¿Qué es el mecanizado CNC, definición, procesos, tipos, costos de materiales y aplicación？
¿Qué es el mecanizado CNC, definición, procesos, tipos, costos de materiales y aplicación? La definición de mecanizado CNC es que es un proceso de fabricación sustractivo que generalmente emplea controles informatizados y herramientas de máquina para eliminar capas de material de una pieza en bruto, conocida como blank o pieza de trabajo, y produce una pieza diseñada a medida. Este proceso es adecuado para una amplia gama de materiales, incluyendo metales, plásticos, madera, vidrio, espuma y composites, y encuentra aplicación en diversas industrias, como el mecanizado CNC de grandes dimensiones, el mecanizado de piezas y prototipos para telecomunicaciones, y el mecanizado CNC de piezas aeroespaciales, que requieren tolerancias más estrictas que otras industrias. Tenga en cuenta que hay una diferencia entre la definición de mecanizado CNC y la definición de máquina CNC: una es un proceso y la otra es una máquina.
Una máquina CNC (a veces incorrectamente referida como máquina C y C) es una máquina programable que es capaz de realizar de forma autónoma las operaciones de mecanizado CNC.
El mecanizado CNC como proceso de fabricación y servicio está disponible en todo el mundo. Puede encontrar fácilmente servicios de mecanizado CNC en Europa, así como en Asia, América del Norte y en otros lugares del mundo.
Los procesos de fabricación sustractiva, como el mecanizado CNC, se presentan a menudo en contraste con los procesos de fabricación aditiva, como la impresión 3D, o los procesos de fabricación formativa, como el moldeo por inyección de líquidos. Mientras que los procesos sustractivos eliminan capas de material de la pieza para producir formas y diseños personalizados, los procesos aditivos ensamblan capas de material para producir la forma deseada y los procesos formativos deforman y desplazan el material en stock hacia la forma deseada. La naturaleza automatizada del mecanizado CNC permite la producción de piezas de alta precisión y exactitud, sencillas y rentables, cuando se realizan producciones únicas o de volumen medio. Sin embargo, aunque el mecanizado CNC demuestra ciertas ventajas sobre otros procesos de fabricación, el grado de complejidad e intricacidad alcanzable en el diseño de piezas y la rentabilidad de producir piezas complejas está limitado.
Aunque cada tipo de proceso de fabricación tiene sus ventajas y desventajas, este artículo se centra en el proceso de mecanizado CNC, describiendo los conceptos básicos del proceso y los diversos componentes y herramientas de la máquina CNC. Además, este artículo explora varias operaciones mecánicas de mecanizado CNC y presenta alternativas al proceso de mecanizado CNC.
De un vistazo, esta guía cubrirá:
Resumen del proceso de mecanizado CNC
Tipos de operaciones de mecanizado CNC
Equipamiento y componentes del mecanizado CNC
Materiales para mecanizado CNC
Consideraciones de tamaño en CNC
Alternativas al uso de una máquina CNC
Historia del mecanizado CNC
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Resumen del proceso de mecanizado CNC
Evolucionando desde el proceso de control numérico (CN) que utilizaba tarjetas perforadas, el mecanizado CNC es un proceso de fabricación que utiliza controles informatizados para operar y manipular herramientas de máquina y corte para dar forma a materiales en stock, como metal, plástico, madera, espuma, composites, etc., en piezas y diseños personalizados. Aunque el proceso de mecanizado CNC ofrece diversas capacidades y operaciones, los principios fundamentales del proceso permanecen en gran medida iguales en todos ellos. El proceso básico de mecanizado CNC incluye las siguientes etapas:
Diseñar el modelo CAD
Convertir el archivo CAD en un programa CNC
Preparando la máquina CNC
Ejecutando la operación de mecanizado
Diseño del modelo CAD
El proceso de mecanizado CNC comienza con la creación de un diseño CAD en 2D vectorial o en 3D sólido, ya sea internamente o mediante una empresa de diseño CAD/CAM. El software de diseño asistido por ordenador (CAD) permite a diseñadores y fabricantes producir un modelo o renderizado de sus piezas y productos junto con las especificaciones técnicas necesarias, como dimensiones y geometrías, para la fabricación de la pieza o producto.
Los diseños para piezas mecanizadas por CNC están restringidos por las capacidades (o incapacidad) de la máquina CNC y las herramientas. Por ejemplo, la mayoría de las herramientas de máquinas CNC son cilíndricas, por lo que las geometrías de las piezas posibles mediante el proceso de mecanizado CNC están limitadas, ya que la herramienta crea secciones de esquinas curvas. Además, las propiedades del material que se está mecanizando, el diseño de la herramienta y las capacidades de sujeción de la máquina restringen aún más las posibilidades de diseño, como los espesores mínimos de las piezas, el tamaño máximo de la pieza y la inclusión y complejidad de cavidades y características internas.
Una vez que el diseño CAD está completo, el diseñador lo exporta a un formato de archivo compatible con CNC, como STEP o IGES.
Tablas de tolerancias de mecanizado CNC
Al especificar piezas a un taller, es importante incluir las tolerancias necesarias. Aunque las máquinas CNC son muy precisas, aún dejan una ligera variación entre duplicados de la misma pieza, generalmente alrededor de + o – 0,005 pulgadas (.127 mm), que es aproximadamente el doble del ancho de un cabello humano. Para ahorrar costos, los compradores solo deben especificar tolerancias en las áreas de la pieza que necesitarán ser especialmente precisas porque entrarán en contacto con otras partes. Aunque existen tolerancias estándar para diferentes niveles de mecanizado (como se muestra en las tablas a continuación), no todas las tolerancias son iguales. Por ejemplo, si una pieza no puede ser más grande que la medida, podría tener una tolerancia especificada de +0.0/-0.5 para mostrar que puede ser ligeramente más pequeña, pero no más grande en esa área.
Tabla 1: Tolerancias lineales en mecanizado CNC
Rango de dimensiones (mm) Fino (F) +/- Medio (M) +/- Grueso (C) +/- Muy grueso (V) +/-
.5-3 .05 .1 .2 —
3-6 .05 .1 .3 .5
6-30 .1 .2 .5 1.0
30-120 .15 .3 .8 1.5
120-400 .2 .5 1.2 2.5
400-1000 .3 .8 2.0 4.0
1000-2000 .5 1.2 3.0 6.0
2000-4000 — 2.0 4.0 8.0
Tabla 2: Tolerancias de ángulo en mecanizado CNC
Rango de dimensiones (mm) Fino (F) +/- Medio (M) +/- Grueso (C) +/- Muy grueso (V) +/-
0-10 1o 1o 1o 30’ 3o
10-50 0 o 30’ 0 o 30’ 1o 2o
50-120 0 o 20’ 0 o 20’ 0 o 30’ 1o
120-400 0 o 10’ 0 o 10’ 0 o 15’ 0 o 30’
400 0 o 5’ 0 o 5’ 0 o 10’ 0 o 20’
Tabla 3: Tolerancias de radio y chaflán en mecanizado CNC
Rango de dimensiones (mm) Fino (F) +/- Medio (M) +/- Grueso (C) +/- Muy grueso (V) +/-
.5-3 .2 .2 .4 .4
3-6 .5 .5 1 1
6 1 1 2 2
Conversión de archivo CAD
El archivo de diseño CAD formateado se procesa mediante un programa, típicamente un software de fabricación asistida por computadora (CAM), para extraer la geometría de la pieza y generar el código de programación digital que controlará la máquina CNC y manipulará las herramientas para producir la pieza diseñada a medida.
Las máquinas CNC utilizan varios lenguajes de programación, incluidos el código G y el código M. El más conocido de los lenguajes de programación CNC, el código general o geométrico, denominado código G, controla cuándo, dónde y cómo se mueven las herramientas de la máquina, por ejemplo, cuándo encender o apagar, a qué velocidad desplazarse a una ubicación determinada, qué trayectorias seguir, etc., sobre la pieza de trabajo. El código de funciones misceláneas, denominado código M, controla las funciones auxiliares de la máquina, como la automatización de la retirada y reposición de la cubierta de la máquina al inicio y al final de la producción, respectivamente.
Una vez generado el programa CNC, el operador lo carga en la máquina CNC.
Configuración de la máquina
Antes de que el operador ejecute el programa CNC, debe preparar la máquina CNC para su funcionamiento. Estas preparaciones incluyen fijar la pieza de trabajo directamente en la máquina, en los husillos de la maquinaria o en tornillos de banco u otros dispositivos de sujeción similares, y colocar las herramientas necesarias, como brocas y fresas, en los componentes adecuados de la máquina.
Una vez que la máquina está completamente configurada, el operador puede ejecutar el programa CNC.
Ejecución de la operación de mecanizado
El programa CNC actúa como instrucciones para la máquina CNC; envía comandos a la computadora integrada de la máquina que dictan las acciones y movimientos de las herramientas, la cual opera y manipula las herramientas de la máquina. Iniciar el programa impulsa a la máquina CNC a comenzar el proceso de mecanizado CNC, y el programa guía a la máquina durante todo el proceso mientras ejecuta las operaciones necesarias para producir una pieza o producto diseñado a medida.
Los procesos de mecanizado CNC pueden realizarse internamente, si la empresa invierte en adquirir y mantener su propio equipo CNC, o subcontratarse a proveedores de servicios especializados en mecanizado CNC.
Tipos de operaciones de mecanizado CNC
El mecanizado CNC es un proceso de fabricación adecuado para una amplia variedad de industrias, incluyendo la automotriz, aeroespacial, construcción y agricultura, y capaz de producir una gama de productos, como chasis de automóviles, equipos quirúrgicos, motores de avión, engranajes y herramientas manuales y de jardín. El proceso abarca varias operaciones de mecanizado controladas por computadora, incluyendo procesos mecánicos, químicos, eléctricos y térmicos, que eliminan el material necesario de la pieza de trabajo para producir una pieza o producto diseñado a medida. Mientras que los procesos de mecanizado químico, eléctrico y térmico se tratan en una sección posterior, esta sección explora algunas de las operaciones mecánicas CNC más comunes, incluyendo:
Perforación
Fresado
Torneado
Taladrado CNC
El taladrado es un proceso de mecanizado que utiliza brocas multipunto para producir agujeros cilíndricos en la pieza de trabajo. En el taladrado CNC, típicamente la máquina CNC alimenta la broca giratoria perpendicularmente al plano de la superficie de la pieza, lo que produce agujeros alineados verticalmente con diámetros iguales al diámetro de la broca utilizada para la operación. Sin embargo, también se pueden realizar operaciones de taladrado angular mediante configuraciones especializadas de la máquina y dispositivos de sujeción. Las capacidades operativas del proceso de taladrado incluyen avellanado, countersink, escariado y roscado.
Fresado CNC
El fresado es un proceso de mecanizado que utiliza herramientas de corte multipunto giratorias para eliminar material de la pieza de trabajo. En el fresado CNC, la máquina CNC típicamente alimenta la pieza hacia la herramienta de corte en la misma dirección que la rotación de la herramienta, mientras que en el fresado manual la máquina alimenta la pieza en dirección opuesta a la rotación de la herramienta. Las capacidades operativas del proceso de fresado incluyen fresado frontal, que corta superficies planas poco profundas y cavidades con fondo plano en la pieza, y fresado periférico, que corta cavidades profundas, como ranuras y roscas, en la pieza.
Torneado CNC
Torneado CNC y mecanizado multieje
El torneado es un proceso de mecanizado que utiliza herramientas de corte de un solo punto para eliminar material de la pieza de trabajo giratoria. En el torneado CNC, la máquina, típicamente un torno CNC, alimenta la herramienta de corte en un movimiento lineal a lo largo de la superficie de la pieza giratoria, eliminando material alrededor de la circunferencia hasta alcanzar el diámetro deseado, para producir piezas cilíndricas con características externas e internas, como ranuras, conos y roscas. Las capacidades operativas del proceso de torneado incluyen taladrado, desbaste, ranurado y corte de roscas. En cuanto a la comparación entre fresadora CNC y torno, el fresado, con sus herramientas de corte giratorias, es mejor para piezas más complejas. Sin embargo, los tornos, con piezas giratorias y herramientas de corte fijas, son ideales para la creación más rápida y precisa de piezas redondas.
¿Cuáles son las ventajas y desventajas del mecanizado CNC?
Aunque el mecanizado CNC es un proceso de fabricación viable e incluso ideal para muchas aplicaciones que van desde la creación de prototipos hasta la producción a escala media de piezas de uso final, no está exento de limitaciones. En esta sección, cubrimos los beneficios y las limitaciones de este proceso de mecanizado sustractivo.
El mecanizado CNC ofrece excelente precisión y repetibilidad. Tanto el fresado como el torneado pueden producir piezas con tolerancias muy estrictas, lo que hace que el CNC sea ideal para aplicaciones de alta gama como en las industrias aeroespacial, aviación y automotriz. La mayoría de los materiales utilizados en el mecanizado CNC tienen propiedades físicas excelentes y totalmente isotrópicas, y son adecuados para la mayoría de las aplicaciones de ingeniería.
En general, el mecanizado CNC es el proceso de fabricación más rentable para producir cantidades bajas a medias de piezas metálicas. Esto significa que puedes usar CNC para prototipos únicos o para producir hasta 1.000 unidades.
Aunque estos beneficios hacen que el mecanizado CNC sea una opción atractiva para los ingenieros, la naturaleza sustractiva de la tecnología hace que ciertas geometrías más complejas sean muy costosas o incluso imposibles de fabricar.
Hablando desde una perspectiva financiera, el costo inicial del mecanizado CNC es mucho más alto que el de la impresión 3D. Si buscas producir prototipos de bajo costo en plástico, entonces la impresión 3D puede ser una mejor opción en cuanto a la configuración se refiere.
Los plazos de entrega para el mecanizado CNC tienden a ser más largos que para la impresión 3D, ya que el plazo medio para CNC es de 10 días en comparación con los mucho más cortos 2-5 días para la impresión 3D. Las máquinas CNC no están tan disponibles como las impresoras 3D, ya que requieren un conocimiento más especializado para operarlas de manera efectiva.
¿Cuáles son las reglas generales de la red Protolabs para el mecanizado CNC?
Analicemos los parámetros clave a considerar para el mecanizado CNC de piezas personalizadas tanto de metal como de plástico.
Parámetro clave de CNC lo que dice la red de Protolabs
Precisión dimensional Típica: ± 0,125 mm (.005’’) Máxima: ± 0,02 mm (.0008’’)
Grosor mínimo de pared Metales: 0,75 mm (0,030″) Plásticos: 1,5 mm (0,060″)
Tamaño máximo de construcción para fresado: 2000 x 800 x 100 mm (78’’ x 32’’ x 40’’) Para torneado: Ø 500 mm (Ø 20’’)
