La fabricación de productos moderna requiere procesos y técnicas que garanticen precisión y exactitud debido a la creciente complejidad del diseño de productos. Como resultado, hay una carrera por el desarrollo y la innovación en las técnicas de producción, especialmente la introducción de la automatización.
Debido a la automatización, el mecanizado CNC es un proceso de fabricación común conocido por su precisión, exactitud y capacidad para crear diseños de productos complejos. Este artículo explica los conceptos básicos del mecanizado CNC, su proceso, aplicación y beneficios.
¿Qué significa Control Numérico por Computadora (CNC)?
El control numérico por computadora (CNC) implica controlar una máquina herramienta mediante una microcomputadora conectada a la herramienta. La microcomputadora puede hacer esto respondiendo a un lenguaje de programación llamado G-Code y M-Code, que contiene instrucciones sobre parámetros de mecanizado como velocidad de avance, velocidad del husillo, herramienta de corte y flujo de refrigerante.
Luego, la microcomputadora pasa instrucciones a la máquina herramienta. Por lo tanto, el mecanizado CNC no requiere operación manual y, por lo tanto, es adecuado para producir piezas libres de defectos independientemente de la complejidad del diseño del producto.
¿Qué es el mecanizado CNC?
El mecanizado CNC es un proceso de fabricación sustractivo que implica eliminar partes de una pieza para crear un producto. Se utilizan instrucciones de un modelo CAD. La máquina CNC elimina partes de la pieza mediante operaciones de mecanizado como torneado, taladrado o fresado según códigos (código G y código M) recuperados del modelo CAD que contiene instrucciones sobre los parámetros de mecanizado.
El proceso de mecanizado CNC es compatible con muchos metales, plásticos, madera y materiales compuestos. Además de los procesos de fabricación aditivos y formativos, como la impresión 3D y el moldeo por inyección, es un proceso estándar para producir piezas. Sin embargo, el mecanizado CNC tiene algunas ventajas sobre estos métodos, como por ejemplo: B. una alta tolerancia. Sigue leyendo.
4 pasos principales para el proceso de mecanizado CNC
Independientemente de su proceso de mecanizado CNC, el mecanizado CNC consta de cuatro pasos básicos. A continuación se muestra una guía paso a paso de cómo funciona generalmente:
Paso 1: preparar un modelo CAD
Se crea un diseño modelo 2D o 3D del producto. Hay muchos programas de software adecuados para este proceso, siendo especialmente populares AutoCAD y SolidWorks. Además, es posible convertir diseños 2D a diseños 3D según los requisitos del producto.
Si bien algunos diseños de productos pueden ser simples, algunos modelos CAD pueden requerir habilidades avanzadas para su creación, especialmente para diseños de productos complejos.
El modelo CAD debe estar diseñado adecuadamente y mostrar fácilmente al operador características importantes como tolerancias, líneas de diseño, roscas y otros parámetros para una operación de mecanizado efectiva.
Paso 2: Convertir a formato compatible con CNC
Las máquinas CNC no entienden el modelo CAD. Por tanto, es necesario convertir el modelo CAD a un formato compatible con CNC para que la máquina pueda interpretarlo. Para este paso, puede utilizar software CAM como AutoCAD, Fusion 360 u otros servicios de software en línea.
Este software se puede convertir a un formato compatible con CNC e indicar a la máquina CNC parámetros como movimiento giratorio y lineal, secuencia de corte, trayectoria de la herramienta, pieza de trabajo, velocidad de la máquina, etc.
Paso 3: ejecutar la configuración
Esto implica elegir el tipo correcto de máquina CNC y configurar ciertas operaciones antes de que comience el proceso de mecanizado. La elección de la máquina adecuada depende de la pieza, la complejidad del diseño del producto y el costo. A continuación se monta la pieza en la máquina.
Paso 4: edita la pieza
El operador instala las herramientas de corte necesarias y comienza el proceso. El proceso es automatizado y se ejecuta hasta que el programa informático lo considera completo. Durante y después del proceso de mecanizado, los maquinistas realizan varios niveles de inspección de control de calidad.
El importante papel de los maquinistas en el mecanizado CNC
Aunque el proceso de mecanizado CNC está automatizado, existen maquinistas CNC que se encargan de los errores esperados e inesperados. A continuación se detallan las funciones importantes de los maquinistas CNC:
- Encuentra las especificaciones del producto.
- Lea planos, bocetos y archivos CAD/CAM.
- Crear modelos CAE.
- Alinear y ajustar herramientas de corte y otros materiales de la máquina.
- Instalar, utilizar y desmontar máquinas herramienta CNC.
- Observe la velocidad de la máquina.
- Inspeccionar y probar productos terminados en busca de defectos.
- Asegúrese de que una pieza esté alineada con el modelo CAD.
Tipos de máquinas CNC
Cada proceso de mecanizado CNC tiene su propia máquina. Por ejemplo, las máquinas para fresado CNC se denominan fresadoras CNC y las máquinas para torneado CNC se denominan tornos CNC. Sin embargo, el tipo de máquina CNC es más el eje sobre el que pueden moverse y girar. Estos son los más comunes utilizados en la fabricación de piezas:
Máquinas CNC de 2 ejes
Las máquinas CNC de 2 ejes sólo pueden mecanizar una pieza en los ejes X y Z, es decir, vertical y horizontal. Por tanto, son las máquinas CNC más sencillas utilizadas en la fabricación de piezas.
Máquina CNC de 3 ejes
Las máquinas CNC de 3 ejes van un paso por delante de las máquinas CNC de 2 ejes porque pueden moverse en los ejes X, Y y Z. Son las máquinas más utilizadas en el mecanizado CNC. Sin embargo, pueden existir limitaciones al mecanizar piezas con diseños complejos. Esto se debe a la falta de rotación.
Máquinas CNC de 4 ejes
La máquina CNC de 4 ejes tiene un husillo que puede moverse a lo largo de los tres ejes. En pocas palabras, la máquina puede moverse hacia arriba y hacia abajo, hacia los lados y hacia adelante, y girar a lo largo de los ejes X y A. Todo esto sucede sin que la pieza se mueva. Por su velocidad, precisión y exactitud, son las máquinas CNC más utilizadas para el mecanizado de piezas complejas.
Máquinas CNC de 5 ejes
Una máquina CNC de 5 ejes tiene un husillo y una herramienta de corte que pueden moverse de manera similar a una máquina de 4 ejes. Sin embargo, a diferencia de la máquina de 4 ejes, pueden girar a lo largo de dos de los tres ejes. Se consideran las máquinas CNC multieje más completas porque pueden acercarse a la pieza desde todas las direcciones sin tener que reposicionarla manualmente durante el mecanizado. El mecanizado CNC de 5 ejes permite un mecanizado perfecto de piezas complejas y de precisión.
3 software de soporte común para el mecanizado CNC
Dependiendo de las necesidades del proceso de mecanizado CNC, se utilizan uno o más de los programas de software que se enumeran a continuación para cada proceso de mecanizado:
1. Software CAD
El software CAD permite a los usuarios crear modelos 2D y 3D de componentes físicos utilizados en el desarrollo y fabricación de productos. Además, sirven para proporcionar a los fabricantes datos de diseño. Los ejemplos incluyen AutoCAD (2D y 3D), Inventor (3D), Blender y SketchUp.
2. Software de leva
El software CAM es adecuado para crear códigos G a partir de modelos CAD para estos controles de máquinas CNC. En consecuencia, una máquina CNC tiene automatización. Los principales ejemplos incluyen Fusion 360, SolidWorks y AutoCAD.
3. Software CAE
El software CAE permite a los diseñadores de productos replicar el rendimiento de un producto previsto. Esto les permite mejorar los diseños de productos y ayudar a los ingenieros a resolver problemas técnicos. Los ejemplos incluyen análisis de elementos finitos, dinámica multicuerpo y dinámica de fluidos computacional.
Diferentes tipos de operaciones de mecanizado CNC
El mecanizado CNC incluye varias técnicas que eliminan de forma sustractiva una parte de una pieza para producir el producto deseado. Sin embargo, el tipo de eliminación depende del procedimiento. Las operaciones de mecanizado CNC comunes en la fabricación de piezas incluyen:
Perforación CNC
La perforación CNC implica hacer agujeros cilíndricos en una pieza estacionaria utilizando una herramienta de corte giratoria. Es una operación de mecanizado CNC importante en la fabricación de productos que requieren ensamblaje de piezas.
Fresado CNC
El fresado CNC es el método de mecanizado más común que utiliza una herramienta de corte que puede girar y moverse a lo largo de ejes para eliminar material de una pieza de trabajo. La facilidad de corte depende de la complejidad de la máquina CNC.
torneado CNC
El torneado CNC es un proceso de mecanizado en el que se gira un producto y simultáneamente se alimenta a una herramienta de corte para producir la pieza mecanizada.
Otras operaciones de edición
- Moler
- hago hincapié
- Corte
- sierras
- Afilar
Materiales compatibles con el mecanizado CNC
– metales : Cobre, aleaciones de acero inoxidable, titanio, latón, aleaciones de aluminio, acero, magnesio, etc.
– Plásticos : Acetal, PEEK, Policarbonato, Nylon, Acrílico, PVC, Polipropileno, etc.
– Material compuesto : Epoxi, fenoles, fibra de vidrio y fibra de carbono.
– Madera : Maderas nobles y contrachapados.
– Espuma: Espuma dura y esculpida.
El mecanizado CNC es compatible con muchos materiales. Sin embargo, antes de elegir un material CNC, debes considerar lo siguiente:
- tenacidad
- Propiedades mecánicas
- Funciones parciales
- Tolerancia Dimensional
- Temperatura de funcionamiento
- Costo
¿Cuáles son las ventajas del mecanizado CNC?
El mecanizado CNC se utiliza ampliamente en la fabricación de piezas industriales debido a varias ventajas. A continuación se presentan algunas ventajas del proceso sobre otros procesos de fabricación.
Exactitud y precisión
El mecanizado CNC es preciso y permite a los fabricantes de productos producir piezas según el diseño previsto. Además, tiene alta precisión y tolerancia; por lo tanto, puedes producir diferentes lotes de un producto sin perder precisión. Además, un proceso automatizado reduce los errores durante el procesamiento.
Rápido y eficiente
Puede recibir una pieza mecanizada por CNC en tan solo unos días. Se trata entonces de eficiencia de producción. Sin embargo, la velocidad y la eficiencia dependen del tipo de máquina CNC y de la complejidad del producto.
Rentabilidad
El mecanizado CNC tiene elevados costes de inversión inicial. Sin embargo, los costos operativos son menores. Además, la alta tasa de producción, el escaso o nulo error humano y los bajos costos de producción aumentan la rentabilidad. Además, la mayoría de las operaciones de mecanizado requieren menos capacitación y la mayor parte de la capacitación está disponible en línea.
Mejores habilidades
La mayoría de las máquinas CNC pueden transportar muchas herramientas para diferentes propósitos. Además, cuentan con un software sofisticado que les permite trabajar en una variedad de productos y piezas complejos. Por tanto, tienen capacidades mejoradas y compatibilidad con piezas de diferentes tamaños, formas o texturas.
Gran selección de materiales compatibles.
Las operaciones de mecanizado son compatibles con una gran base de materiales. Los ejemplos comunes incluyen metal, plástico y materiales compuestos.
Procesos de fabricación alternativos al mecanizado CNC
El mecanizado CNC es un proceso versátil ampliamente aceptado en la fabricación de piezas y productos. Sin embargo, a veces no es necesariamente el mejor método. Aquí hay varios métodos alternativos que puede considerar:
Impresión 3d
La impresión 3D es un proceso de fabricación aditiva que funde, deposita y solidifica un material según las instrucciones de un modelo digital CAD o 3D. Al igual que el mecanizado CNC, está automatizado. Sin embargo, a diferencia del mecanizado CNC, es más adecuado para proyectos sencillos.
Moldeo por inyección
El moldeo por inyección es un proceso de fabricación de plástico en el que el material se funde y se inyecta en un molde preparado y solidificado. Funciona mediante el mismo mecanismo que otros procesos de fabricación, p. B. Moldes por soplado, sobremoldeado y de inserción. Es una parte importante de la producción en masa de productos.
elenco
La fundición a presión es similar al moldeo por inyección. Sin embargo, es adecuado para metales como el aluminio. El metal se funde y se inyecta en un molde preparado. El proceso de moldeo por inyección puede ser bajo o alto dependiendo de la calidad del producto.
Una breve historia del mecanizado CNC
Antes de la era electrónica, los diseñadores creaban piezas a mano o con máquinas operadas manualmente. Los procesos de fabricación utilizados en aquella época eran limitados en términos de exactitud, precisión, idoneidad para productos complejos y, lo más importante, producción en masa de productos. Por ello, se hizo investigación y desarrollo para introducir nuevos procesos de fabricación.
John T. Parsons tuvo sus primeros conocimientos sobre el control numérico en colaboración con el MIT en la década de 1940, cuando desarrolló máquinas de control numérico en el departamento de producción de piezas de la Fuerza Aérea de EE. UU. Estas máquinas permiten a los fabricantes controlar un conjunto de herramientas mediante instrucciones de tarjetas perforadas. Sin embargo, todavía carecen de una automatización completa. Por tanto, se utilizaron en presencia de operadores.
Con la invención de computadoras más rápidas, las máquinas CNC comenzaron a utilizar códigos digitales en lugar de tarjetas perforadas para controlar las máquinas herramienta. El mecanizado CNC puede producir piezas de forma más rápida y precisa que el sistema de mecanizado anterior.
Concluyendo
El mecanizado CNC es un proceso ampliamente aceptado en la fabricación de piezas y productos debido a su exactitud, precisión y tolerancia. Por lo tanto, a los diseñadores y fabricantes de productos les resulta fácil crear productos de diversa complejidad.
Preguntas frecuentes
¿Qué son el Código M y el Código G?
Por un lado, los códigos G son una serie de códigos que proporcionan instrucciones a una máquina CNC para sus movimientos. Por otro lado, el código M realiza las operaciones no cortantes de la máquina.
¿Cuáles son los mayores desafíos en el mecanizado CNC?
La personalización no es particularmente fácil con el mecanizado CNC. Como primer paso, los maquinistas deben modificar los archivos CAD para realizar pequeños ajustes en los productos terminados. Además, debido a los avances tecnológicos, sólo un operador experimentado puede escribir los programas.
¿En qué industrias se utiliza el mecanizado CNC?
El mecanizado CNC se utiliza en muchas industrias manufactureras. Las industrias donde se usa comúnmente este proceso de fabricación incluyen la automotriz, aeroespacial, militar, de defensa, marina y médica.
¿Qué terminologías se aplican al mecanizado CNC?
Las terminologías comunes en el mecanizado CNC incluyen:
-CAD: software asistido por ordenador
-CAM: Fabricación asistida por ordenador
-CAE: Ingeniería Asistida por Computador
-DNC: Control numérico distribuido
-G-Code: códigos geométricos
-Código M: varios códigos de máquina
¿Cuáles son las tendencias en la industria del mecanizado CNC?
Las tendencias en la industria del mecanizado CNC incluyen la automatización completa de procesos, la adición de más ejes a las máquinas CNC y el desarrollo de más funciones para una fácil personalización.
