El mecanizado de precisión es un proceso para eliminar el material de una pieza de trabajo durante los acabados de tolerancia cercanos. La máquina de precisión tiene muchos tipos, incluidos el mecanizado de fresado, giro y descarga eléctrica. Una máquina de precisión hoy generalmente se controla utilizando controles numéricos de computadora (CNC).
Casi todos los productos de metal utilizan mecanizado de precisión, al igual que muchos otros materiales, como el plástico y la madera. Estas máquinas son operadas por maquinistas especializados y capacitados. Para que la herramienta de corte haga su trabajo, debe moverse en instrucciones especificadas para hacer el corte correcto. Este movimiento primario se llama la "velocidad de corte". La pieza de trabajo también se puede mover, conocida como el movimiento secundario de "feed". Juntos, estos movimientos y la nitidez de la herramienta de corte permiten que la máquina de precisión funcione.
El mecanizado de precisión de calidad requiere la capacidad de seguir planes extremadamente específicos hechos por programas CAD (diseño asistido por computadora) o CAM (fabricación asistida por computadora) como AutoCAD y Turbocad. El software puede ayudar a producir los diagramas o contornos complejos y tridimensionales necesarios para fabricar una herramienta, máquina u objeto. Estos planos deben cumplir con gran detalle para garantizar que un producto conserve su integridad. Si bien la mayoría de las empresas de mecanizado de precisión trabajan con alguna forma de programas CAD/CAM, todavía trabajan a menudo con bocetos dibujados a mano en las fases iniciales de un diseño.
El mecanizado de precisión se utiliza en una serie de materiales que incluyen acero, bronce, grafito, vidrio y plásticos, por nombrar algunos. Dependiendo del tamaño del proyecto y los materiales que se utilizarán, se utilizarán varias herramientas de mecanizado de precisión. Se puede usar cualquier combinación de tornos, máquinas de fresado, prensas de perforación, sierras y molinos e incluso robótica de alta velocidad. La industria aeroespacial puede usar mecanizado de alta velocidad, mientras que una industria de fabricación de herramientas de madera podría usar procesos de grabado y fresado fotoquímicos. La agitación de una carrera, o una cantidad específica de cualquier artículo en particular, puede numerar en miles, o ser solo unos pocos. El mecanizado de precisión a menudo requiere la programación de dispositivos CNC, lo que significa que están controlados numéricamente por computadora. El dispositivo CNC permite seguir las dimensiones exactas durante la ejecución de un producto.
El fresado es el proceso de mecanizado del uso de cortadores rotativos para eliminar el material de una pieza de trabajo avanzando (o alimentando) el cortador en la pieza de trabajo en cierta dirección. El cortador también se puede mantener en un ángulo relativo al eje de la herramienta. La molienda cubre una amplia variedad de diferentes operaciones y máquinas, en escamas desde pequeñas piezas individuales hasta grandes operaciones de molienda de pandillas de servicio pesado. Es uno de los procesos más utilizados para mecanizar piezas personalizadas a tolerancias precisas.
La fresación se puede hacer con una amplia gama de máquinas herramientas. La clase original de máquinas herramientas para la fresado era la fresadora (a menudo llamada molino). Después del advenimiento del control numérico de la computadora (CNC), las máquinas de fresado se convirtieron en centros de mecanizado: fresadoras aumentadas por cambiadores de herramientas automáticas, revistas de herramientas o carruseles, capacidad de CNC, sistemas de refrigerante y gabinetes. Los centros de fresado generalmente se clasifican como centros de mecanizado vertical (VMC) o centros de mecanizado horizontales (HMC).
La integración de la molienda en entornos de convertencia, y viceversa, comenzó con herramientas en vivo para tornos y el uso ocasional de molinos para las operaciones de giro. Esto condujo a una nueva clase de máquinas herramientas, máquinas multitarea (MTMS), que están diseñadas especialmente para facilitar la molienda y girar dentro del mismo sobre.
Para los ingenieros de diseño, los equipos de I + D y los fabricantes que dependen del abastecimiento de piezas, el mecanizado CNC de precisión permite la creación de piezas complejas sin procesamiento adicional. De hecho, el mecanizado CNC de precisión a menudo hace posible que las piezas terminadas se hagan en una sola máquina.
El proceso de mecanizado elimina el material y utiliza una amplia gama de herramientas de corte para crear el diseño final y a menudo altamente complejo de una parte. El nivel de precisión se mejora mediante el uso del control numérico de la computadora (CNC), que se utiliza para automatizar el control de las herramientas de mecanizado.
El papel de "CNC" en el mecanizado de precisión
Utilizando instrucciones de programación codificadas, el mecanizado CNC de precisión permite que una pieza de trabajo sea cortada y moldeada a especificaciones sin intervención manual por un operador de la máquina.
Tomando un modelo de diseño asistido por computadora (CAD) proporcionado por un cliente, un maquinista experto utiliza un software de fabricación asistido por computadora (CAM) para crear las instrucciones para mecanizar la pieza. Según el modelo CAD, el software determina qué rutas de herramientas se necesitan y genera el código de programación que le dice a la máquina:
■ ¿Cuáles son los RPM y las tasas de alimentación correctos?
■ cuándo y dónde mover la herramienta y/o la pieza de trabajo
■ Qué profundo es cortar
■ Cuándo aplicar refrigerante
■ Cualquier otro factor relacionado con la velocidad, la velocidad de alimentación y la coordinación
Un controlador CNC luego usa el código de programación para controlar, automatizar y monitorear los movimientos de la máquina.
Hoy, CNC es una característica incorporada de una amplia gama de equipos, desde tornos, molinos y enrutadores hasta EDM de alambre (mecanizado de descarga eléctrica), láser y máquinas de corte de plasma. Además de automatizar el proceso de mecanizado y mejorar la precisión, CNC elimina las tareas manuales y libera a los maquinistas para supervisar múltiples máquinas que se ejecutan al mismo tiempo.
Además, una vez que se ha diseñado una ruta de herramienta y se programa una máquina, puede ejecutar una parte en cualquier cantidad de veces. Esto proporciona un alto nivel de precisión y repetibilidad, lo que a su vez hace que el proceso sea altamente rentable y escalable.
Materiales que están mecanizados
Algunos metales que comúnmente se mecanizan incluyen aluminio, latón, bronce, cobre, acero, titanio y zinc. Además, también se pueden mecanizar la madera, la espuma, la fibra de vidrio y los plásticos como el polipropileno.
De hecho, casi cualquier material puede usarse con mecanizado CNC de precisión, por supuesto, dependiendo de la aplicación y sus requisitos.
Algunas ventajas del mecanizado CNC de precisión
Para muchas de las piezas y componentes pequeños que se utilizan en una amplia gama de productos fabricados, el mecanizado CNC de precisión es a menudo el método de fabricación de elección.
Como es cierto para prácticamente todos los métodos de corte y mecanizado, diferentes materiales se comportan de manera diferente, y el tamaño y la forma de un componente también tienen un gran impacto en el proceso. Sin embargo, en general, el proceso de mecanizado CNC de precisión ofrece ventajas sobre otros métodos de mecanizado.
Esto se debe a que el mecanizado CNC es capaz de entregar:
■ Un alto grado de complejidad de piezas
■ tolerancias estrechas, típicamente que van desde ± 0.0002 "(± 0.00508 mm) a ± 0.0005" (± 0.0127 mm)
■ acabados de superficie excepcionalmente lisos, incluidos los acabados personalizados
■ Repetibilidad, incluso a altos volúmenes
Mientras que un maquinista experto puede usar un torno manual para hacer una parte de calidad en cantidades de 10 o 100, ¿qué sucede cuando necesita 1,000 piezas? 10,000 partes? 100,000 o un millón de partes?
Con el mecanizado CNC de precisión, puede obtener la escalabilidad y la velocidad necesarias para este tipo de producción de alto volumen. Además, la alta repetibilidad del mecanizado CNC de precisión le brinda piezas que son todas las mismas de principio a fin, sin importar cuántas partes esté produciendo.
Existen algunos métodos muy especializados de mecanizado CNC, que incluyen EDM de cables (mecanizado de descarga eléctrica), mecanizado aditivo e impresión láser 3D. Por ejemplo, el EDM de cable utiliza materiales conductores, típicamente metales, y descargas eléctricas para erosionar una pieza de trabajo en formas intrincadas.
Sin embargo, aquí nos centraremos en los procesos de fresado y giro, dos métodos sustractivos que están ampliamente disponibles y se utilizan con frecuencia para el mecanizado CNC de precisión.
Molienda frente a girar
El fresado es un proceso de mecanizado que utiliza una herramienta de corte cilíndrica giratoria para eliminar el material y crear formas. El equipo de molienda, conocido como un molino o un centro de mecanizado, logra un universo de geometrías complejas de piezas en algunos de los objetos más grandes mecanizados de metal.
Una característica importante del fresado es que la pieza de trabajo permanece estacionaria mientras la herramienta de corte gira. En otras palabras, en un molino, la herramienta de corte giratoria se mueve alrededor de la pieza de trabajo, que permanece fija en su lugar en una cama.
Girar es el proceso de cortar o dar forma a una pieza de trabajo en el equipo llamado torno. Típicamente, el torno gira la pieza de trabajo en un eje vertical u horizontal, mientras que una herramienta de corte fija (que puede o no estar girando) se mueve a lo largo del eje programado.
La herramienta no puede dar la vuelta físicamente a la parte. El material gira, lo que permite que la herramienta realice las operaciones programadas. (Hay un subconjunto de tornos en el que las herramientas giran alrededor de un cable alimentado con carrete, sin embargo, que no está cubierto aquí).
Al girar, a diferencia de la fresación, la pieza de trabajo gira. La parte del stock enciende el huso del torno y la herramienta de corte se pone en contacto con la pieza de trabajo.
Manual versus mecanizado CNC
Si bien tanto las fábricas como los tornos están disponibles en los modelos manuales, las máquinas CNC son más apropiadas para fines de fabricación de piezas pequeñas, ofreciendo escalabilidad y repetibilidad para aplicaciones que requieren una producción de alto volumen de piezas de tolerancia estrictas.
Además de ofrecer máquinas simples de 2 ejes en las que la herramienta se mueve en los ejes X y Z, el equipo CNC de precisión incluye modelos de eje múltiple en los que la pieza de trabajo también puede moverse. Esto contrasta con un torno donde la pieza de trabajo se limita a girar y las herramientas se moverán para crear la geometría deseada.
Estas configuraciones de múltiples eje permiten la producción de geometrías más complejas en una sola operación, sin requerir un trabajo adicional por parte del operador de la máquina. Esto no solo hace que sea más fácil producir piezas complejas, sino que también reduce o elimina la posibilidad de error del operador.
Además, el uso de refrigerante de alta presión con mecanizado CNC de precisión asegura que los chips no entren en las obras, incluso cuando se utiliza una máquina con un huso orientado verticalmente.
Fábricas de CNC
Las diferentes máquinas de fresado varían en sus tamaños, configuraciones del eje, velocidades de alimentación, velocidad de corte, la dirección de la alimentación de fresado y otras características.
Sin embargo, en general, las fábricas CNC utilizan un huso giratorio para cortar el material no deseado. Se usan para cortar metales duros como el acero y el titanio, pero también se pueden usar con materiales como plástico y aluminio.
Las fábricas CNC están construidas para la repetibilidad y se pueden usar para todo, desde prototipos hasta producción de alto volumen. Las fábricas CNC de precisión de alta gama a menudo se usan para trabajos de tolerancia ajustados, como molienda y moldes finos.
Mientras que la fresación CNC puede entregar un cambio rápido, el acabado AS engrasado crea piezas con marcas de herramientas visibles. También puede producir piezas con algunos bordes y rebabas afilados, por lo que se pueden requerir procesos adicionales si los bordes y las rebabas son inaceptables para esas características.
Por supuesto, las herramientas de desgaste programadas en la secuencia se desabrochán, aunque generalmente alcanzará el 90% del requisito terminado como máximo, dejando algunas características para el final de la mano final.
En cuanto al acabado superficial, existen herramientas que producirán no solo un acabado superficial aceptable, sino también un acabado similar a un espejo en partes del producto de trabajo.
Tipos de fábricas CNC
Los dos tipos básicos de fresadoras se conocen como centros de mecanizado vertical y centros de mecanizado horizontales, donde la diferencia principal está en la orientación del huso de la máquina.
Un centro de mecanizado vertical es un molino en el que el eje del huso está alineado en una dirección del eje Z. Estas máquinas verticales se pueden dividir en dos tipos:
■ Bed Mills, en los que el huso se mueve paralelo a su propio eje mientras la mesa se mueve perpendicular al eje del huso
■ Molinos de torreta, en los que el huso está estacionario y la mesa se mueve para que siempre sea perpendicular y paralelo al eje del huso durante la operación de corte
En un centro de mecanizado horizontal, el eje del huso del molino está alineado en una dirección del eje Y. La estructura horizontal significa que estos molinos tienden a ocupar más espacio en el piso de la tienda de máquinas; También son generalmente más pesados en peso y más potentes que las máquinas verticales.
A menudo se usa una fábrica horizontal cuando se requiere un mejor acabado superficial; Esto se debe a que la orientación del huso significa que los chips de corte se caen naturalmente y se eliminan fácilmente. (Como beneficio adicional, la eliminación eficiente de chips ayuda a aumentar la vida útil de la herramienta).
En general, los centros de mecanizado vertical son más frecuentes porque pueden ser tan potentes como los centros de mecanizado horizontales y pueden manejar piezas muy pequeñas. Además, los centros verticales tienen una huella más pequeña que los centros de mecanizado horizontales.
Mills CNC de múltiples eje
Los centros de molino CNC de precisión están disponibles con múltiples ejes. Una fábrica de 3 ejes utiliza los ejes X, Y y Z para una amplia variedad de trabajo. Con un molino de 4 ejes, la máquina puede girar en un eje vertical y horizontal y mover la pieza de trabajo para permitir un mecanizado más continuo.
Una fábrica de 5 ejes tiene tres ejes tradicionales y dos ejes rotativos adicionales, lo que permite girar la pieza de trabajo a medida que la cabeza del huso se mueve a su alrededor. Esto permite que cinco lados de una pieza de trabajo se mecanizarán sin quitar la pieza de trabajo y restablecer la máquina.
Tornos de CNC
Un torno, también llamado centro de giro, tiene uno o más husillos y ejes X y Z. La máquina se utiliza para rotar una pieza de trabajo en su eje para realizar varias operaciones de corte y conformación, aplicando una amplia gama de herramientas a la pieza de trabajo.
Los tornos de CNC, que también se llaman tornos de herramientas de acción en vivo, son ideales para crear partes cilíndricas o esféricas simétricas. Al igual que las fábricas CNC, los tornos CNC pueden manejar operaciones más pequeñas como prototipos, pero también se pueden configurar para una alta repetibilidad, lo que respalda la producción de alto volumen.
Los tornos de CNC también se pueden configurar para una producción relativamente manos libres, lo que los hace ampliamente utilizados en las industrias automotrices, electrónicas, aeroespaciales, robóticas y de dispositivos médicos.
Cómo funciona un torno de CNC
Con un torno de CNC, una barra en blanco de material de stock se carga en el fuck del huso del torno. Este Chuck mantiene la pieza de trabajo en su lugar mientras el huso gira. Cuando el huso alcanza la velocidad requerida, se pone en contacto una herramienta de corte estacionario con la pieza de trabajo para eliminar el material y lograr la geometría correcta.
Un torno de CNC puede realizar una serie de operaciones, como perforación, roscado, aburrido, escariamiento, cara y cónica. Las diferentes operaciones requieren cambios de herramientas y pueden aumentar el costo y el tiempo de configuración.
Cuando se completan todas las operaciones de mecanizado requeridas, la pieza se corta del stock para su posterior procesamiento, si es necesario. El torno de CNC está listo para repetir la operación, con poco o ningún tiempo de configuración adicional que generalmente se requiere en el medio.
Los tornos de CNC también pueden acomodar una variedad de alimentadores de barras automáticas, que reducen la cantidad de manejo manual de materia prima y proporcionan ventajas como las siguientes:
■ Reduzca el tiempo y el esfuerzo requerido del operador de la máquina
■ Apoye el Barstock para reducir las vibraciones que pueden afectar negativamente la precisión
■ Permitir que la máquina herramienta funcione a velocidades de huso óptimas
■ Minimizar los tiempos de cambio
■ Reducir el desperdicio de material
Tipos de tornos CNC
Hay varios tipos diferentes de tornos, pero los más comunes son los tornos CNC de 2 ejes y los tornos automáticos de estilo China.
La mayoría de los tornos de China CNC usan uno o dos husillos principales más uno o dos husillos de espalda (o secundarios), con transferencia rotativa responsable de los primeros. El huso principal realiza la operación de mecanizado principal, con la ayuda de un buje de guía.
Además, algunos tornos de estilo China vienen equipados con un segundo cabezal de herramienta que funciona como una fábrica CNC.
Con un torno automático de estilo China CNC, el material de stock se alimenta a través de un huso de cabeza deslizante en un buje de guía. Esto permite que la herramienta cortar el material más cerca del punto donde se admite el material, lo que hace que la máquina China sea especialmente beneficiosa para piezas largas y giradas giradas y para micromachina.
Los centros de giro de CNC múltiples y los tornos de estilo China pueden lograr múltiples operaciones de mecanizado utilizando una sola máquina. Esto los convierte en una opción rentable para geometrías complejas que de otro modo requerirían múltiples máquinas o cambios de herramientas utilizando equipos como una fábrica CNC tradicional.