquinas CNC puede definirse por sus ejes;estos son X, Y y Z con ejes A, B y C para máquinas más avanzadas.Los ejes X, Y, Z se refieren a los principales vectores cartesianos y los ejes A, B, C se refieren a la rotación alrededor de estos ejes.Las máquinas CNC suelen funcionar en hasta 5 ejes.Las máquinas CNC típicas se enumeran a continuación.
Torno CNC – Un torno funciona haciendo girar el material en el mandril del torno.Luego se introduce una herramienta en 2 ejes en la pieza de trabajo para cortar piezas cilíndricas.Un torno CNC puede crear superficies curvas que serían difíciles, si no imposibles, en un torno manual.La herramienta normalmente no gira pero también puede moverse como en el caso de las herramientas motorizadas.
fresadora cnc – Una fresadora CNC se utiliza normalmente para fabricar piezas planas; sin embargo, máquinas más complejas con más grados de libertad pueden crear formas complejas.El material se mantiene estacionario y el husillo gira con la herramienta, que se mueve a lo largo de 3 ejes para cortar el material.En algunos casos, el husillo está parado y el material se mueve hacia él.
Taladro CNC – Estas máquinas son similares a las fresadoras CNC, pero están especialmente diseñadas para cortar solo a lo largo de un eje, es decir, el taladro solo se mueve hacia abajo en el eje Z hacia el material y nunca corta a lo largo de los ejes X e Y.
Amoladoras CNC – Estas máquinas mueven una muela abrasiva en el material para crear acabados superficiales de alta calidad.Están diseñados para quitar pequeñas cantidades de material de metales endurecidos;por tanto, se utilizan como operación de acabado.
El mecanizado CNC crea piezas mediante fabricación sustractiva.Este es básicamente el proceso de eliminar material de un tocho sólido para eventualmente llegar a la forma deseada.Esto se puede hacer mediante cualquiera de los métodos mencionados anteriormente, como fresado, torneado, rectificado o taladrado.La fabricación aditiva es el proceso contrario, en el que se añade material de la nada para crear la pieza, por ejemplo con impresoras 3D.
Las herramientas hacen todo el trabajo de corte.Las herramientas generalmente se montan en un portaherramientas y se cargan en el husillo cuando es necesario.Se necesitan muchos tipos diferentes de herramientas para fabricar una pieza completa; no existe un enfoque de fabricación que se ajuste a todos los casos.Las herramientas más comunes utilizadas en una configuración de mecanizado típica se enumeran a continuación.
Molino de extremo – Una fresa de extremo es el tipo de herramienta más común y normalmente puede cortar en 3 direcciones.Vienen en varios estilos, como planos, de radio de esquina, desbaste, de bola y cónicos, por nombrar algunos.Se caracterizan por el número de canales, los ángulos de hélice, el material base y el material de revestimiento.
Molino de cara – Una fresa de planear está diseñada para cortar una gran superficie, es decir, refrentar.Sus bordes cortantes suelen estar en el borde de la herramienta y los dientes suelen ser insertos de carburo.
Molino de hilo – Un molino de hilo está diseñado para crear hilos, funciona girando alrededor del vástago en un patrón helicoidal para cortar la forma del hilo.
Cortador de ranuras – Estos tipos de cortadores se utilizan para crear ranuras en T a lo largo de una pieza.La herramienta debe entrar y salir por un lado abierto del material debido a su geometría.
El mecanizado CNC se ha ido apoderando lentamente de la industria manufacturera, ya que es simplemente más eficiente que el uso de máquinas operadas manualmente.Algunas de las ventajas y desventajas de las máquinas CNC se enumeran a continuación.
Torneado exterior – Como sugiere el nombre, esta herramienta está diseñada para cortar el diámetro exterior de la pieza.Puede tomar la forma de herramientas sólidas rectificadas hasta obtener la forma requerida o insertos de carburo.
Ranurado y roscado de ID – Estas herramientas suelen ser delgadas para permitirles llegar al interior de la pieza para perforar el diámetro interior después de taladrar, así como para roscar el interior.
De despedida – Se utiliza una herramienta de separación para cortar la pieza como operación final después de completar todas las demás operaciones.
Perforación – Se utilizan para perforar agujeros longitudinales a la pieza; aún es necesario escariar o perforar los agujeros para alcanzar las tolerancias finales.
Los diferentes tipos de herramientas se pueden subdividir en materiales.Los materiales que normalmente se utilizan para las herramientas se enumeran a continuación:
Acero de alto carbono – Son el tipo de máquina herramienta más barata, pero no tienen una vida útil prolongada.También pierden su dureza alrededor de los 200°.
Acero de alta velocidad (HSS) – Son más comunes que las herramientas de acero al carbono, ya que tienen una vida útil más larga y solo pierden su dureza a 600 °C, lo que significa que pueden cortar a velocidades más altas.
Insertos de carburo – Las herramientas de carburo cementado son más duras que las HSS pero menos resistentes y pueden fracturarse si no se manejan correctamente.Pueden soportar temperaturas de hasta 900°.
Cerámica – Estas herramientas de corte son extremadamente duras y suelen reservarse para cortar materiales duros a temperaturas muy altas.Hay dos variantes comunes: alúmina y nitruro de silicio.
Nitruro de boro cúbico – Estas herramientas son ideales para aceros endurecidos y superaleaciones y tienen una excelente resistencia térmica y a la abrasión.
El mecanizado CNC se ha ido apoderando lentamente de la industria manufacturera, ya que es simplemente más eficiente que el uso de máquinas operadas manualmente.Algunas de las ventajas y desventajas de las máquinas CNC se enumeran a continuación.
Ventajas | Contras |
Más rápido que manual | Caro |
Ningún ser humano puede igualar la velocidad, precisión y exactitud de una máquina CNC.En entornos de alta producción, el uso de una máquina manual simplemente resultará en pérdidas financieras. | Una máquina CNC es un equipo extremadamente avanzado.Está fabricado con tolerancias y rigidez muy altas.Esto le permitirá fabricar millones de piezas y seguir produciendo un resultado de calidad.Esta calidad se traduce directamente en costo;cuanto más avanzada sea la máquina, mayor será su coste. |
Costo de producción reducido | Operadores más calificados |
Básicamente, una máquina CNC puede funcionar sin parar si la carga y descarga de materiales y piezas se automatiza aún más, esto significa que la máquina puede funcionar durante la noche sin supervisión.Además, un operador puede operar varias máquinas, lo que compensa los mayores costos laborales. | A pesar de necesitar menos operadores, una máquina CNC requiere operadores altamente capacitados, lo que resultará en un mayor costo laboral. |
Mayor eficiencia | Mayores costos de mantenimiento |
Una máquina CNC puede pasar de una operación a la siguiente en una fracción de segundo.Los cambios de herramientas pueden ocurrir muy rápidamente ya que algunas máquinas tienen una torreta con muchas herramientas preinstaladas o una biblioteca de herramientas que carga una nueva herramienta en el husillo cuando es necesario. | Debido a la complejidad de las máquinas CNC, el coste de mantenimiento es mucho mayor en comparación con las máquinas manuales. |
Mayor seguridad
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Centro de mecanizado vertical (VMC) – El husillo en una VMC permanece en una posición y la mesa se mueve debajo de él.En algunos casos, la mesa se mueve hacia arriba para encontrarse con el husillo o el husillo puede moverse hacia arriba y hacia abajo en el eje Z.Estas máquinas son muy rígidas y, por tanto, pueden producir componentes de alta precisión.Tienen la desventaja de un área de trabajo relativamente pequeña.Los VMC pueden tener 3 ejes (X, Y, Z), 4 ejes (X, Y, Z y A) o incluso 5 ejes (X, Y, Z, A y B).
Centro de mecanizado horizontal (HMC) – Una HMC es una máquina cuyo husillo está orientado horizontalmente en lugar de verticalmente.Este tipo de máquinas son ideales para tiradas de producción largas, ya que pueden mecanizar hasta 3 veces más que una VMC, siempre que haya suficiente trabajo para mantener la máquina ocupada.Una HMC también es mucho más cara que una VMC.Se puede fijar un bloque de material sobre la bancada de la máquina mientras se fabrica otra pieza.Esta es la razón por la que es posible la producción continua, ya que el husillo puede pasar fácilmente al siguiente bloque de material que esté listo y el cambio es muy rápido.
Un torno CNC es capaz de mecanizar únicamente en dos ejes con un solo mandril.Existen varios tipos de tornos CNC que se enumeran a continuación:
Torno de motor – Este es básicamente un torno estándar que es relativamente versátil.El 'motor' en el nombre es una reliquia de cuando los tornos solían funcionar con poleas de un motor que no estaba en la máquina.Un torno de motor sería entonces un torno con el motor en el torno.
Torno de torreta – Un torno de torreta permite tiempos de producción mucho más rápidos ya que todas las herramientas necesarias se cargan en la torreta antes de la fabricación.Cuando se necesita una nueva herramienta, simplemente se gira hasta su posición.
Torno de sala de herramientas – Un torno de sala de herramientas se utiliza para trabajos de alta precisión y bajo volumen.Como sugiere el nombre, estos estilos de tornos se utilizan para crear herramientas y matrices.También está configurado para ser muy versátil.
Torno de velocidad – Este tipo de torno se utiliza principalmente para trabajos ligeros, tiene una configuración sencilla con cabezal, contrapunto y poste de herramientas.
Centros de torneado CNC – Este tipo de tornos son muy avanzados y tienen una amplia gama de características que incluyen fresado, postes de herramientas de torreta e incluso un segundo husillo.También hay centros de torneado tanto verticales como horizontales.Un torno horizontal hace que todas las virutas caigan de la pieza hacia el transportador de virutas, y un torno vertical permite que la gravedad ayude cuando una pieza se asienta en el mandril.Los tornos horizontales son más fáciles de automatizar.Es la aplicación la que determinará qué estilo es más aplicable.
Las máquinas CNC pueden manejar una amplia gama de materiales, desde aluminio hasta superaleaciones como Inconel.Cada material tiene su propio conjunto de desafíos y requiere herramientas, velocidades y avances específicos.
Debido a que el aluminio es un material muy blando, existe el riesgo de que el aluminio pegue la herramienta de corte.Esto se debe a la baja temperatura de fusión del aluminio.Se pueden utilizar templados más duros del aluminio para mejorar la maquinabilidad.
Debido a la gran cantidad de grados de acero, existen muchos factores que contribuyen a la maquinabilidad general del material.Estos factores pueden incluir;trabajo en frío, composición química y microestructura.Generalmente, elementos como el plomo y el estaño pueden mejorar la velocidad de corte debido a sus acciones lubricantes, y el azufre reducirá el endurecimiento por deformación de la viruta.
El titanio tiene una amplia gama de aleaciones y cada una tiene sus propios desafíos.Lo ideal es mantener la herramienta enganchada al material, ya que detenerse en un área provocará fricción, acumulación de calor, endurecimiento y desgaste de la herramienta.El titanio puro se comporta de manera muy similar al aluminio y también puede engomar la herramienta de corte, mientras que sus aleaciones suelen ser mucho más duras y pueden provocar acumulación de calor y desgaste de la herramienta.Unas rpm más bajas y una carga de viruta más alta pueden dar como resultado una mejor vida útil de la herramienta debido a la disminución de las temperaturas.
Las superaleaciones están diseñadas para tener una resistencia muy alta a altas temperaturas, por lo que son muy difíciles de mecanizar.También se requieren máquinas de mayor potencia para mecanizar estos materiales.Las superaleaciones tienden a endurecerse por trabajo muy rápidamente, lo que dificulta futuras operaciones de mecanizado.Generalmente se recomiendan velocidades de corte más bajas.
El cobre es un material notoriamente difícil de mecanizar debido a su maleabilidad y su tendencia a fluir alrededor de las herramientas en lugar de cortar.Se utiliza principalmente para componentes eléctricos y componentes de intercambiadores de calor que requieren altos coeficientes de conductividad y transferencia de calor.Las velocidades y avances altos tienden a funcionar bien con cobre puro.Las aleaciones de cobre se mecanizan mucho más fácilmente que el cobre puro.
El plástico tiene miles de formas diferentes, desde plásticos termoestables hasta termoplásticos normales.También existe una gama increíblemente amplia de durezas y propiedades mecánicas.Sólo los plásticos rígidos se mecanizan bien y se pueden mantener dentro de la tolerancia, mientras que los plásticos más blandos tienden a deformarse más allá de la herramienta de corte y dan como resultado piezas que no cumplen con las dimensionalmente las especificaciones.El calor tiende a acumularse en el filo debido a que el plástico es un aislante y, si no se tiene cuidado, el plástico se derretirá.
A pesar de la amplia gama de usos y funcionalidades que pueden lograr las máquinas CNC, existen riesgos.Algunos de los errores más comunes cometidos en el mecanizado CNC se enumeran a continuación.
Accidentes CNC – Las máquinas CNC son irreflexivas;sólo hacen lo que les dicen.Si se programa incorrectamente, la máquina puede introducir una herramienta de corte en sí misma en un milisegundo.Las máquinas normalmente detectan un choque y se detienen, pero el daño ya estaría hecho.Existen varias herramientas de software que pueden mitigar este riesgo.Las trayectorias de las herramientas se pueden simular antes de cargar el código en la máquina.Las máquinas más complejas de 5 ejes son muy difíciles de simular utilizando el software estándar de fabricación asistida por computadora (CAM) y requieren software adicional entre la codificación CAM y la carga del código en la máquina.
Velocidades y avances incorrectos – Las velocidades y los avances son fundamentales para crear componentes mecanizados de calidad.Si se utilizan ajustes incorrectos, se acelerará el desgaste de la herramienta y se producirán acabados y tolerancias superficiales deficientes.Este es un tema complejo ya que cada material y sus aleaciones tienen diferentes ajustes para el corte ideal.A menudo serán necesarias algunas iteraciones para alcanzar la configuración perfecta.
Falta de mantenimiento: como ocurre con cualquier pieza de maquinaria compleja, la falta de mantenimiento puede destruirla rápidamente.Las máquinas deben mantenerse limpias y cumplir estrictamente el plan de mantenimiento del OEM.
Cualquier industria que requiera la fabricación de componentes se ve impactada por el mecanizado CNC ya sea directa o indirectamente.Algunas de las industrias clave y sus usos del mecanizado CNC se enumeran a continuación.
Aeroespacial – La industria aeroespacial requiere componentes con un nivel muy alto de precisión y repetibilidad, estos pueden incluir álabes de turbina en el motor, herramientas utilizadas para crear otros componentes e incluso cámaras de combustión utilizadas en motores de cohetes.
Construcción de maquinaria y automóviles – La industria automotriz requiere la fabricación de moldes de alta precisión utilizados para fundir piezas como bloques de motor o el mecanizado de piezas de alta tolerancia como pistones.A mayor escala, las máquinas tipo pórtico pueden tallar moldes de arcilla utilizados en la fase de diseño de un automóvil.
Militar – El ejército utiliza componentes de alta precisión con tolerancias muy altas, desde componentes de misiles hasta cañones de armas.Todas las piezas mecanizadas en el ejército pueden beneficiarse de la precisión y velocidad de las máquinas CNC.
Médico – Los implantes médicos suelen estar diseñados con formas muy orgánicas y deben fabricarse con aleaciones avanzadas.Como tales, las máquinas CNC son imprescindibles porque ninguna máquina manual puede crear estas formas.
Energía – La industria energética cubre todos los espectros de la ingeniería, desde turbinas de vapor hasta tecnologías más exóticas como la fusión.Las turbinas de vapor requieren palas de alta precisión para mantener el equilibrio en la turbina y las cámaras de contención de plasma de I+D en fusión tienen formas muy complejas de materiales avanzados que requieren máquinas CNC.
Con el ritmo acelerado del desarrollo tecnológico en los últimos años, existe la percepción de que la fabricación aditiva superará al mecanizado CNC; sin embargo, el escenario más probable es el surgimiento de cada vez más centros de fabricación que combinen múltiples tecnologías en una sola máquina.Estos pueden tomar los puntos fuertes de las máquinas sustractivas y aditivas para crear una máquina cuyas capacidades sean mayores que la suma de sus partes.Ya se pueden encontrar algunas de las primeras versiones de estas máquinas.
Además, el incesante avance de la automatización a través de la cuarta revolución industrial dará como resultado más sistemas automatizados que puedan autodiagnosticarse, autooptimizarse y funcionar con una mínima intervención humana.Los productos se pueden fabricar según los requisitos personales de los consumidores individuales y esto será posible gracias al nivel de flexibilidad que ofrecen las máquinas CNC.
