La tecnología CNC (control numérico por computadora) es muy importante en la fabricación moderna. Se utiliza mucho en la fabricación de equipos automotrices, aeroespaciales y electrónicos. Esto ayuda a aumentar la productividad y hacer que los productos sean más precisos. Este artículo tiene como objetivo explicar claramente las operaciones de CNC. Cubre operaciones de mecanizado, procesos, tipos de máquinas herramienta, materiales con los que puede trabajar y sus beneficios. El objetivo es ayudar a las personas interesadas en CNC a comprender rápidamente las ideas principales.
¿Qué es el mecanizado CNC?
El mecanizado CNC (CNC significa Control Numérico por Computadora) es una tecnología de mecanizado automatizado en la fabricación moderna. Es altamente preciso y eficiente. Primero, toma los planos de diseño y los convierte en instrucciones que la computadora puede controlar. Estas instrucciones luego le indican a las máquinas herramienta CNC qué hacer. Las máquinas herramienta pueden realizar procesos como corte, taladrado y fresado. Con esta tecnología, se pueden fabricar con precisión todo tipo de piezas con formas complejas y altos requisitos de precisión.
¿Cuáles son los diferentes tipos de operaciones de mecanizado CNC?
Girando
Definición y principio: La pieza de trabajo gira mediante el husillo de la máquina herramienta, y la herramienta se mueve a lo largo de una trayectoria específica para cortar y cambiar la forma de la pieza de trabajo.
Escenarios de aplicación: Fabricación de piezas de ejes y discos, como cigüeñales de motores de automóviles, piezas en bruto de engranajes de diversas máquinas, etc.
Ejemplo: Por ejemplo, tomemos la fabricación de un eje escalonado simple como ejemplo para explicar los pasos y efectos del proceso de torneado.
Primero, coloque una pieza cilíndrica de materia prima en el husillo del torno CNC. Encienda la máquina y deje que el husillo haga girar rápidamente la materia prima. A continuación, use el sistema CNC para configurar la trayectoria que seguirá la herramienta. Luego, la herramienta comienza a moverse hacia la materia prima giratoria para realizar el corte. La herramienta comienza en un extremo y corta lentamente el material sobrante. Esto hace que el diámetro del eje disminuya poco a poco, tal como lo solicita el diseño. Forma una forma escalonada con diferentes diámetros. Durante esto, el sistema CNC controlará cada movimiento de la herramienta con mucho cuidado para asegurar que las dimensiones sean precisas. Finalmente, después de una serie de operaciones de corte, se fabrica un eje escalonado simple que cumple con los requisitos. El eje escalonado fabricado de esta manera tiene dimensiones exactas y una superficie bastante lisa. Puede usarse para procesamiento posterior o directamente en equipos mecánicos.
Fresado
Definición y principio: La fresa gira para realizar el movimiento principal, mientras que la pieza de trabajo o la fresa se mueve en un movimiento de avance para eliminar el material sobrante de la pieza de trabajo.
Escenarios de aplicación: Se utiliza para procesar piezas de diversas formas, como planos, ranuras y engranajes. Se aplica a menudo en la fabricación de moldes y el procesamiento de piezas mecánicas.
Ejemplo: Tomemos el procesamiento de una cavidad de molde rectangular como ejemplo para explicar el proceso de fresado y su método de implementación.
Primero, fije un material adecuado para el molde, como un bloque de metal, en la mesa de trabajo de una fresadora CNC. En este momento, seleccione una fresa adecuada e instálela en la fresadora. Luego, la fresa comienza a girar a alta velocidad. Configure la trayectoria de movimiento de la fresa mediante el sistema CNC. La fresa comienza desde la superficie del material del molde y corta hacia abajo poco a poco a lo largo del contorno del rectángulo, como cavando una zanja a lo largo de una línea dibujada en el campo, eliminando el material dentro del contorno rectangular capa por capa. Durante este proceso, ajuste parámetros como la velocidad de rotación y la velocidad de avance de la fresa según la dureza del material y los requisitos de procesamiento para garantizar la precisión y eficiencia del corte. Por ejemplo, si el material es relativamente duro, reduzca adecuadamente la velocidad de rotación de la fresa y también reduzca la velocidad de avance para evitar que la fresa se desgaste demasiado rápido o cause errores de procesamiento. Después de cortar a cierta profundidad a lo largo del contorno rectangular, realice un acabado fino dentro de la cavidad para hacer que la superficie inferior sea más plana y las superficies laterales más verticales. Finalmente, se procesa una cavidad de molde rectangular que cumple con los requisitos. A través de dicho proceso de fresado, bajo el control preciso de la operación CNC, se pueden fabricar cavidades de molde rectangulares que satisfacen diversas necesidades de producción.
Perforación
Definición y principio: Se procesan agujeros en piezas de trabajo utilizando una broca. La broca gira y avanza axialmente hacia la pieza de trabajo.
Escenarios de aplicación: Se utiliza para el procesamiento de agujeros en diversas piezas, como agujeros pasantes en placas de circuito y agujeros de conexión para ensamblaje mecánico.
Ejemplo: Tomemos el procesamiento de múltiples agujeros equidistantes en una placa de metal como ejemplo para explicar los puntos clave del taladrado.
Primero, antes de la operación CNC, seleccione una broca adecuada según el material y el grosor de la placa metálica, así como el tamaño y la profundidad de los agujeros. Por ejemplo, si la placa metálica es gruesa, se necesita una broca más larga y robusta. Después de elegir la broca, instálela en la máquina perforadora y fije firmemente la placa metálica en la mesa de trabajo de la máquina para asegurar que la placa no se mueva durante el procesamiento. A continuación, configure la posición de cada agujero mediante el sistema CNC. Para agujeros equidistantes, se requieren cálculos precisos para garantizar que la distancia entre cada agujero sea exactamente la misma. Después de configurar las posiciones, ajuste la velocidad de rotación y la velocidad de avance de la broca. Generalmente, si el material metálico es duro, la velocidad de rotación de la broca debe ser relativamente lenta y la velocidad de avance no debe ser demasiado rápida; de lo contrario, es probable que la broca se dañe o que el tamaño del agujero sea inexacto. Una vez que todo esté listo, encienda la máquina perforadora. La broca comienza a girar y a perforar hacia abajo en la placa metálica. Después de perforar un agujero, la broca se levanta y se mueve a la siguiente posición configurada para repetir la operación de perforación hasta que todos los agujeros equidistantes estén procesados. Durante este proceso, preste siempre atención al estado de la broca. Si se encuentra que la broca está severamente desgastada, reemplácela de manera oportuna para garantizar que la calidad de procesamiento de cada agujero cumpla con el estándar. Estos son los puntos clave de la perforación al procesar múltiples agujeros equidistantes en una placa metálica en la operación CNC.
Molienda
Definición y principio: Se utiliza una herramienta de rectificado (como una muela abrasiva) para cortar la superficie de una pieza de trabajo a alta velocidad lineal con el fin de obtener una superficie de alta precisión.
Escenarios de aplicación: Se utiliza en situaciones donde se requiere alta precisión superficial y acabado de las piezas, como en la fabricación de cojinetes de precisión y calibres.
Ejemplo: Tome como ejemplo el rectificado de una superficie de muñón de alta precisión para presentar la función y la operación del rectificado.
El muñón es una parte crucial del eje. Necesita ajustarse estrechamente con otros componentes, por lo que se requieren requisitos extremadamente altos en cuanto a su precisión superficial y suavidad.
Durante el proceso de rectificado en la operación CNC, primero, fije firmemente el eje en bruto con el muñón en la rectificadora, como si le encontrara un “asiento” estable. Luego, seleccione una muela abrasiva adecuada e instálela en el husillo de la muela de la rectificadora. La aspereza de la muela debe determinarse según los requisitos de procesamiento del muñón. Si es un rectificado de desbaste, elija una muela relativamente más gruesa para eliminar rápidamente más material. Para el rectificado de acabado, se necesita una muela más fina para mejorar aún más la precisión superficial y la suavidad.
Una vez que todo esté listo, encienda la rectificadora. La muela comienza a girar a alta velocidad y se acerca lentamente a la superficie del muñón para rectificar. Durante el proceso de rectificado, la rectificadora controlará con precisión la trayectoria de movimiento y la velocidad de avance de la muela según el programa preestablecido. Por ejemplo, al principio, se puede permitir que la muela penetre más para rectificar rápidamente el exceso de material en la superficie del muñón. Cuando se acerque al tamaño final, la velocidad de avance se reducirá para un pulido fino, como si se le diera un “cuidado de la piel” al muñón, haciendo que la superficie sea suave y plana.
La función del rectificado es hacer que la superficie del muñón alcance una precisión y suavidad extremadamente altas. En uso práctico, cuando el muñón coopera con otros componentes, esto puede reducir la fricción, disminuir el desgaste y mejorar la estabilidad operativa y la vida útil de todo el equipo. A través de este ejemplo, puede comprender la importancia del rectificado en la operación CNC.
Los pasos de la operación de mecanizado CNC
Planos de Diseño
Los planos de diseño son cruciales para el mecanizado CNC. Deben indicar de manera clara y precisa información importante como las dimensiones, la forma y las tolerancias de las piezas. Por ejemplo, al fabricar piezas de tipo eje de precisión, el diámetro, la longitud, las dimensiones de cada escalón, así como los rangos de tolerancia de redondez y cilindricidad deben estar marcados con precisión en el plano, proporcionando una guía clara para el procesamiento. Además, el plano debe seguir estrictamente los estándares de dibujo mecánico, con marcas claras y precisas que se ajusten a las pautas generales. Durante el proceso de diseño, también se debe considerar la fabricabilidad para asegurar que el plan de diseño pueda implementarse.
Planificación del Proceso
La planificación del proceso implica dos tareas principales. Primero, organizar la secuencia de mecanizado. Según la estructura y los requisitos técnicos de la pieza, determine qué hacer primero y qué hacer después. Generalmente, primero se realiza el mecanizado de desbaste para eliminar una gran cantidad de material sobrante, lo que mejora la velocidad de mecanizado. Luego, se realiza el mecanizado de acabado para garantizar dimensiones precisas y calidad superficial. Por ejemplo, al mecanizar un molde complejo, primero se realiza un fresado de desbaste para darle forma aproximada, y luego se realiza un fresado de acabado para lograr alta precisión. Segundo, seleccionar herramientas y parámetros. Según las características del material, como dureza y tenacidad, así como el tipo de mecanizado, como torneado y fresado, elija las herramientas adecuadas. Luego, determine razonablemente la velocidad de corte, la velocidad de avance y la profundidad de corte. Por ejemplo, al mecanizar acero de aleación dura, seleccione herramientas de carburo, reduzca adecuadamente la velocidad de corte para extender la vida útil de la herramienta y garantizar la calidad del mecanizado.
Programación
La programación consta de dos aspectos. En primer lugar, es necesario comprender los lenguajes de programación CNC, como los códigos G y los códigos M. Los códigos G se utilizan para controlar la trayectoria de movimiento de la herramienta de corte de la máquina. Pueden hacer que la herramienta de corte se mueva en línea recta, a lo largo de un arco, etc. Los códigos M controlan las funciones auxiliares de la máquina, por ejemplo, arrancar o detener el husillo, activar o desactivar el refrigerante. Por ejemplo, G01 puede hacer que la herramienta de corte se mueva en línea recta hasta una posición especificada a una velocidad establecida, y M03 puede arrancar el husillo para que gire en dirección hacia adelante. En segundo lugar, se trata de escribir el programa de mecanizado. De acuerdo con el proceso previamente planificado, escriba cuidadosamente el programa que debe incluir la trayectoria de la herramienta de corte, las instrucciones de control de movimiento, etc. El programa debe ser preciso para que la máquina pueda procesar según los pasos y parámetros previstos, garantizando la precisión de mecanizado y la calidad de las piezas.
Fijación y Ajuste de Herramienta
Según la forma, el tamaño y los requisitos de mecanizado de la pieza, elija un método de sujeción adecuado entre opciones como sujeción con tornillo de banco, sujeción con mandril y sujeción con placa de sujeción para fijar firmemente la pieza en la máquina. De lo contrario, si la pieza se mueve durante el mecanizado, se perderá la precisión de mecanizado. Por ejemplo, las piezas cuadradas pequeñas se sujetan comúnmente con un tornillo de banco, mientras que la sujeción con mandril es más adecuada para piezas rotativas.
Después de eso, se deben realizar operaciones de ajuste de herramienta. Se pueden emplear métodos como usar un calibrador de ajuste de herramienta o realizar un corte de prueba para el ajuste, con el fin de determinar con precisión la posición relativa entre la herramienta y la pieza de trabajo. La precisión del ajuste de herramienta afecta directamente la precisión de mecanizado de la pieza, y es un paso esencial en el mecanizado CNC.
Mecanizado y Monitoreo
Primero, inicie el proceso de mecanizado. Ingrese el programa cuidadosamente escrito y verificado en el sistema de control de la máquina. Después de confirmar que todos los parámetros son correctos, encienda la máquina para mecanizar oficialmente la pieza.
Durante el mecanizado, es necesario realizar un monitoreo y manejo en tiempo real. Dependa del sistema de monitoreo integrado de la máquina. Por ejemplo, use sensores para monitorear la condición de la herramienta y los parámetros de mecanizado. Los operadores también deben prestar atención a la situación de mecanizado. Si se descubre que la herramienta está desgastada, la pieza de trabajo está suelta o los parámetros de corte son incorrectos, tome medidas inmediatas. Por ejemplo, reemplace la herramienta, vuelva a fijar la pieza de trabajo o ajuste los parámetros para garantizar un mecanizado fluido y una calidad de pieza calificada.
Finalización del Mecanizado e Inspección de Calidad
Después de que la máquina haya completado todos los pasos de mecanizado según el programa, la pieza está inicialmente mecanizada. En este momento, retire cuidadosamente la pieza de la máquina y limpie impurezas como virutas residuales y refrigerante en su superficie. Luego, realice inspecciones de calidad. Use herramientas de medición como calibradores, micrómetros y máquinas de medición por coordenadas para verificar si las dimensiones de la pieza coinciden con los requisitos del plano de diseño. Emplee un rugosímetro de superficie para evaluar la calidad superficial de la pieza. Para piezas críticas, se deben usar métodos de ensayo no destructivos como la detección de fallas por ultrasonido y la inspección por rayos X para verificar defectos internos. Solo después de inspecciones exhaustivas y estrictas, cuando se confirme que todos los indicadores cumplen con los requisitos de diseño, la pieza puede considerarse verdaderamente calificada para el mecanizado y enviarse para ensamblaje o uso.
Tipos comunes de máquinas CNC
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Tornos
Los tornos se utilizan para el torneado, que implica hacer girar una pieza de trabajo mientras una herramienta de corte elimina material para darle forma redonda. Las máquinas de torno se pueden usar para fabricar ejes, tuercas y casquillos, entre otras cosas.
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Fresadoras
El fresado es el proceso que emplea cortadores rotativos para eliminar material de una pieza de trabajo. Esto se realiza con fresadoras. Las fresadoras se pueden usar para fabricar engranajes, soportes y carcasas, entre otras cosas.
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Cortadoras de Plasma
Se utiliza un arco de plasma de alta temperatura para cortar materiales con cortadores de plasma. La mayoría de las veces, esta tecnología se utiliza para cortar acero y aluminio.
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Cortadores de chorro de agua
Los cortadores de chorro de agua emplean partículas abrasivas y agua a alta presión para cortar una amplia variedad de materiales, como metales, polímeros y compuestos. Las personas suelen utilizar esta tecnología para hacer formas y diseños exactos en una amplia gama de materiales.
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Cortadores láser
Los cortadores láser utilizan un láser potente para cortar materiales como metal, madera y plástico. Esta tecnología se utiliza a menudo para hacer diseños y formas complicados con un alto nivel de precisión. También se pueden grabar y marcar objetos con un cortador láser.
¿Qué materiales pueden procesarse con CNC?
El mecanizado CNC (mecanizado CNC) es aplicable a una amplia gama de materiales, incluidos metales, plásticos, materiales compuestos, etc. Los siguientes son materiales mecanizables comunes y sus características:
Metales
(1) Aleaciones de aluminio
– Grados comunes: 6061, 7075, 2024, etc.
– Características: Ligero, alta resistencia, resistencia a la corrosión, fácil de procesar.
– Aplicaciones: Piezas aeroespaciales, piezas de automóviles, carcasas de equipos electrónicos.
(2) Acero y acero inoxidable
– Grados comunes: 304, 316, 420, A36, etc.
– Características: Alta resistencia, resistencia al desgaste, el acero inoxidable tiene excelente resistencia a la corrosión.
– Aplicaciones: Piezas de equipos industriales, dispositivos médicos, automóviles y estructuras de construcción.
(3) Cobre y aleaciones de cobre
– Grados comunes: C101 (cobre puro), C260 (latón), C510 (bronce fosforoso), etc.
– Características: Excelente conductividad eléctrica y térmica, con propiedades antibacterianas.
– Aplicaciones: Componentes electrónicos, radiadores, uniones de tuberías.
(4) Titanio y aleaciones de titanio
– Grados comunes: Ti-6Al-4V, etc.
– Características: Ligero, alta resistencia, alta resistencia a la corrosión, excelente biocompatibilidad.
– Aplicaciones: Aeroespacial, implantes médicos, automóviles y equipos deportivos de alta gama.
(5) Magnesio y aleaciones de magnesio
– Características: Materiales ultraligeros, fáciles de procesar, pero la superficie es fácil de oxidar.
– Aplicaciones: Aeroespacial, dispositivos electrónicos de consumo.
(6) Metales preciosos
– Tales como: oro, plata, platino.
– Características: Fuerte conductividad, resistencia a la corrosión, utilizados principalmente en piezas de alta gama.
– Aplicaciones: Componentes electrónicos, joyería, dispositivos médicos.
Plásticos
(1) Plásticos de ingeniería
– Materiales comunes: ABS, POM (poliacetal), PC (policarbonato), PA (nailon).
– Características: Ligero, fácil de procesar, con buena resistencia y tenacidad.
– Aplicaciones: Carcasas de equipos electrónicos, engranajes, piezas de dispositivos médicos.
(2) Plásticos de alto rendimiento
– Materiales comunes: PEEK, PTFE (teflón), UHMW-PE (polietileno de peso molecular ultraalto).
– Características: Resistencia a altas temperaturas, fuerte resistencia química, bajo coeficiente de fricción.
– Aplicaciones: Aeroespacial, piezas de automóviles, implantes médicos.
(3) Ácido acrílico (PMMA)
– Características: Transparente, buena resistencia a la intemperie, adecuado para piezas ópticas.
– Aplicaciones: Lámparas, pantallas, lentes.
Los materiales compuestos
(1) Materiales compuestos de fibra de carbono
– Características: alta resistencia, ligereza, pero propensos a producir rebabas durante el procesamiento.
– Aplicaciones: aeroespacial, equipos deportivos, automóviles de alto rendimiento.
(2) Materiales compuestos de fibra de vidrio
– Características: alta resistencia, resistencia a la corrosión, buen aislamiento térmico.
– Aplicaciones: carcasas de equipos electrónicos, piezas de equipos industriales.
Otros materiales especiales
(1) Madera
– Características: buena procesabilidad, pero no apta para requisitos de alta resistencia.
– Aplicaciones: muebles, decoraciones, modelos.
(2) Materiales de espuma
– Como: EVA, espuma de PU.
– Características: ligeros, fáciles de tallar.
– Aplicaciones: fabricación de modelos, materiales de embalaje.
(3) Materiales cerámicos
– Características: alta dureza, resistencia a altas temperaturas, pero difíciles de procesar.
– Aplicaciones: piezas de alta tecnología, piezas resistentes al desgaste.
Beneficios del mecanizado CNC
Mayor eficiencia
Las máquinas CNC pueden operar de forma continua día y noche. Esto les permite producir una mayor cantidad de artículos y completar la producción más rápidamente. Como resultado, las organizaciones pueden cumplir mejor sus plazos y ser más productivas en general.
Mayor precisión y exactitud
Las máquinas CNC pueden alcanzar niveles extremadamente altos de exactitud y precisión, típicamente medidos en micras. Un grado tan alto de precisión permite la producción de piezas complejas con tolerancias muy ajustadas. Esto significa que se requiere menos trabajo adicional después de la producción inicial.
Reducción de costos
de mano de obra En comparación con las máquinas tradicionales, las máquinas CNC requieren menos asistencia y supervisión humana. Esto implica que se necesita menos mano de obra calificada, lo que conlleva a menores costos laborales. Además, disminuye la probabilidad de errores humanos y lesiones laborales durante el proceso de producción.
Versatilidad y flexibilidad
Las máquinas CNC pueden programarse para realizar una amplia variedad de tareas, incluyendo torneado, fresado, taladrado y corte. Esto ofrece a los fabricantes más opciones y mayor flexibilidad en la producción. Además, las máquinas CNC pueden reconfigurarse fácilmente para adaptarse a diseños nuevos o modificados. Esto reduce el tiempo de inactividad de las máquinas y aumenta la velocidad de producción.
Conclusión
El mecanizado CNC es una forma de fabricar objetos utilizando máquinas controladas por computadora para cortar materiales. Puede trabajar con diversos materiales como metales. El proceso implica operaciones como el torneado. Se necesita software CAD/CAM para garantizar que todo sea preciso. Existen diferentes tipos de máquinas CNC. Este método tiene muchos beneficios, incluyendo la mejora de la eficiencia y la precisión, la reducción de costos y el aumento de la flexibilidad. En el futuro, el mecanizado CNC podría seguir mejorando en términos de automatización, precisión y velocidad. La inteligencia artificial y el aprendizaje automático podrían incorporarse para hacer la producción aún más flexible.
Sobre el autor: Gavin Xia
