El fresado CNC, un tipo de mecanizado CNC, se utiliza comúnmente en la industria manufacturera debido a su alta eficiencia de corte y precisión con herramientas de fresado multipunto.
Si bien la mayoría de la gente está más familiarizada con la impresión 3D para crear objetos físicos precisos, el fresado CNC existe desde hace mucho más tiempo y sigue siendo ampliamente utilizado en la actualidad. Las fresadoras CNC se utilizaron comercialmente por primera vez en 1952. Desde entonces, se han realizado numerosos avances, incluido el desarrollo de máquinas y automatización más complejas.
En este artículo, analizaremos en profundidad el fresado CNC: cómo funcionan las fresadoras, qué productos pueden producir y si el fresado es la opción correcta para sus piezas.
¿Qué es el fresado CNC?
El fresado CNC es un proceso de fabricación en el que una herramienta de corte, montada en un husillo giratorio, elimina selectivamente material de una pieza de trabajo. Esta operación está automatizada mediante sistemas de Control Numérico por Computadora (CNC). A diferencia del torneado CNC, donde la pieza de trabajo gira contra una herramienta de corte estacionaria, en el fresado CNC, la pieza de trabajo se monta rígidamente en una mesa estacionaria. Sin embargo, las fresadoras modernas permiten que esta mesa se mueva linealmente o gire en diferentes planos, lo que permite que la herramienta trabaje en varios ángulos.
Las fresadoras CNC avanzadas, como las fresadoras CNC de 5 ejes o de varios ejes, ofrecen capacidades mejoradas mediante la inclinación de la herramienta y la rotación de la pieza de trabajo, lo que permite crear formas complejas de manera más precisa y eficiente sin mover la pieza de trabajo a otra máquina.
¿Cómo funcionan las fresadoras CNC?
Una descripción detallada del proceso de fresado le ayudará a tener una idea completa de cómo funciona. Generalmente, el proceso se puede dividir en 3 pasos como se muestra a continuación.
Paso 1: crear un modelo CAD
Cuando se les proporcionan dibujos 2D o conceptos de diseño iniciales, los ingenieros utilizan software CAD como Autodesk Inventor o SolidWorks para crear un modelo 3D detallado de la pieza. Este modelo CAD incluye todos los detalles esenciales, como dimensiones, características críticas, tolerancias, líneas de construcción e indicaciones de rosca. El software CAD permite a los diseñadores visualizar, analizar y perfeccionar sus diseños de manera eficiente antes de que comience el proceso de fabricación.
Paso 2: Convertir el modelo CAD a un formato compatible con CNC
Las fresadoras CNC no pueden interpretar directamente los modelos CAD, por lo que es necesario convertir estos modelos a un formato compatible con las máquinas. Esta conversión se realiza mediante software CAM, que traduce el modelo CAD en instrucciones legibles por máquina.
Al importar el modelo CAD a un sistema CAM, se genera un programa CNC. Este programa suele estar escrito en código G, que se centra principalmente en los parámetros de funcionamiento de la herramienta, como la velocidad del husillo, la dirección del movimiento y la profundidad de corte, y en código M, que se ocupa de diversas tareas como cambios de herramienta, encender y apagar la máquina, y otras funciones auxiliares.
Muchos paquetes de software CAM incluyen una función de simulación que permite a los diseñadores o ingenieros verificar sus programas CNC y asegurarse de que funcionen según lo previsto. Esto ayuda a identificar problemas potenciales antes de que comience la fabricación real y, en última instancia, ahorra tiempo y recursos.
Paso 3: configurar la fresadora y realizar la operación de fresado
El operador conecta las herramientas de corte al husillo y coloca de forma segura la pieza de trabajo en la mesa de trabajo. Luego importarán el programa CNC a la fresadora y comenzarán a fresar. Las fresadoras modernas están altamente automatizadas y a menudo están equipadas con cambiadores automáticos de herramientas (ATC), que permiten a la máquina cambiar de herramienta durante la operación sin intervención manual. Esto minimiza las interrupciones y reduce el tiempo de inactividad.
Dependiendo del resultado deseado, el proceso puede requerir varias pasadas. Las operaciones iniciales suelen utilizar herramientas de corte más grandes para eliminar el material rápidamente y lograr una forma rugosa. Los ciclos de acabado posteriores emplean herramientas más finas y velocidades más lentas para refinar la superficie, llevando la pieza a sus dimensiones finales, calidad de superficie y tolerancias requeridas.
Tipos de operaciones de fresado CNC
El fresado CNC es un proceso versátil que puede realizar una variedad de operaciones para crear diferentes formas y características en una pieza de trabajo. A continuación se muestran algunos tipos comunes de operaciones:
Fresado simple
El fresado plano, también conocido como fresado en plancha, se utiliza para mecanizar superficies planas paralelas a la mesa de trabajo. La acción de corte se produce principalmente en la circunferencia de una cortadora cilíndrica, que es muy adecuada para mecanizar superficies anchas y planas.
Fresado frontal
El fresado frontal es similar al fresado simple, pero normalmente utiliza una fresa con dientes tanto en la cara (la parte inferior) como en la circunferencia (los lados). Este diseño permite que el planeado elimine material de manera eficiente y produzca superficies grandes y planas con excelentes acabados. Se puede utilizar de forma independiente o después del fresado simple para mejorar el acabado superficial o lograr contornos específicos.
Fresado angular
El fresado angular implica el uso de fresas con ángulos específicos, como fresas de un solo ángulo y de doble ángulo, para mecanizar características angulares en una pieza de trabajo. Las características comunes producidas por el fresado angular incluyen ranuras en cola de milano, chaflanes y ranuras en forma de V, que están orientadas en ángulos que no son perpendiculares ni paralelos a los ejes primarios de la pieza de trabajo.
fresado de formas
El fresado de formas es un proceso que utiliza una fresa con una forma especial para mecanizar perfiles únicos en una pieza de trabajo, como contornos, curvas o ranuras, en una sola pasada. Normalmente se utiliza para crear formas complejas, como dientes de engranajes o superficies de moldes intrincadas.
Fresado lateral
Esto se refiere al proceso de fresar una superficie plana o en ángulo en el costado de la pieza. Por lo general, implica cortar a lo largo del costado de la pieza de trabajo para crear superficies verticales, en ángulo o contorneadas.
Fresado de ranuras o ranuras
El ranurado implica cortar canales o ranuras estrechas en una pieza de trabajo. Esta operación generalmente implica el uso de una fresa de extremo o un cortador de ranuras para crear ranuras de varias formas y tamaños, como ranuras rectas, rectangulares o en forma de V. El fresado de ranuras se utiliza ampliamente para aplicaciones como chaveteros, dientes de engranajes y otras características que requieren ranuras rectas y precisas, y también puede incluir formas especializadas como el fresado de ranuras en T para asegurar accesorios o pernos.
Fresado a horcajadas
El fresado a horcajadas es una operación en la que se mecanizan dos superficies paralelas simultáneamente utilizando dos fresas laterales montadas en el mismo eje, espaciadas por collares. Se utiliza comúnmente para mecanizar lados opuestos de una pieza de trabajo para garantizar que sean paralelos y, a menudo, se aplica para crear superficies cuadradas o hexagonales.
Fresado en grupo
El fresado en grupo es una operación de fresado en la que se montan múltiples cortadores en el mismo husillo para mecanizar múltiples superficies o características simultáneamente en una sola pasada. Este método reduce significativamente el tiempo de mecanizado y puede manejar geometrías de piezas complejas y múltiples superficies.
¿Qué productos se pueden fabricar mediante fresado CNC?
El fresado CNC es un proceso automatizado que, una vez configurado, puede funcionar de forma continua durante días, produciendo piezas de forma consistente y eficiente. Con el uso de plantillas digitales y mecanizado autónomo, se minimiza el error humano, lo que da como resultado una alta precisión excepcionalmente. Las fresadoras modernas se han vuelto cada vez más avanzadas y son capaces de crear formas cuadradas, biseles, ángulos, ranuras, curvas complejas e incluso formas redondas.
Además, el fresado CNC puede funcionar con una amplia gama de materiales, incluidos metales, plásticos, elastómeros, cerámicas y compuestos. Esta versatilidad hace que el fresado CNC sea adecuado para fabricar casi cualquier pieza. A continuación se muestran algunos ejemplos típicos de aplicaciones:
Aeroespacial
El fresado CNC es aplicable en la fabricación de muchos componentes aeronáuticos que adoptan materiales como el titanio y el aluminio. Estos materiales son ligeros y duraderos. El proceso de fresado puede cumplir con los estrictos requisitos de exactitud y precisión. Los componentes del motor, los componentes del tren de aterrizaje y los paneles de combustible se producen mediante esta técnica.
Automotor
La industria automotriz utiliza el fresado debido a la exigencia de eficiencia sin perder precisión. Por lo tanto, es adecuado para productos fabricados mediante este proceso, incluidos paneles de control, ejes y moldes de automóviles.
Electrónica
La gran versatilidad y precisión de la fresadora CNC la hacen ideal para la industria electrónica. La fresadora CNC no solo da forma a los conductores y metales necesarios para la transmisión, sino también a las placas de polímero que albergan estos conductores.
Médico
El fresado CNC permite fabricar piezas de muchos grados de titanio y acero inoxidable, que a menudo se utilizan en la fabricación de dispositivos médicos, como bisturís e implantes. Las piezas médicas, como las prótesis, requieren un diseño preciso y único. Por lo tanto, el fresado CNC es el mejor método para este tipo de piezas.
Creación de prototipos y fabricación de moldes.
El fresado es muy adecuado para la creación de prototipos y la fabricación de moldes debido a su alta precisión, flexibilidad y eficiencia. Las fresadoras CNC pueden manejar una variedad de formas y materiales complejos, proporcionando resultados de mecanizado precisos. Esto permite a los diseñadores transformar rápidamente ideas en prototipos físicos o moldes, lo que facilita una mayor evaluación y optimización, acelerando así el proceso de desarrollo de productos y reduciendo los costos de fabricación.
Si bien las fresadoras CNC son muy versátiles, tienen limitaciones. Quizás el mayor inconveniente sea el costo. Incluso las máquinas CNC más básicas, adecuadas para la producción en masa, tienen un precio elevado, y los costos no hacen más que aumentar a medida que las máquinas se vuelven más avanzadas, tanto en términos de compra como de mantenimiento.
Otra limitación está relacionada con el tamaño y la geometría de la pieza. El tamaño de la pieza está limitado por las dimensiones de la máquina CNC y la geometría está restringida por las capacidades físicas de la herramienta de corte. Por ejemplo, características como socavaduras o áreas rebajadas debajo de la superficie de una pieza requieren herramientas especiales o costosas máquinas multieje para lograrlas.
El fresado CNC tampoco está completamente libre de errores humanos. Operar estas máquinas de alta tecnología requiere habilidad, y configurar una fresadora para un trabajo específico puede llevar mucho tiempo y ser complejo, lo que exige operadores experimentados.
¿Es el fresado CNC la elección correcta para sus piezas?
Ahora que tenemos un conocimiento general del fresado CNC, la pregunta sigue siendo: ¿Es el fresado CNC la opción correcta para su proyecto? Profundicemos en los aspectos clave para ayudarte a decidir:
Geometría de la pieza
El fresado CNC destaca por producir formas complejas y no simétricas. Si sus piezas tienen geometrías complejas, ángulos agudos o características de múltiples superficies, el fresado CNC probablemente sea una buena opción. Sin embargo, para piezas redondas o simétricas, el torneado CNC podría ser más eficiente.
Volumen de producción
El fresado CNC es ideal para tiradas de producción pequeñas y medianas. Si su proyecto involucra piezas personalizadas, prototipos o cantidades limitadas, el fresado CNC a menudo se considera una opción económica y eficiente. Sin embargo, para volúmenes de producción mayores, otros métodos como el moldeo por inyección o el estampado pueden resultar más rentables.
Selección de materiales
El fresado CNC es versátil y funciona con una amplia gama de materiales, incluidos metales, plásticos, cerámicas y compuestos. Si su proyecto requiere un corte preciso en diferentes materiales, el fresado CNC puede ser una solución confiable.
Consideraciones presupuestarias
Si bien el fresado CNC ofrece alta precisión y flexibilidad, puede resultar más costoso, especialmente para diseños simples o grandes volúmenes de producción. Es importante sopesar la relación costo-beneficio según la complejidad de su proyecto y la cantidad requerida.
Requisitos de tolerancia
Uno de los puntos fuertes clave del fresado CNC es su capacidad para lograr alta precisión y tolerancias ajustadas, incluso hasta ±0,01 mm (±0,0004 pulgadas). Sin embargo, es importante considerar si su proyecto realmente requiere este nivel de precisión, ya que tolerancias más altas exigen más recursos de ingeniería y conllevan mayores costos.
Al evaluar si el fresado CNC es la opción correcta para sus piezas, piense en la aplicación específica. Por ejemplo, si sus piezas son independientes y no necesitan integrarse con otros componentes, es posible que no requieran tolerancias extremadamente estrictas. En tales casos, elegir tolerancias estandarizadas con una fresadora de 3 ejes puede ser una solución más rentable. Por otro lado, si su proyecto involucra industrias como la aeroespacial, médica o automotriz, donde la precisión es primordial, incluso las desviaciones más pequeñas puede provocar fallos funcionales. En estos casos, puede ser más adecuado utilizar fresadoras multieje.
Si no está seguro de los requisitos de tolerancia de sus piezas, colaborar con un socio experimentado en mecanizado CNC puede ayudarle a tomar la decisión correcta. Al analizar detalladamente los objetivos y especificaciones de su proyecto, podrá determinar las tolerancias ideales sin gastar demasiado en precisión innecesaria.
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Tipos de fresadoras CNC
Hay varias fresadoras CNC para elegir, cada una adecuada para diferentes tareas. Según el diseño y la funcionalidad, existen dos tipos principales:
Fresadora vertical
En una fresadora vertical, el husillo que sujeta la herramienta de corte está orientado verticalmente. Esta configuración proporciona una mejor visibilidad durante el mecanizado, lo que la hace ideal para trabajar en piezas más pequeñas o tareas que requieren precisión detallada. Las fresadoras verticales son el tipo más común de fresadora CNC y se utilizan con frecuencia para cortar ranuras, taladrar y contornear.
Tienen una huella más pequeña y costos más bajos, tanto en términos de compra inicial como de mantenimiento continuo. Sin embargo, los molinos verticales pueden tener dificultades con piezas muy grandes o pesadas y, si bien ofrecen alta precisión, pueden ser más lentos que los molinos horizontales cuando se trata de producción a gran escala.
Fresadora Horizontal
Las fresadoras horizontales pueden realizar muchas de las mismas operaciones que las fresadoras verticales, pero con una configuración diferente. El husillo está colocado horizontalmente y estas máquinas son más adecuadas para procesar piezas de trabajo más pesadas. La estabilidad del husillo horizontal permite realizar cortes de alta resistencia, lo que permite la rápida eliminación de grandes cantidades de material. Esto hace que las fresadoras horizontales sean ideales para la producción de grandes volúmenes de piezas relativamente simples. Además, sus capacidades superiores de eliminación de virutas ayudan a lograr mejores acabados superficiales y prolongar la vida útil de la herramienta. Sin embargo, las fresadoras horizontales son más caras y pueden resultar difíciles de instalar en talleres mecánicos más pequeños.
Las fresadoras CNC también se pueden clasificar por la cantidad de ejes de traslación y rotación a lo largo de los cuales pueden moverse, a menudo denominados grados de libertad. Los tipos comunes de fresadoras CNC incluyen:
Fresadoras de 3 ejes
Las fresadoras de 3 ejes permiten que la herramienta de corte se mueva a lo largo de los ejes X, Y y Z. Este tipo de mecanizado es el más común por sus menores costes de puesta en marcha y su facilidad de uso. Puede producir la mayoría de las formas estándar y es más sencillo de programar y operar. La relativa simplicidad del movimiento lo hace adecuado para muchos proyectos que no requieren geometrías complejas pero se benefician de un alto rendimiento de piezas y eficiencia del proceso.
Fresadoras de 4 ejes
La fresadora de 4 ejes posee todas las capacidades de una fresadora de 3 ejes, con un eje adicional conocido como eje A. Esto permite la rotación de la pieza de trabajo para cortar alrededor del eje A, lo que resulta particularmente útil cuando es necesario cortar piezas alrededor de un cilindro o el costado de una pieza.
Fresadoras de 5 ejes
Estas máquinas operan a lo largo de los tres ejes lineales (X, Y, Z) y agregan dos ejes de rotación (elegidos entre los ejes A, B y C), que pueden girar la bancada de la máquina, el cabezal de la herramienta o ambos. Esta capacidad elimina la necesidad de múltiples configuraciones y permite mecanizar cinco caras en una sola configuración. Como resultado, las fresadoras de 5 ejes pueden producir geometrías muy complejas con alta precisión, lo que las hace ideales para componentes aeroespaciales, piezas de titanio, dispositivos médicos y componentes de turbinas de gas.
¿Qué son los ejes rotacionales y lineales en el fresado CNC?
Ejes lineales:
Los ejes lineales en las fresadoras CNC son responsables del movimiento de la herramienta de corte a lo largo de trayectorias rectas. Imagine que es el operador frente a la máquina:
El eje X corre paralelo a su cuerpo y se mueve de izquierda a derecha.
El eje Y es perpendicular a usted y se mueve hacia adelante y hacia atrás.
El eje Z, paralelo al husillo, se mueve hacia arriba y hacia abajo.
Ejes de rotación:
El eje A se refiere al movimiento de rotación alrededor del eje X, que permite que la herramienta de corte o la pieza de trabajo gire horizontalmente.
Al girar alrededor del eje Y, el eje B proporciona rotación vertical, lo que permite ángulos de mecanizado más flexibles.
El eje C añade la capacidad de girar alrededor del eje Z, dando a la herramienta o pieza de trabajo capacidad de rotación total en el plano perpendicular al eje Z.
Componentes de una fresadora CNC
Partes básicas de la fresadora CNC
Independientemente del tipo de fresadora, los siguientes son los componentes críticos que componen una fresadora CNC estándar:
Base de la máquina:La base de la máquina es la base donde se montan todos los demás componentes de la máquina. Por lo general, está hecho de acero pesado o hierro fundido para proporcionar una base estable y absorber las vibraciones.
Mesa de trabajo:La mesa de trabajo de una fresadora CNC se asienta sobre la bancada de la máquina. Fija la pieza de trabajo en su lugar durante el mecanizado. Las fresadoras CNC estándar tienen una mesa de trabajo que se mueve en las direcciones X e Y, mientras que algunas fresadoras CNC avanzadas de 5 ejes pueden girar la mesa para facilitar operaciones de mecanizado más avanzadas.
Componentes de accionamiento: Los componentes de accionamiento son responsables de impulsar y controlar el movimiento de varios elementos de la máquina. Estos componentes incluyen servomotores o motores paso a paso, husillos de bolas y guías lineales. Los servomotores convierten la energía eléctrica en movimiento mecánico a través de controladores, lo que permite un movimiento preciso de la mesa de trabajo o del husillo a lo largo de los ejes de la máquina. Los husillos de bolas y las guías lineales garantizan que este movimiento se transmita con precisión a la mesa de trabajo y a la herramienta de corte.
Sistema de refrigerante: El sistema de refrigerante está diseñado para regular la temperatura durante el mecanizado suministrando refrigerante (normalmente un líquido como aceite soluble en agua o fluido de corte) al área de corte. Este sistema ayuda a reducir el calor generado por la herramienta de corte y la pieza de trabajo, evitando el desgaste de la herramienta y la deformación térmica de la pieza de trabajo. Además, el refrigerante ayuda a eliminar las virutas y los residuos de la zona de corte, lo que mejora la calidad general del mecanizado y prolonga la vida útil de la herramienta.
Husillo:El husillo incluye una sección cónica donde se colocan los portaherramientas. También contiene un conjunto giratorio y un eje para fijar la herramienta de corte. El husillo mantiene la herramienta de corte en su lugar y dirige su movimiento durante la operación.
Portaherramientas: El portaherramientas se sujeta al husillo mediante sistema hidráulico y está diseñado para sujetarse a la herramienta.
Interfaz:La interfaz de una fresadora CNC generalmente consta de una pantalla y dispositivos de entrada (como un teclado o una pantalla táctil) conectados a la máquina. Esta interfaz se utiliza para controlar la máquina directamente y a través de ella también se puede realizar cierta programación básica del CNC, aunque la programación más compleja generalmente se realiza fuera de línea.
Complementos de fresadora CNC
Además de los componentes básicos de una fresadora CNC, las fresadoras CNC avanzadas suelen incluir una variedad de equipos complementarios que pueden mejorar significativamente la eficiencia. Algunos complementos comunes incluyen:
Cambiadores automáticos de herramientas (ATC):Los cambiadores automáticos de herramientas son dispositivos que cambian automáticamente entre diferentes herramientas de corte durante el proceso de mecanizado. En lugar de detener manualmente la máquina para cambiar herramientas, el ATC selecciona la herramienta adecuada de una biblioteca de herramientas y la instala en el husillo según sea necesario. Esto acelera el proceso de mecanizado, reduce el tiempo de inactividad y permite completar operaciones más complejas de manera eficiente sin intervención manual.
Sistemas de gestión de virutas: a menudo se añaden sistemas de gestión de virutas, incluidos transportadores y sopladores de aire, para eliminar eficazmente las virutas y los residuos del área de corte. Esto ayuda a mantener limpia el área de trabajo y permite que la máquina CNC funcione continuamente sin paradas frecuentes para limpieza manual, lo que resulta en un mayor tiempo de actividad del mecanizado.
Brazos robóticos: Los brazos robóticos imitan los movimientos y la funcionalidad de un brazo humano y se utilizan para automatizar diversas tareas, como cargar materias primas, retirar piezas terminadas, reposicionar piezas de trabajo e incluso cambiar accesorios o herramientas. Al integrar brazos robóticos en las operaciones CNC, los fabricantes pueden automatizar tareas repetitivas, aumentar la eficiencia de la producción, permitir la fabricación sin complicaciones y reducir la necesidad de intervención manual.
