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Cuaderno del ingeniero

Máquina CNC. Diferentes tipos, componentes y funcionamiento, Ventajas e inconvenientes y más

En esta entrada vamos a conocer con más detalle que es una máquina CNC y su funcionamiento. También dedicaremos parte de este artículo para explicar los diferentes sistemas de CNC existentes en el mercado, sus aplicaciones, componentes, ventajas, etc..

Maquina CNC

En una máquina convencional, los parámetros de mecanizado como el avance, la profundidad de corte y la velocidad son controlados de forma manual por un operario. La precisión del trabajo depende esencialmente de la habilidad del trabajador. Este tipo de máquinas covencionales tienen las siguientes desventajas:

– Es necesaria mucha experiencia por parte del operario.
– No es muy preciso.
– Se dedica más tiempo cuando realizamos un mecanizado en una máquina convencional.
– Baja producción.

El CNC conduce al método de control de las operaciones de fabricación mediante instrucciones numéricas en forma de código insertado directamente en máquinas herramienta.

Es importante darse cuenta de que un control numérico no es un método de mecanizado, sino un concepto de control de la máquina.

El control numérico en una máquina herramienta se ejecuta mediante una serie de instrucciones codificadas que incluyen números, letras del alfabeto y símbolos que la unidad de control de la máquina puede leer y procesar.

Estas instrucciones se convierten en pulsos eléctricos que comandan los motores, servomotores, encoders y/o controles de la máquina que realizan las tareas de fabricación en una pieza de trabajo.

Las instrucciones utilizadas en la programación de una máquina CNC siguen el estándar ISO 6983.

Tipos de máquinas CNC

Existen muchos tipos de máquinas CNC que se pueden clasificar en las siguientes categorías.

Maquinas CNC según sus funciones

Según las piezas que se deban mecanizar, las máquinas CNC se pueden clasificar en siete tipos diferentes: tornos, rectificadoras, fresadoras, taladradoras, cortadoras de plasma, máquinas EDM, plegadoras.

Tornos CNC: utilizados para fabricar objetos cilíndricos y realizar el proceso de producción de piezas de torneado CNC. Constan de una herramienta de corte que da forma a la pieza de trabajo que gira rápidamente sobre su propio eje, bloqueada por un plato de garras.

Rectificadoras CNC: Es una máquina que utiliza una muela abrasiva giratoria para rectificar el material, adoptando la forma deseada. Es más fácil de programar que las fresadoras y los tornos.

Fresadoras CNC: Utilizadas para mecanizar ranuras, agujeros, cajeras, superficies, y realizar el proceso de mecanizado de fabricación de piezas de fresado CNC. Las herramientas de corte son rotativas y eliminan el material de la pieza que está sujeta a una mordaza fijada a la bancada de la máquina. 

Taladradoras CNC: Mecaniza agujeros en la pieza de trabajo. La herramienta se ubica en la posición para taladrar de manera rápida y precisa. Las máquinas taladradoras sofisticadas también pueden realizar escariados, avellanados y roscados.

Corte por plasma CNC: Es una máquina que lleva incorporada una boquilla por donde sale el plasma. Se utiliza para cortar metales. Consiste en cortar materiales que sean conductores de la electricidad mediante un chorro acelerado de plasma caliente.

Maquina CNC de corte por hilo: En realidad es una máquina que realiza el mecanizado a través de descargas eléctricas que suceden entre la pieza, que va fijada en la bancada controlada por CNC, y el hilo (de cobre o latón), que se desplaza. Se conocen como máquinas EDM (Electrical Discharge Mecanized). El hilo que va penetrando en la pieza es el conductor que hace las veces de herramienta.

Plegadoras CNC: Permiten realizar el doblado de chapas de diferentes espesores y formas.

A continuación os dejo algunas imágenes de los diferentes tipos de máquinas según las funciones que se han enumerado en la lista de arriba.

maquinas cnc

De cada uno de estos tipos existen diversas variantes de máquinas. Por ejemplo, en las rectificadoras CNC existen varias familias como son:
– Planas.
– Rotativas.
– Centerless.
– Lapeadoras.
– Circulares.

Dedicarnos a cada una de esas variantes para cada máquina CNC haría el artículo muy extenso y quizás nos desviaríamos del cometido de la entrada. Lo dejo pendiente para próximas entradas.

Máquinas CNC según su movimiento

Las máquinas CNC se pueden dividir en sistemas punto a punto y sistemas de contorneado.

Sistemas punto a punto: el material y la herramienta se colocan en determinadas posiciones relativas fijas en las que se retienen hasta que la herramienta finaliza el proceso y se retrae. Este tipo de equipos incluye máquinas de taladrado, mandrinado y roscado.

Sistemas de contorneado: la máquina herramienta corta el material siguiendo el contorno de una pieza, por lo que trabaja en un recorrido continuo, este tipo de equipos incluye tornos, fresadoras, EDM.

Componentes y su funcionamiento en una maquina CNC

Vamos a conocer cuales son algunos de los componentes más importantes en una máquina CNC. Explicaremos de una manera breve cada una de sus funciones y la manera de interactuar con el resto de componentes.

Unidad central de una máquina CNC

Las tareas más importantes que lleva a cabo este componente son:
– Comunicación contínua con los lazos de control que son los encargados de controlar el movimiento de cada eje.
– Recibe las señales que provienen del panel de control de la máquina CNC, alarmas de la máquina, sensores, etc…
– Es la encargada de leer e interpretar los programas.

Lazos de control

Existe uno por eje y son los responsables de ejecutar los registros que vienen de la Unidad Central. Llevan a cabo el control del movimiento de cada eje.

Los componentes que interactúan constantemente en el lazo de control son:

– Los encoders o reglas ópticas que son elementos de medida y nos dice la posición del carro en el eje.

– La unidad central que realiza los cálculos de posición y velocidad enviando órdenes de movimiento al motor si todavía no ha llegado a la posición programada.

PLC

Realiza la automatización de varias funciones de la máquina CNC. Ninguna de estas funciones están relacionadas con el movimiento de los ejes.

En función de las señales de entrada que le lleguen al PLC, ejecutará una acción en concreto. Por ejemplo, si en la ejecución de un programa de mecanizado hay una línea que ordena un cambio de herramienta, esta situación se traduce como una señal de entrada en el PLC. Se ejecuta el programa existente en el autómata y activa una salida que realizará el cambio de herramienta.

Otro ejemplo donde el PLC entra en acción es en el arranque/paro del cabezal. Existen una gran cantidad de maniobras que son controladas y ejecutadas por el autómata programable o PLC como se dice normalmente.

A continuación os muestro una ilustración donde se puede ver un esquema de funcionamiento aproximado de una máquina CNC.

Ventajas e inconvenientes de una maquina CNC.

Voy a intentar reflejar cuando es apropiado obtener una máquina CNC y cuando no. Os muestro algunas ventajas y desventajas.

Ventajas de una máquina de control numérico

– Suelen ser máquinas mucho más seguras para los/as operarios/as.
– Mucho más precisa que una máquina convencional.
– Disminución de los tiempos de mecanizado.
– Ahorro en herramientas de corte.
– No se depende tanto de la cualificación del operario.

Desventajas de las maquinas CNC

– El precio de la máquina es muy alto.
– Habrán más gastos en el mantenimiento de este tipo de máquinas.
– Es preciso tener un programador experto.
– Las reparaciones de averías en estas máquinas suelen ser muy caras y algo aparatosas.
– Es necesario invertir tiempo para el aprendizaje del funcionamiento de la máquina.

En conclusión, se puede decir que para la adquisición de una máquina de control numérico será necesario que la decisión vaya respaldada por un estudio económico de la empresa. También habrá que tener en cuenta la previsión de carga de trabajo que tendrá asignada la máquina CNC y sus costes de mantenimiento.

De todas formas esta decisión suele ser fácil de tomar cuando en la empresa existe un aumento en la producción y se necesita introducir maquinaria nueva o de segunda mano en buen estado.

Si se quiere adquirir una máquina CNC para pequeñas series o piezas únicas, habrá que estudiar el tiempo de amortización de la máquina.

Pues esto es todo. Espero que os haya sido de ayuda esta entrada. Si queréis preguntar algo o aportar alguna cosa utilizad los comentarios. Que tengáis un buen día. 🙂



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