¿Qué es el proceso CNC?

CNC representa "control digital por computadora", lo que significa que la máquina está controlada por un conjunto de comandos emitidos por el controlador. El código de comando emitido por el controlador suele tener la forma de una lista de coordenadas, denominada código G. Cualquier máquina controlada por dicho código puede denominarse máquina CNC, incluidas fresadoras, tornos e incluso cortadoras de plasma. En este artículo, nos centraremos en los diferentes tipos de fresadoras y tornos CNC y sus combinaciones. El movimiento de las máquinas CNC se puede definir por sus ejes, incluidos el eje X, el eje Y y el eje Z, y las máquinas más avanzadas también incluyen el eje A, el eje B y el eje C. Los ejes X, Y y Z representan los vectores cartesianos principales y los ejes A, B y C representan la rotación del eje. Las máquinas CNC suelen utilizar hasta cinco ejes. Las máquinas CNC típicas se enumeran a continuación.

Torno CNC Este tipo de torno funciona girando el material en la bandeja de tarjetas del torno. Luego, la herramienta se mueve sobre los 2 ejes para cortar las piezas cilíndricas. El torno CNC puede formar una superficie curva, mientras que el torno manual es difícil o incluso imposible formar una superficie curva. Herramientas que normalmente no giran, pero que también pueden moverse si se trata de una herramienta eléctrica.

Fresadoras CNC Las fresadoras CNC se utilizan generalmente para fabricar piezas planas, pero las máquinas más complejas tienen más grados de libertad para producir formas complejas. El material está estacionario y el husillo gira con la herramienta, que se mueve a lo largo de 3 direcciones de eje para cortar el material. En algunos casos, el husillo está estacionario, mientras que el material se mueve.

Taladrado CNC Esta máquina es similar a una fresadora CNC, pero está especialmente diseñada para cortar solo en una dirección del eje, que solo se perfora en el material a lo largo del eje Z, y nunca a lo largo de los ejes X e Y.

Rectificadora CNC Esta máquina permite que la muela entre en contacto con el material y produzca una superficie de alta calidad. Está diseñado para eliminar una pequeña cantidad de material del metal duro; y por tanto se utiliza como operación de tratamiento de superficies.

Fabricación con reducción de materiales.

CNC El mecanizado produce piezas reduciendo materiales. Este procesamiento básicamente elimina el material de la pieza sólida y finalmente forma la forma deseada. Se puede lograr por cualquiera de los métodos. hemos mencionado anteriormente, como fresar, tornear, rectificar o taladrar. La fabricación aditiva es el proceso opuesto, en el que se añaden materiales y, finalmente, se forman componentes, como la impresión 3D.

estampación

El utillaje realiza todo el trabajo de corte. Los instrumentos generalmente se montan en bastidores de herramientas según sea necesario o se cargan en el husillo. En el proceso de fabricación de piezas completas se necesitan muchas herramientas diferentes y no existe un método de fabricación universal. Las herramientas comúnmente utilizadas en el mecanizado típico se enumeran a continuación.

herramientas de fresado

La fresa vertical es una herramienta común y suele ser capaz de cortar en 3 direcciones. Se divide en diferentes estilos, como cabeza plana, radio redondeado, cabeza esférica y mango cónico; con diferentes números de cuchillas, ángulos de espiral, sustratos y materiales de revestimiento.

Fresa planeadora Una fresa de superficie se puede cortar en una gran superficie, lo que se realiza mediante fresado en plano frontal. Su filo suele estar en el filo de la herramienta y los dientes de fresado suelen ser hojas de carburo.

La fresa de roscas puede producir roscas girando alrededor del eje de la rueda para cortar la forma de la rosca.

El cortador de corte utiliza un cortador de corte de este tipo para formar una ranura en T a lo largo de la pieza. Debido a la geometría de esta herramienta, debe entrar y salir por el extremo de apertura del material.

Materiales de herramientas

Como sugiere el nombre, las herramientas están diseñadas para cortar el diámetro exterior de las piezas. Puede ser una herramienta sólida que procesa piezas hasta darles la forma deseada o una hoja de carburo.

Estas herramientas suelen ser relativamente delgadas y pueden ingresar al interior de las piezas después de perforar, cortar el diámetro interior o formar roscas en el interior.

La herramienta de corte se utiliza para cortar piezas después de todas las demás operaciones como operación final.

La perforación se utiliza para perforar en la dirección longitudinal de los componentes, y los orificios perforados deben estar articulados o perforados para lograr la tolerancia final.

Los materiales de herramientas

El tipo de herramienta se puede subdividir según el material de la propia herramienta. Los materiales de herramientas comunes se enumeran a continuación:

El acero con alto contenido de carbono es el costo más bajo de las herramientas de mecanizado y la vida útil no es larga. Perderá su dureza a una temperatura de aproximadamente 200 ℃.

El acero de alta velocidad (HSS) se utiliza más comúnmente que las herramientas de acero al carbono porque dura más y pierde dureza a 600°C, por lo que se puede cortar a una velocidad más rápida.

Las herramientas endurecidas son más rígidas que las HSS pero tienen menos rigidez y pueden romperse si se utilizan incorrectamente. Puede tolerar temperaturas de hasta 900 ℃.

Las herramientas de corte cerámicas son extremadamente duras y normalmente sólo se utilizan para cortar materiales duros a temperaturas muy altas. Tiene dos materiales comunes, a saber, nitruro de aluminio y nitruro de silicio.

Nitruro de boro cúbico: estas herramientas son ideales para acero templado y superaleaciones, con excelente resistencia a la fricción y resistencia térmica.

Las ventajas y desventajas del procesamiento CNC.

El procesamiento CNC se ha ido generalizando gradualmente porque es más eficiente que las máquinas operadas manualmente. A continuación se enumeran algunas ventajas y desventajas de las máquinas CNC.

Tipo de fresadoras y tornos CNC

La fresadora CCNC

Centro de mecanizado vertical (VMC) El husillo del centro de mecanizado vertical se mantiene en la misma posición y el torno se mueve debajo de él. En algunos casos, el torno se mueve hacia arriba y en contacto con el husillo, o el husillo se puede mover hacia arriba y hacia abajo a lo largo del eje Z. Estas máquinas son muy rígidas y, por tanto, capaces de producir componentes de alta precisión. Su desventaja es que el área de trabajo es relativamente pequeña. VMC, puede haber 3 ejes (X, Y, Z), 4 ejes (X, Y, Z, A) o incluso 5 ejes (X, Y, Z, A, B).

Centro de mecanizado horizontal (HMC) El husillo de la máquina HMC es horizontal en lugar de vertical. Estas máquinas son ideales para la producción a largo plazo porque pueden procesar tres veces más piezas que las VMC con una carga de trabajo suficiente. HMC es mucho más caro que VMC. Se puede fijar una pieza de material al torno de la máquina mientras se fabrica otra pieza. Por lo tanto, se puede lograr una producción continua y el husillo se puede mover fácilmente a la siguiente pieza de material, de forma lista y rápida.

torno CNC

El torno CNC es capaz de mecanizar con un solo mandril y dos ejes. Los tornos CNC son de los siguientes tipos:

Torno ordinario es básicamente una especie de torno estándar, relativamente común. Su nombre en inglés incluía la palabra "Engine" porque estos tornos solían ser accionados por poleas mediante un motor montado fuera de la máquina. Un torno ordinario es un torno con motor.

El torno de torreta puede acelerar significativamente la producción porque todas las herramientas necesarias se han cargado en la torreta antes de la fabricación. Cuando se necesita una nueva herramienta, simplemente gírela a la posición correspondiente.

Torno para sala de herramientas El torno para sala de herramientas se utiliza para operaciones de lotes pequeños y de alta precisión. Como su nombre indica, este tipo de torno se utiliza para fabricar herramientas y moldes. La función del torno de la sala de herramientas también es muy versátil.

Torno de alta velocidad Este tipo de torno se utiliza principalmente para operaciones livianas, su estructura es muy simple, incluyendo la caja del husillo, el asiento trasero y el portacuchillas.

Los centros de torno CNC son muy avanzados y ofrecen una variedad de funciones, que incluyen portaherramientas de fresado y torreta, e incluso un segundo husillo. El centro de torneado también se divide en tipos verticales y horizontales. El torno horizontal permite que los residuos que caen de las piezas entren en el transportador de virutas, mientras que el torno vertical permite que la gravedad ayude a eliminar los residuos cuando las piezas entran en el mandril. Los tornos verticales son más fáciles de automatizar. En cuanto a qué tipo de torno es más adecuado, depende de la aplicación específica.

material

Las máquinas CNC son capaces de manipular una variedad de materiales, desde aluminio hasta superaleaciones (por ejemplo, conconel). Cada material tiene su propio conjunto de desafíos, que requieren herramientas, velocidad y métodos de entrega específicos.

aluminio

Dado que el aluminio es un metal muy blando, existe el riesgo de que se pegue a la herramienta de corte. En vista del bajo punto de fusión del aluminio, el templado adecuado del aluminio para mejorar la dureza puede mejorar su trabajabilidad.

acero carbono

Debido a que el acero se divide en muchos grados, muchos factores afectarán el procesamiento general del material, como el trabajo en frío, la composición química, los microtejidos y otros factores. En general, elementos como el plomo y el estaño pueden aumentar la velocidad de corte y el azufre puede reducir el endurecimiento por deformación de las virutas.

titanio

Hay muchos tipos de aleaciones de titanio y cada una de ellas enfrenta sus propios desafíos. Idealmente, la herramienta debe interactuar constantemente con el material, ya que permanecer en un área provocará fricción, acumulación de calor, endurecimiento por procesamiento y desgaste de la herramienta. El titanio puro tiene propiedades similares al aluminio y también se adhiere a las herramientas de corte, pero sus aleaciones suelen ser más rígidas y pueden provocar acumulación de calor y desgaste de las herramientas. La baja velocidad y la alta carga de viruta prolongan la vida útil de la herramienta con una temperatura más baja.

aleación de alta temperatura

La aleación de alta temperatura tiene una resistencia muy alta a altas temperaturas, por lo que es difícil de procesar. Para procesar estos materiales se necesitan máquinas más potentes. Las superaleaciones pueden endurecerse muy rápidamente, lo que dificulta el procesamiento posterior. Generalmente se recomienda mantener una velocidad de corte baja.

cobre

Como todos sabemos, el cobre es un material muy difícil de procesar, debido a su flexibilidad, a menudo se enrolla alrededor de la herramienta y no se puede cortar. Se utiliza principalmente para componentes de potencia y componentes de intercambiadores de calor que requieren alta conductividad eléctrica y alto coeficiente de transferencia de calor. Para cobre puro, normalmente se puede utilizar una alimentación de alta velocidad. El procesamiento de la aleación de cobre es mucho más sencillo en comparación con el cobre puro.

plástica

Hay miles de plásticos, desde plásticos termoestables hasta termoplásticos comunes. La dureza y las propiedades mecánicas del plástico también varían mucho. Sólo los plásticos rígidos pueden procesarse bien y mantenerse dentro del rango de tolerancia, mientras que los plásticos blandos a menudo se deforman al pasar a través de herramientas de corte, lo que hace que el tamaño externo de los componentes no cumpla con las especificaciones. Debido a que el plástico es un aislante, el calor a menudo se acumula en el filo y se derretirá si no se tiene cuidado.

¿Qué problemas pueden surgir?

Aunque las máquinas CNC tienen muchos usos y funciones, existen algunos riesgos. A continuación se enumeran algunos errores frecuentes en el procesamiento CNC.

Fallo del sistema CNC La máquina CNC no piensa por sí misma; sólo seguirá instrucciones humanas. Si no se programa correctamente, la máquina puede permitir que la herramienta de corte se corte a sí misma en un milisegundo. La máquina normalmente detecta un fallo del sistema y deja de funcionar, pero en ese momento puede haber causado daños. Existen múltiples herramientas de software disponibles para ayudar a reducir dichos riesgos. Puede simular la ruta de operación de la herramienta antes de cargar el código en la máquina. Al utilizar el software estándar de fabricación asistida por computadora (CAM), es difícil simular máquinas complejas de 5 ejes, ya que se utiliza otro software en el proceso entre la escritura del código CAM y la carga del código a la máquina.

La velocidad y el avance inadecuados son esenciales para la producción de componentes de mecanizado de alta calidad. Si se utiliza una configuración incorrecta, el desgaste de la herramienta y el manejo de la superficie y las tolerancias no se acelerarán. El ajuste correcto de la velocidad y el avance es un tema complejo porque cada material y su aleación requieren ajustes diferentes para lograr el efecto de corte deseado. Para lograr un ajuste razonable, normalmente se necesitan varios intentos.

Falta de mantenimiento Como cualquier máquina compleja, la falta de mantenimiento hace que la máquina CNC se dañe rápidamente. La máquina debe mantenerse limpia y seguir estrictamente el programa de mantenimiento del OEM.

Principales industrias que utilizan tecnología CNC

Cualquier industria involucrada en la producción de componentes se verá afectada directa o indirectamente por el procesamiento CNC. Algunas de las principales industrias que utilizan el procesamiento CNC se enumeran a continuación.

Aeroespacial El sector aeroespacial requiere componentes con alta precisión y capacidades repetibles, incluidas palas de turbinas en motores, herramientas para otros componentes e incluso cámaras de combustión utilizadas en motores de cohetes.

Fabricación de automóviles y maquinaria La industria automovilística necesita fabricar moldes de alta precisión para fundir piezas (por ejemplo, asientos de motor) o para procesar piezas de alta tolerancia (por ejemplo, pistones). La máquina pórtico puede fundir módulos de arcilla para utilizarlos en la fase de diseño del automóvil.

La industria militar utiliza componentes de alta precisión con estrictos requisitos de tolerancia, incluidos componentes de misiles, cañones de armas, etc. Todos los componentes mecanizados en la industria militar pueden beneficiarse de la precisión y velocidad de las máquinas CNC.

Los dispositivos de implantes médicos suelen estar diseñados para adaptarse a la forma de los órganos humanos y deben fabricarse con una aleación avanzada. Dado que ninguna máquina manual puede generar tales formas, la máquina CNC se convierte en una necesidad.

La industria energética y energética abarca todos los campos de la ingeniería, desde las turbinas de vapor hasta las tecnologías de fusión nuclear más punteras. La turbina de vapor requiere álabes de turbina de alta precisión para mantener el equilibrio en la turbina y la forma de R & amp en fusión; La cavidad de supresión de plasma D es muy compleja, está fabricada con materiales avanzados y requiere el soporte de máquinas CNC.

Tendencias actuales en la tecnología CNC

Con el ritmo acelerado del desarrollo de la ciencia y la tecnología en los últimos años, creemos que la fabricación aditiva se convertirá en la corriente principal del procesamiento CNC, pero es más probable que aparezcan cada vez más centros de fabricación emergentes que serán una variedad de combinaciones de tecnología con una máquina, para poder aprovechar al máximo las ventajas de la reducción de material y la máquina de fabricación aditiva, desarrollar funciones más potentes que la suma de las dos máquinas. Ya han surgido las primeras aplicaciones de este tipo de máquinas.

Además, a través de la cuarta Revolución Industrial, la automatización ha dado grandes pasos y se desarrollarán más sistemas automatizados, capaces de autodiagnóstico y optimización autoquímica, que requerirán poca intervención humana. En el futuro, se espera que los productos se fabriquen de acuerdo con los requisitos individuales de los consumidores, y las máquinas CNC con excelente flexibilidad pueden hacer realidad esta visión.