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Cuaderno del ingeniero

Mecanizado cnc. ¿Que es?

¿Que es el mecanizado cnc?

El mecanizado CNC es un término comúnmente utilizado en aplicaciones industriales y de fabricación. Pero, ¿qué significa exactamente el acrónimo CNC y ¿qué es una máquina CNC?

El término CNC significa «control numérico por computadora«, y la definición de mecanizado por CNC es que es un proceso de fabricación sustractivo que generalmente emplea controles computarizados y máquinas herramientas para eliminar capas de material de una pieza en stock, conocida como pieza en bruto o pieza de trabajo, y produce una pieza diseñada a medida. 

Este proceso es adecuado para una amplia gama de materiales, incluidos madera, metales, plásticos. Encuentra aplicación en una variedad de industrias, como el mecanizado CNC de piezas grandes y el mecanizado CNC para la indústria aeroespacial. En la actualidad, ya existen infinidad de talleres dedicados al mecanizado CNC de piezas para diferentes sectores industriales. Cuando se habla en términos de la máquina misma, la definición de máquina CNC representa la máquina programable real que es capaz de realizar de manera autónoma las operaciones de mecanizado CNC. Hay que diferenciar entre entre el proceso (definición de mecanizado CNC) y la máquina (definición de máquina CNC).

La impresión 3D o la fabricación aditiva es otra forma de mecanizado CNC que puede producir piezas a pedido. Dado que la impresión 3D no requiere herramientas, los costos iniciales pueden ser bajos, lo que lo hace particularmente competitivo para volúmenes bajos de piezas, prototipos o piezas personalizadas únicas.

Los procesos de formación formativos controlados por una máquina CNC, también se pueden considerar como mecanizados CNC. Un ejemplo para este tipo de procesos puede ser el moldeo de piezas por inyección de plástico.

Mecanizado cnc

El proceso de un mecanizado CNC

El proceso de mecanizado CNC consta de varias operaciones, los principios fundamentales del proceso siguen siendo prácticamente los mismos en todos ellos. Un proceso simple de mecanizado CNC incluye las siguientes fases:

  1. Diseño de la pieza.
  2. Conversión de la pieza diseñada a programa CNC.
  3. Preparación de la máquina.
  4. Ejecución del mecanizado.

Diseño de la pieza

El proceso de mecanizado CNC comienza con la creación de un diseño CAD de vector 2D o de pieza sólida 3D. El programa de diseño permite a los diseñadores y fabricantes crear un modelo o representación de sus piezas junto con las especificaciones técnicas necesarias, como dimensiones y geometrías, para producir la pieza.

Los diseños para piezas mecanizadas por CNC están restringidos por las capacidades (o incapacidades) de la máquina y las herramientas de CNC. Un ejemplo típico puede ser el diseñar esquinas en ángulo recto en un mecanizado interior. De entrada, la mayoría de las herramientas tienen radios en sus puntas. Además, si en el diseño no tenemos en cuenta los mecanizados, es posible que hayan operaciones que por las funcionalidades de la máquina, puedan ser imposibles de mecanizar.

mecanizado cnc

Hemos diseñado la pieza de la imagen de arriba para realizar su mecanizado en una fresadora. Ese mecanizado no se puede realizar en una fresadora, ya que todas las aristas son esquinas (90º). ¿cual herramienta nos puede realizar ese mecanizado?

Una vez completado el diseño CAD, el diseñador lo exporta a un formato de archivo compatible con CNC, como puede ser STEP o IGES.

Conversión de la pieza diseñada a programa CNC

El archivo de diseño CAD formateado se ejecuta a través de un programa, suele ser un programa 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 utilizaron varios lenguajes de programación. El más conocido de los lenguajes de programación CNC, código general o geométrico, denominado código G, controla cuándo, dónde y cómo se mueven las máquinas herramienta, por ejemplo, cuándo poner en marcha el cabezal, avance del mecanizado, sendas de mecanizados a través de la pieza de trabajo, etc.. El código M, controla las funciones auxiliares de la máquina, como el accionamiento del refrigerante, activación de la contrapunta en el caso de los tornos CNC, algunas llamadas a subprogramas, sentido de giro de los cabezales, etc..

Este código generado por el programa CAM, normalmente ha sido elaborado por un postprocesador, ya que cada fabricante de maquinaria diseña su propio código G o M. Normalmente respetando el estándar ISO 6983.

Una vez que se genera el programa CNC, el operario lo carga en la máquina CNC.

Preparación de la máquina

Antes de que el operario ejecute el programa CNC, debe preparar la máquina CNC para la operación. Estas preparaciones incluyen la fijación de la pieza de trabajo directamente en la máquina, en el cabezal de la máquina, en mordazas de bancada o dispositivos de sujeción similares, y la fijación de las herramientas necesarias, como brocas, fresas, y otras herramientas de corte, en los lugares adecuados de la máquina. En el caso de fresadoras cnc, en el almacén de herramientas y en el caso del torno cnc en la torreta de herramientas.

Una vez que la máquina está totalmente configurada, el operario puede ejecutar el programa CNC.

Ejecución del mecanizado

El programa CNC actúa como instrucciones para la máquina CNC. Envía comandos de la máquina que ordenan las acciones y movimientos de las herramientas al ordenador integrado de la máquina. Al iniciar el programa, la máquina inicia el proceso de mecanizado CNC. El programa guía a la máquina durante todo el proceso, de forma que ejecuta las operaciones necesarias de la máquina para producir una pieza o producto diseñado a medida.

Los procesos de mecanizado CNC pueden realizarse internamente, si la empresa invierte en la compra y mantenimiento de su propio equipo CNC, o subcontratados a proveedores de mecanizados CNC dedicados .

Algunas operaciones de mecanizado CNC

mecanizados cnc

El mecanizado CNC es un proceso de fabricación adecuado para una amplia variedad de industrias como pueden ser la industria de la automoción, aeroespacial, construcción, agricultura, farmacéutica, y capaz de producir una gama de productos, utillajes, equipos quirúrgicos, motores de aviones, herramientas manuales y de jardín, moldes para diferentes tipos de piezas, etc.. El proceso abarca diferentes operaciones de mecanizado controladas por computadora, incluidos los procesos mecánicos, químicos, eléctricos y térmicos, que eliminan el material necesario de la pieza de trabajo. En esta entrada nos centramos en los mecanizados con herramientas de corte. A continuación algunas de las operaciones más comunes de mecanizados CNC:

  • Torneado.
  • Fresado.
  • Taladrado.
  • Rectificado.
  • Lapeado.
  • Mandrinado.
  • Roscado.
  • Tronzado…

La lista podría ser bastante más larga, pero con este tipo de operaciones se pueden realizar una infinidad de piezas.

Las principales características de algunas de las operaciones nombradas en la lista de arriba son:

Operaciones de mecanizado

Características

Torneado

  • La pieza de trabajo es la que se mueve.
  • Normalmente mecaniza piezas de revolución. Redondas y/o cilíndricas.
  • La herramienta de corte tiene un solo punto de contacto con la pieza.

Taladrado

  • Se realizan agujeros cilíndricos en la pieza.
  • La broca ataca de forma perpendicular o con ángulo a la pieza.

Fresado

  • Herramientas rotativas con varios puntos de corte.
  • El avance de la pieza de trabajo normalmente va en la misma dirección que la rotación de la herramienta de corte.

Tipo de programas y centros de mecanizado CNC

Existe una amplia gama de operaciones de mecanizado. Dependiendo de la operación de mecanizado que se realice, el proceso de mecanizado CNC emplea una variedad de aplicaciones de software, máquinas y máquinas herramientas para realizar la forma de la pieza o el diseño deseado.

Empezaré con las herramientas informáticas.

Tipos de programas de soporte para realizar un mecanizado CNC

Normalmente, en el proceso de mecanizado CNC se suelen utilizar programas CAD para garantizar la exactitud de la pieza a mecanizar. Hoy en día se funciona así. Si la pieza es muy sencilla no es necesario utilizar sofisticados programas. Basta con aplicar lo que habéis aprendido en esta página ;-).

Si debemos utilizar herramientas informáticas para realizar nuestro mecanizado CNC, podremos elegir entre estos tres tipos de programas:

  • CAD.
  • CAM.
  • CAE.

CAD. Diseño asistido por ordenador

Son programas que se utilizan para dibujar y realizar representaciones de superficies y partes sólidas de vectores 2D o 3D.  Los diseños y modelos generados en un programa CAD generalmente son utilizados por un programa CAM para obtener un programa CNC necesario que nos permita mecanizar la pieza utilizando una máquina CNC. El software CAD también se puede utilizar para determinar y definir propiedades óptimas de piezas, evaluar y verificar diseños de piezas, simular productos sin un prototipo y proporcionar datos de diseño a fabricantes y talleres. En nuestra sección de descargas podéis encontrar algún diseño CAD 3D de piezas (en formato STEP).

Algunos programas de diseño CAD que podemos utilizar son Autodesk Inventor, Solidedge, Pro/Engineer, SolidWorks, AutoCAD 3D.

CAM. Mecanizado asistido por ordenador

Son programas utilizados para extraer la información técnica del modelo CAD y generar el programa de máquina necesario para ejecutar la máquina CNC y manipular las herramientas para realizar la pieza diseñada a medida. El software CAM permite que la máquina CNC funcione sin ayuda del operario.   

CAE. Ingeniería asistida por ordenador

Son programas utilizados por los ingenieros durante las fases de preprocesamiento, análisis y postprocesamiento del trabajo de desarrollo. El software CAE se utiliza como herramientas de asistencia en aplicaciones de análisis de ingeniería, como diseño, simulación, planificación, fabricación, diagnóstico y reparación, para ayudar a evaluar y modificar el diseño del producto. Los tipos de software CAE disponibles incluyen métodos de elementos finitos (MEF), dinámica de fluidos y software de dinámica multicuerpo.

Hoy en día hay muchas aplicaciones de software que combinan todos los aspectos del software CAD, CAM y CAE. Normalmente se denominan software CAD / CAM / CAE. Permiten que un solo programa de software administre todo el proceso de fabricación desde el diseño hasta el análisis y la producción.

Centros de mecanizado CNC.

En función de la operación de mecanizado que se realice, el proceso de mecanizado CNC utiliza una gran variedad de máquinas CNC para producir la pieza o producto de diseño personalizado. El tipo de máquina puede variar de una operación a otra. 

Taladro CNC.

El taladrado utiliza brocas giratorias para realizar los agujeros cilíndricos en la pieza de trabajo. El diseño de la broca permite que el metal residual, es decir, las virutas, se evacúen de la pieza de trabajo. Hay varios tipos de brocas, cada una de las cuales se utiliza para una aplicación específica. 

Fresadora CNC.

El fresado utiliza herramientas giratorias con varios filos de corte para dar forma a la pieza de trabajo. Las herramientas de fresado están orientadas horizontal o verticalmente.

Normalmente, el proceso de fresado CNC también utiliza maquinaria habilitada por CNC , conocida como máquinas de fresado o centros de mecanizado, que pueden estar orientados horizontal o verticalmente. Los centros de mecanizados básicos son capaces de realizar movimientos en tres ejes. Existen modelos más avanzados que pueden acoplar ejes adicionales. Podéis ver ejemplos de mecanizados en fresadora CNC en este enlace.

Torno CNC

El torneado utiliza herramientas de corte de un solo filo para eliminar material de la pieza de trabajo. El diseño de la herramienta de torneado varía en función de la aplicación particular, con herramientas disponibles para aplicaciones de desbaste, acabado, roscado, conformado, mandrinado, tronzado y ranurado. Aquí podéis encontrar ejemplos de programas de mecanizado CNC para tornos de control numérico.



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