Guía detallada de las piezas mecanizadas por CNC

El mecanizado por control numérico computarizado (CNC) es un proceso de fabricación sustractivo moderno, eficiente y automatizado que permite a los fabricantes de piezas mecanizadas por CNC producir piezas repetibles con una calidad constante a partir de una amplia gama de materiales como plásticos, metales y materiales compuestos. piezas mecanizadas por CNC son vitales para muchas industrias, como la aeroespacial, la automotriz y la médica.

La historia de la tecnología CNC se remonta a algunos acontecimientos clave. Las primeras herramientas de mecanizado modernas datan de 1775, cuando unos inventores desarrollaron una herramienta de mandrinado que permitió producir cilindros de máquinas de vapor con mayor exactitud y precisión.

Los precursores tecnológicos de la informática moderna, desarrollados en la industria textil a principios de siglo, fueron los primeros pasos hacia la computación moderna. En 1725, Basile Bouchon utilizó un sistema de perforaciones en cinta de papel para codificar datos. Posteriormente, en 1805, Joseph Marie Jacquard mejoró este proceso sustituyendo la cinta de papel por tarjetas perforadas, que eran más duraderas. Estas tarjetas estaban secuenciadas para dar instrucciones sobre cómo añadir la tela al telar, simplificando así el proceso y constituyendo uno de los primeros ejemplos de programación. Por lo tanto, el telar Jacquard puede considerarse un precursor de las tecnologías modernas de informática y automatización.

Esta guía de mecanizado CNC abarcará el funcionamiento de los procesos CNC modernos, incluyendo opciones de materiales, consideraciones de diseño, factores de coste, etc.

¿Qué son las piezas mecanizadas por CNC?

Las piezas mecanizadas están por todas partes y se producen mediante el proceso de mecanizado, que consiste en la eliminación de secciones de la pieza de trabajo mediante máquinas de corte como fresadoras, tornos y routers. El mecanizado puede realizarse manualmente por un maquinista experto o digitalmente mediante máquinas CNC (Control Numérico por Computadora) que siguen instrucciones generadas por computadora para un corte de precisión. Estos componentes suelen estar hechos de diferentes materiales, como metales y plásticos, y deben poder cortarse sin deformaciones significativas. Además, las piezas mecanizadas pueden crearse después de procesos de fabricación iniciales como la fundición o el moldeo para añadir características específicas. Esta capacidad del mecanizado para producir piezas exactas y fiables es lo que lo hace tan importante en todas las industrias, desde los sujetadores más pequeños hasta los componentes más complejos de los motores de aeronaves.

Cama

La bancada es la base de la máquina CNC , que proporciona una plataforma estable para todos los demás componentes. Generalmente, está fabricada en hierro fundido para ofrecer durabilidad y resistencia.

Dispositivo de entrada

El dispositivo de entrada es la parte más crucial de la máquina, ya que es responsable de enviar las instrucciones de programación. Algunos de los tipos más comunes incluyen lectores de cinta perforada, lectores de cinta magnética y computadoras conectadas mediante RS-232-C.

Unidad de control de la máquina (MCU)

La unidad de control de la máquina es el cerebro del sistema CNC. Interpreta las instrucciones de programación y supervisa las operaciones clave, tales como:

● Tareas, inicio y finalización.

● Ajuste de la velocidad del husillo

● La dirección de rotación del husillo.

● Cambiar de herramientas

● El control de la velocidad de alimentación.

Panel de control

El panel de control es el elemento central. piezas CNC personalizadas de la máquina CNC, que recibe las instrucciones de programación, las introduce en la máquina y se asegura de que las tareas se ejecuten correctamente.

Unidad de visualización

La unidad de visualización cuenta con un monitor que se utiliza para mostrar información importante como programas, instrucciones y el estado de la máquina.

Máquinas herramienta

Las máquinas herramienta incluyen una amplia gama de elementos CNC, como la mesa deslizante y el husillo. La mesa se manipula mediante los ejes X e Y, mientras que el husillo se controla mediante el eje Z. La máquina requiere los accionamientos y motores del husillo, que son los elementos más esenciales para su funcionamiento.

Arrojar

El mandril es un dispositivo de sujeción de la pieza de trabajo que se acopla al husillo principal y se utiliza para fijar la herramienta en su lugar.

Clavijero

El cabezal es la parte de la máquina donde se sujeta la pieza de trabajo, o la pieza que se está mecanizando.

Contrapunto

El contrapunto se utiliza para proporcionar un soporte adicional a la pieza de trabajo, lo cual resulta muy útil para actividades como el torneado y el roscado.

Contrapunto

El husillo del contrapunto se utiliza para distribuir la pieza de trabajo de manera uniforme entre el cabezal y el contrapunto.

Sistema de transmisión

El sistema de accionamiento se compone de un circuito amplificador, motores de bolas y husillos. Se utilizan servomotores CNC y servocontroladores de CA para garantizar un funcionamiento fluido de las máquinas CNC.

Sistema de retroalimentación

El sistema de retroalimentación supervisa y proporciona datos en tiempo real del proceso de mecanizado para garantizar la precisión y exactitud.

Sistema de retroalimentación

El sistema de retroalimentación se compone de elementos CNC, incluidos transductores de posición y movimiento, que se utilizan para rastrear el movimiento y la ubicación de la herramienta. Estos transductores envían las señales a la unidad de control de la máquina (MCU), que luego realiza los cambios necesarios en el movimiento y la posición de la mesa y el husillo para lograr la precisión requerida.

Interruptor de pie o pedal

El interruptor de pie o pedal es utilizado por el operador de la máquina CNC para abrir y cerrar el mandril.

Industrias clave que utilizan CNC

El mecanizado CNC es una de las herramientas principales en muchas industrias, ya sea de forma directa o indirecta, influyendo en todas aquellas áreas que requieren la producción de componentes. A continuación, se presentan algunas industrias clave y sus usos del mecanizado CNC:

Aeroespacial

El sector aeroespacial debe trabajar con piezas que requieren un alto grado de precisión y reproducibilidad. El mecanizado CNC se utiliza para fabricar álabes de turbina, herramientas para la fabricación de otras piezas y las cámaras de combustión de los motores de cohete, entre otros componentes esenciales.

Automotor

En la industria automotriz, el mecanizado CNC se considera la herramienta principal para fabricar moldes de alta precisión, utilizados en la fundición de piezas como bloques de motor y en el mecanizado de piezas con alta tolerancia, como pistones. Por otro lado, las máquinas CNC de pórtico se utilizan para dar forma a los moldes de arcilla en la etapa de diseño del vehículo.

Defensa

Las fuerzas armadas utilizan el mecanizado CNC para la creación de componentes de alta precisión con tolerancias muy ajustadas, como piezas de misiles o cañones de armas. Las máquinas CNC son la base de la precisión y la velocidad necesarias para crear armamento militar fiable.

Médico

Los implantes médicos suelen fabricarse a partir de formas orgánicas complejas con la ayuda de aleaciones avanzadas. La maquinaria CNC es fundamental en este campo, ya que las máquinas manuales no son capaces de alcanzar la precisión y complejidad necesarias para estos dispositivos médicos.

Energía

Energía. El campo de la ingeniería energética es muy amplio y abarca desde turbinas de vapor hasta las tecnologías más modernas, como la fusión nuclear. Las palas de las turbinas de vapor requieren precisión para su equilibrado, mientras que la I+D del proceso de fusión implica el mecanizado CNC de formas complejas fabricadas con materiales avanzados para las cámaras de contención de plasma.

Qué incluir en las piezas mecanizadas.

Es fundamental aplicar los principios de DfM (Diseño para la Fabricación) al diseñar piezas mecanizadas, utilizando el proceso de fabricación como guía. Las limitaciones para las piezas impresas en 3D difieren de las de las piezas mecanizadas. Estas últimas deben diseñarse siguiendo directrices específicas para garantizar su fabricabilidad y eficiencia.

Recortes

Las socavaduras son elementos que no se pueden producir con las herramientas de corte estándar. La herramienta se ve obstaculizada por la pieza de trabajo. Para realizarlas, se requieren herramientas de corte específicas en forma de T y un diseño especial de la pieza.

Puntos clave a recordar sobre los cortes inferiores

Tamaños estándar: Utilice dimensiones en milímetros enteros para que coincidan con los tamaños de herramientas estándar. Si bien los cortes estándar se pueden realizar en incrementos muy pequeños, los cortes en profundidad requieren una mayor precisión dimensional.

Ancho y profundidad: El ancho del socavado puede estar entre 3 y 40 mm, y la profundidad es el doble del ancho, que es la profundidad de la herramienta de corte.

Evítelo siempre que sea posible: Si se pueden eliminar las socavaduras, el proceso de fabricación se simplifica, de manera que se vuelve más rápido y menos complejo.

Al tener en cuenta estas consideraciones, los diseñadores pueden desarrollar piezas mecanizadas productivas y fabricables que se ajusten a las capacidades y limitaciones de los procesos de mecanizado CNC.

Espesor de pared

La diferencia entre las piezas moldeadas, que pueden deformarse con un grosor de pared excesivo, y las piezas mecanizadas, que presentan problemas con paredes especialmente delgadas, radica en que estas últimas se deforman con facilidad. Los diseñadores no deberían utilizar paredes delgadas en las piezas mecanizadas y, si estas son necesarias, deberían optar por el moldeo por inyección. En el caso del mecanizado, el grosor mínimo de pared es de 0,8 mm para metal y de 1,5 mm para plástico.

Protuberancias

Las secciones altas y profundas son difíciles de mecanizar porque pueden provocar vibraciones en la herramienta de corte, lo que puede dañar la pieza o reducir la precisión. Para evitarlo, la altura de las partes sobresalientes no debe ser superior a cuatro veces su anchura.

Cavidades, agujeros y roscas

En el proceso de diseño de piezas mecanizadas, es necesario tener en cuenta las limitaciones de las herramientas de corte que se utilizan para realizar cavidades, agujeros y roscas.

Cavidades y cavidades: La profundidad no debe ser superior a cuatro veces el ancho de la cavidad. Debido al diámetro de la herramienta de corte, las cavidades serán más profundas y los redondeos (bordes curvados) serán inevitables.

Agujeros: La profundidad de los agujeros no debe ser superior a cuatro veces el ancho de la broca y sus diámetros deben coincidir, en la medida de lo posible, con los tamaños estándar de las brocas.

Rosca: En el caso de elementos de fijación como tornillos, la profundidad de la rosca no debe exceder tres veces el diámetro del tornillo.

Escala

Piezas mecanizadas por CNC a medida Las dimensiones están limitadas por el volumen de construcción de la máquina. Para el fresado, las piezas no deben exceder los 400 x 250 x 150 mm. Para el torneado, las piezas no deben ser mayores de Ø 500 mm x 1000 mm. Las piezas de mayor tamaño pueden mecanizarse con equipos especializados; sin embargo, esto requiere consultar previamente con el operario.

Acabados superficiales de piezas mecanizadas

Los componentes mecanizados pueden someterse a diversos procesos posteriores al mecanizado para modificar su acabado superficial y su aspecto. Pueden utilizarse con fines funcionales o estéticos.

Acabado mecanizado: Este acabado no es un tratamiento superficial y puede utilizarse para muchos componentes funcionales internos no estéticos.

Granallado: Este proceso, que consiste en proyectar material abrasivo sobre la pieza mecanizada, le confiere un acabado mate. El grano del papel de lija se puede ajustar según sea necesario. Sin embargo, el granallado podría no ser la mejor opción para detalles pequeños, ya que elimina material y puede alterar la geometría de las piezas mecanizadas.

Anodizado: El anodizado es un proceso de pasivación electrolítica adecuado para piezas de aluminio mecanizadas. Proporciona una capa resistente a los arañazos y de colores llamativos. El anodizado tipo II ofrece un acabado resistente a la corrosión, mientras que el tipo III es más grueso y proporciona resistencia tanto al desgaste como a la corrosión.

Recubrimiento en polvo: Este procedimiento consiste en rociar pintura en polvo del color elegido sobre la pieza mecanizada, que luego se hornea. Esto da como resultado una capa dura, resistente a los arañazos y a la corrosión, más duradera que los recubrimientos de pintura convencionales.

Conclusiones clave

En un entorno de rápido desarrollo tecnológico, se cree que la fabricación aditiva acabará sustituyendo al mecanizado CNC. Sin embargo, lo más probable es la formación de centros de fabricación que integren máquinas con diferentes tecnologías. Estos procesos, altamente desarrollados, combinan características tanto sustractivas como aditivas, lo que les permite realizar tareas que una sola tecnología no puede lograr. Ya existen prototipos de estos sistemas combinados, y estos modelos demuestran el potencial de este enfoque híbrido de producción.