¿Qué es el mecanizado CNC? | Guía explicada

El proceso de mecanizado CNC ofrece varias ventajas gracias a su automatización y al uso de máquinas herramienta controladas por ordenador para crear piezas a partir de materias primas. Estas ventajas incluyen una mayor precisión, consistencia, velocidad y la capacidad de crear características precisas con geometrías complejas. Además, también funciona bien para crear piezas de plástico, metal y otros materiales.

En comparación con las técnicas de mecanizado convencionales, el mecanizado CNC permite el uso de sofisticados métodos y equipos de corte, como el mecanizado multieje y el mecanizado de alta velocidad, que pueden mejorar la eficacia y el calibre del proceso. Entonces, ¿qué es el mecanizado CNC? ¿Qué tipo de proceso implica? Siga leyendo mientras tratamos este tema en detalle.

¿Qué es el mecanizado CNC?

Se trata de un proceso de fabricación sustractivo que da forma a un artículo o pieza eliminando gradualmente material de una pieza de trabajo hasta conseguir la forma deseada. En otras palabras, consiste en utilizar programas informáticos para controlar el movimiento y la funcionalidad de una máquina.

La función del Control Numérico por Ordenador es traducir un modelo digital de un componente en una serie de órdenes que dirigen los movimientos de las herramientas de mecanizado para producir el resultado deseado. Además, lo que es el mecanizado CNC es un proceso versátil que permite trabajar con diversos materiales, como metales, aleaciones metálicas, madera, piedra, plásticos, etc.

Al mismo tiempo, existen diferentes herramientas y tamaños de herramientas que se utilizan durante el mecanizado CNC. Estas herramientas y sus tamaños cambian en función del componente mecanizado que haya que fabricar. En comparación con otras técnicas de producción, ¿Qué es el mecanizado CNC? puede ofrecer una mayor adaptabilidad, eficacia y precisión, ya que está controlado por ordenador. Esto la convierte en una opción de fabricación muy apreciada para diversas empresas y usos de mecanizado.

Diferentes técnicas de mecanizado CNC

El mecanizado CNC no es un proceso monótono, y los fabricantes emplean varias técnicas cuando fabrican productos utilizando el mecanizado CNC. Los tipos comunes de lo que es el mecanizado CNC incluyen:

Torneado CNC

Torneado CNC es un proceso crucial para producir componentes cilíndricos exactos y precisos. La operación de torneado CNC propiamente dicha es sencilla, ya que consiste en instalar una pieza cilíndrica en la máquina giratoria, con la herramienta de corte CNC en paralelo al eje de rotación.

Piezas de motor, ejes, bujes y engranajes son sólo algunos de los componentes que se fabrican con frecuencia utilizando el mecanizado CNC. En comparación con el torneado manual, el torneado CNC presenta varias ventajas, como una mayor uniformidad, reproducibilidad y eficiencia.

Fresado CNC

Fresado CNC emplean una herramienta de corte giratoria para producir una variedad de formas y productos mientras funcionan sobre un eje perpendicular. Este método se utiliza ampliamente en diversas industrias, como las que fabrican bienes de consumo, aeronaves, automóviles y equipos médicos.

El posicionamiento de la pieza es uno de los aspectos básicos del fresado CNC que difiere del fresado convencional. La herramienta de corte suele desplazarse en varias direcciones mientras que la pieza permanece inmóvil. También eliminan el material a medida que se desplaza siguiendo las instrucciones del ordenador. Además, para conseguir el resultado deseado, los maquinistas suelen programar la fresadora para que realice muchas pasadas sobre la pieza.

Taladrado CNC

El proceso de taladrado CNC permite hacer agujeros de distintos tamaños en una pieza. Esto funciona con la ayuda de un ordenador, que regula con precisión el movimiento y la velocidad de la broca. El procedimiento está totalmente automatizado.

En comparación con el taladrado manual, este procedimiento presenta varias ventajas, como una mayor precisión, repetibilidad y eficacia. Las placas de circuitos impresos, los componentes metálicos y los polímeros son algunos de los sectores que utilizan con frecuencia el mecanizado CNC.

Corte por plasma CNC

En el proceso de fabricación conocido como corte por plasma, los materiales conductores como los metales se cortan utilizando una corriente de plasma de alta velocidad. En el corte por plasma, un electrodo y la pieza de trabajo están conectados por un arco de plasma que se crea con una antorcha de plasma y tiene la potencia necesaria para perforar el material.

A continuación, el arco de plasma funde y vaporiza el material. Además, se necesita una corriente de gas a alta presión (como aire o nitrógeno) para expulsar el material fundido lejos del borde de corte. Por consiguiente, hay poca distorsión o decoloración, y el corte es limpio y exacto, lo que reduce la necesidad de tratamiento posterior.

Fresado CNC

Las fresadoras CNC funcionan de forma similar a las fresadoras en sus funciones básicas. Las fresadoras suelen trabajar con materiales de mecanizado CNC más blandos, como la madera, mientras que el fresado se utiliza con frecuencia con metales más duros. Las fresadoras producen una eficiencia, consistencia y precisión excepcionales como cualquier operación de mecanizado CNC.

El husillo gira en varias direcciones mientras la pieza está totalmente inmóvil durante la operación de fresado. Cuando se utilizan materiales más blandos, la velocidad de giro total del husillo puede ser bastante baja durante el fresado.

Corte por láser CNC

Se trata de otro procedimiento de corte típico que goza de popularidad debido a su capacidad para proporcionar resultados precisos y exactos con rapidez. Este procedimiento se utiliza ampliamente en la mayoría de los sectores, incluidos el aeroespacial, el médico y el militar, ya que el láser puede cortar la mayoría de los materiales. Además, el corte por láser es un proceso altamente preciso y repetible, lo que se traduce en menos residuos y menores tiempos de producción.

Más información: Corte CNC frente a corte por láser

Rectificado CNC

En las rectificadoras de mecanizado CNC se utiliza una muela abrasiva plana giratoria para eliminar material de las superficies irregulares de las piezas de trabajo. La muela abrasiva gira rápidamente. Normalmente, esta operación de mecanizado CNC produce un producto con un acabado liso.

Terminologías comunes en el mecanizado CNC que debe conocer

En esta industria, es esencial comprender los términos utilizados en el mecanizado CNC. Estos son los términos más comunes utilizados en el mecanizado CNC;

CAD

El software de diseño asistido por ordenador (CAD) genera una representación visual en 2D o 3D del producto final deseado. Para fabricar piezas complicadas de mecanizado CNC suelen utilizarse piezas sencillas con modelos CAD individuales.

CAM

Los códigos CNC que una máquina puede interpretar se crean utilizando software de fabricación asistida por ordenador (CAM). Estos programas ayudan a automatizar muchos tipos de máquinas, incluido el mecanizado CNC.

Para utilizar una máquina CNC, el software CAM colabora con las aplicaciones CAD. La mayoría de las máquinas CNC de alta calidad disponen de software CAM complementario. Explore las últimas opciones de software CAM. 

MDC

Los programas informáticos de recogida de datos de fabricación (MDC) recopilan información de los operarios y los equipos sobre los distintos datos de fabricación producidos en tiempo real.

Gracias a esta información, los fabricantes pueden introducir mejoras en la línea de fabricación actual. También identifica los motivos de las pérdidas de producción y los retrasos.

Código G

El código G (código de geometría) es una directiva alfanumérica que indica a un CNC qué está mecanizando en movimiento. En el código G, las letras X, Y y Z representan los ejes de movimiento, mientras que los números representan los valores a lo largo de cada eje. Aquí se hace referencia al número de línea N. Algunos códigos específicos controlan la capacidad de la máquina para realizar operaciones CNC, como cambiar la velocidad del cabezal o encenderlo y apagarlo.

Código M

Los códigos M son diversos códigos de máquina que llevan a cabo las operaciones no de corte del mecanizado CNC. Se trata de iniciar y finalizar diversos programas, gestionar el flujo de refrigerante o modificar el comportamiento de las herramientas de corte.

Proceso de mecanizado CNC: ¿Cómo funciona?

Los procedimientos de mecanizado CNC deben pensarse mucho, desde el diseño inicial hasta la fabricación. Entonces, ¿cómo funciona el mecanizado CNC? Funciona en tres fases.

Diseño de archivos 3D

Los archivos de diseño son los entregables de la primera fase de lo que es el mecanizado CNC. Estos archivos vienen en formatos CAD, CAM y CAE. El uso de software CAD/CAM por parte de ingenieros y diseñadores les ayuda a crear el diseño general del componente y el producto, que luego se evalúa para determinar su potencial de fabricación CNC.

Esta evaluación, comúnmente denominada DFM (Design for Manufacturing), es una etapa crucial, ya que garantiza el mayor número de ventajas al menor coste posible, teniendo en cuenta al mismo tiempo las limitaciones de la tecnología actual.

Programación CNC

Los códigos G o códigos M son el principal medio de comunicación con una máquina CNC. Estos códigos, que son esencialmente la guía de navegación de la herramienta de corte en lo que es el mecanizado CNC, son producidos por programas CAM.

Si el diseño se ajusta a las directrices de DFM, normalmente los operarios de CNC no tendrán que intervenir en las operaciones ni en el preprocesamiento. En caso contrario, podrían ser necesarias acciones adicionales para garantizar el máximo rendimiento.

Es importante tener en cuenta que la eficacia global del proceso de diseño dicta cuánto tiempo se necesita para el preprocesamiento. Los códigos G o M pueden programarse en poco o mucho tiempo, dependiendo de la complejidad del diseño.

Además, los códigos serían precisos y producirían resultados utilizables si el diseño global se adhiere a los principios DFM requeridos. Por el contrario, los errores de diseño darían lugar a códigos defectuosos, que inevitablemente tendrían consecuencias no deseadas.

Preparación de la máquina y procesamiento

El procedimiento de mecanizado propiamente dicho, que emplea los códigos suministrados en la fase anterior para eliminar el material sobrante de un bloque, es el último paso. Esta fase comienza con la selección de la máquina adecuada para el trabajo. Existen diferentes tipos de lo que es el mecanizado CNC, incluidas máquinas de 3,4,5 ejes y máquinas para diferentes técnicas de fabricación, desde el taladrado hasta el torneado y el fresado.

Es importante tener en cuenta que, aunque las máquinas herramienta de precisión suelen ser muy significativas, no pueden duplicar con precisión las dimensiones del modelo CAD. Por esta razón, los maquinistas suelen emplear tolerancias que varían en función de las exigencias de la industria. Sin embargo, las tolerancias estrictas aumentarían los gastos de la unidad de fabricación.

Tipos de máquinas CNC y sus usos

Como hemos mencionado anteriormente, hemos hablado de diferentes técnicas de mecanizado CNC. Normalmente, las diferentes tecnologías corresponden a diferentes tipos de máquinas CNC. A continuación se muestran estas máquinas y sus usos.

Fresadora CNC

Las fresadoras CNC más utilizadas son los modelos de 3 ejes, 4 ejes y 5 ejes. El número de ejes de estos dispositivos es lo que los distingue. La capacidad de lo que está mecanizando el CNC, su nivel de precisión y muchos otros factores dependerán de cuántos ejes tenga. Varias industrias, como la automovilística, la aeroespacial, la médica y la de electrónica de consumo, utilizan estas máquinas para fabricar sus piezas.

Tornos CNC

Un torno CNC es un dispositivo que hace girar una pieza sobre un husillo y utiliza un ordenador para gestionar un grupo de herramientas de corte a lo largo de dos ejes, X y Z, para realizar diferentes operaciones sobre el material.

Además, lo que es el mecanizado CNC también son capaces de taladrar y fresar para producir formas redondas exactas con un diámetro exterior y otro interior.

Enrutadores

El husillo de una fresadora CNC se utiliza para cortar y grabar diversos materiales, como plástico, madera, acrílico, vidrio, metal y espuma. Pueden realizar varios procesos de mecanizado, como operaciones de taladrado, roscado, fresado y rectificado.

Máquinas de descarga eléctrica

Independientemente de la dureza del componente, el mecanizado por descarga eléctrica (EDM) es una tecnología de fabricación sin contacto que puede manipularlo. Consiste en sumergir una pieza conductora de electricidad y un electrodo o alambre en un fluido dieléctrico. Mediante el uso de energía térmica, el proceso de electroerosión consiste en eliminar el material sobrante de la pieza para darle la forma precisa necesaria para una tarea. Existen tres formas diferentes de electroerosión: por penetración, por agujero y por hilo.

Cortadoras de chorro de agua

Utiliza un chorro de agua a alta presión para perforar diversos materiales, como metales, polímeros y materiales compuestos. Una cortadora por chorro de agua puede cortar casi cualquier forma, grosor y material. Se trata de un método adaptable y utilizable para fabricar piezas en muchos otros sectores, como el aeroespacial, el automovilístico y el médico.

Cortadoras láser

Los dispositivos conocidos como cortadoras láser utilizan un ordenador para regular un rayo láser que puede cortar o grabar materiales. Siguiendo instrucciones específicas proporcionadas en lo que es mecanizado CNC o código G, el rayo láser enciende, funde o vaporiza la sustancia con la que entra en contacto.

Amoladoras de superficies

Una herramienta abrasiva conocida como amoladora de superficies ayuda a generar acabados finos en superficies planas. En otras palabras, la máquina esmerila superficies de material para nivelarlas y aplanarlas. La amoladora de superficies tiene una muela abrasiva que elimina las diferencias de altura de la superficie girando a gran velocidad.

Software de apoyo al mecanizado CNC para principiantes

Los programas de software se utilizan en el proceso de mecanizado CNC para garantizar la exactitud, precisión y optimización del componente o producto que se está fabricando.

CAD y CAM

El diseño asistido por ordenador (CAD) es un software para crear representaciones de componentes y superficies sólidas en 2D vectoriales o 3D, así como la documentación técnica y los requisitos de las piezas correspondientes. Por otro lado, el software CAM (fabricación asistida por ordenador) se utiliza para construir el código de máquina necesario para operar el lo que es mecanizado CNC y controlar el utillaje para producir el artículo diseñado a medida extrayendo datos técnicos del modelo CAD.

CAE

Los ingenieros utilizan software de ingeniería asistida por ordenador (CAE) durante las fases de desarrollo, preprocesamiento, análisis y postprocesamiento. En las aplicaciones de análisis de ingeniería, como el diseño, la simulación, la planificación, la producción, el diagnóstico y la reparación, el software CAE se utiliza como herramienta auxiliar de apoyo para ayudar a evaluar y revisar el diseño del producto.

Ventajas y limitaciones del mecanizado CNC

El mecanizado CNC facilita la producción rápida de piezas o productos independientemente de su complejidad y tipo de material. Esta técnica de producción, aunque beneficiosa, no está exenta de limitaciones.

Ventajas del mecanizado CNC

Repetibilidad y consistencia del producto

Cada pieza producida tiene el mismo aspecto y funcionalidad gracias al control numérico por ordenador, que es el mecanizado CNC. El error humano no es una posibilidad. El resultado es la creación de piezas precisas que cumplen la función prevista.

Versatilidad y flexibilidad

Es posible programar máquinas CNC para trabajar con distintos materiales, como metal, plástico, madera y materiales compuestos. Esto las hace versátiles y adaptables a diferentes necesidades de fabricación.

Exactitud y precisión

El método de mecanizado CNC es extremadamente preciso. En el fresado y torneado CNC, se pueden conseguir tolerancias muy ajustadas de ±0,01 mm o incluso ±0,005 mm. Gracias a la automatización del proceso de mecanizado CNC, es más fácil fabricar piezas exactas repetidamente.

Limitaciones del mecanizado CNC

Elevado coste inicial de puesta en marcha

El coste inicial incluye la adquisición de la máquina y la formación de los operarios y otros profesionales. También tiene en cuenta el coste de conseguir herramientas especializadas para algunos procesos. Estos costes, aunque elevados, siguen siendo inferiores a los de procesos como el moldeo por inyección.

Restricciones de diseño

La herramienta debe tener acceso a todas las superficies de corte necesarias, ya que el mecanizado CNC es una técnica sustractiva que elimina material de una pieza en bruto sólida. Debido al acceso limitado de la herramienta, resulta difícil mecanizar características como geometrías internas y socavados. Además, también es difícil redondear los ángulos agudos interiores mediante el mecanizado CNC.

Directrices de diseño para sus proyectos de mecanizado CNC

Esta sección repasará algunos de los factores de diseño importantes que pueden facilitar la fabricación de su artículo y, en consecuencia, ofrecer piezas de mayor calidad a precios más asequibles.

Recortes y características internas

Todas las superficies de corte necesarias deben ser accesibles para la herramienta de mecanizado CNC. Por consiguiente, es mejor evitarlas durante el diseño, ya que características como destalonados importantes y geometrías internas no pueden mecanizarse debido a las limitaciones de acceso de la herramienta. No obstante, si su diseño requiere un destalonado, ésta es la recomendación: Holgura de la herramienta > 4 x Altura; Profundidad < 2 x Altura.

Guo, ingeniero CNC de XC Machining, desaconseja incorporar esquinas internas afiladas en los diseños CNC. Debido a la naturaleza del fresado con herramientas redondas, no es factible conseguir esquinas afiladas. En su lugar, es esencial utilizar esquinas redondeadas, y estos radios deben exceder el tamaño de la fresa empleada.

Profundidad de la cavidad

Para mantener un acabado de mecanizado satisfactorio, se aconseja mantener la profundidad de la cavidad a no más de cuatro veces la anchura de la cavidad. Pueden utilizarse herramientas especializadas de mayor diámetro para fabricar orificios más profundos.

Profundidad del agujero

Se aconseja utilizar tamaños de broca convencionales cuando incluya orificios en su diseño. Herramientas como escariadores y mandrinadoras pueden crear agujeros con tolerancias precisas. La profundidad de perforación posible aumenta con el diámetro del orificio.

Espesor mínimo de pared

Las paredes de su componente pueden agrietarse o distorsionarse como resultado del mecanizado CNC si son demasiado finas. Diseñar su artículo con un grosor de pared adecuado es crucial para minimizar las vibraciones. La recomendación es 1,00 para plásticos y 0,5 mm para metales.

Relación de aspecto correcta

Piezas mecanizadas CNC con un relación de aspecto son susceptibles de sufrir vibraciones inoportunas, al igual que las paredes finas, que pueden hacer que la pieza se deforme o se rompa. Para evitar fallos en los componentes, es fundamental diseñar la pieza con una relación de aspecto correcta. La relación de aspecto altura/anchura recomendada es ≤ 4.

Consejos para reducir costes al elegir el proceso de mecanizado CNC

Los tres factores básicos siguientes influirán en gran medida en el coste de su pieza.

• Diseño: El tipo de diseño influye en el coste del mecanizado CNC. Cuanto mayor es la complejidad de un diseño y sus geometrías, más costosa resulta su producción.
• Material: El material tiene en cuenta el coste del material y su mecanizabilidad. Algunos materiales son más mecanizables que otros, mientras que otros son más caros. Por ejemplo, el mecanizado con titanio sería más caro que con aluminio, porque el aluminio es más barato y más fácilmente mecanizable que el titanio.
• Cantidad: Con el mecanizado CNC, el coste de producción se reduce a medida que aumenta la cantidad de producto. Esto se debe al coste fijo de preparación de este proceso.

Materiales típicos utilizados en el mecanizado CNC

Debido a su versatilidad, es posible realizar lo que es el mecanizado CNC en una amplia gama de materiales. Sin embargo, la lista de materiales comunes incluye.

Materiales de mecanizado CNC de metales

• Aluminio
• Acero inoxidable
• Cobre
• Titanio
• Latón
• Acero dulce
• Acero aleado
• Acero para herramientas
• Magnesio

Materiales plásticos de mecanizado CNC

• ABS
• POM (Delrin)
• PEEK
• PP
• PC
• HDPE
• GF+PA(Nylon)
• Ultem

¿Qué aplicaciones tiene el mecanizado CNC?

Una técnica de producción no restringida a un determinado sector o caso de uso es el mecanizado CNC. Tiene varias aplicaciones, entre ellas:

Piezas de automóvil

Las máquinas CNC pueden crear diferentes automóviles y piezas de camiones. Componentes para la caja de cambios, la suspensión y el motor son algunos ejemplos.

Productos sanitarios

Precisión piezas para equipos médicoscomo implantes, prótesis y herramientas quirúrgicas, pueden fabricarse utilizando mecanizado CNC a medida.

Productos de consumo y electrónica

Las máquinas CNC pueden fabricar numerosas piezas de consumo. Entre ellas se incluyen productos electrónicos, juguetes y productos domésticos cotidianos que entran dentro de esta categoría.

Aeroespacial

La misión más crítica, segura y fiable piezas aeroespaciales se fabrican mediante una tecnología de producción denominada mecanizado CNC. Esta técnica facilita la producción de piezas aeroespaciales como winglets, piezas de motor, carenados, conjuntos de fuselaje y adornos decorativos.

XC Machining: Una empresa fiable para su proyecto de mecanizado CNC

Las pequeñas y medianas empresas carecen de los recursos necesarios para instalar y mantener máquinas CNC. Por lo tanto, elegir lo que es socios de mecanizado CNC es una solución típica que sortea este problema. XC Machining es su socio de fabricación de confianza, que le ofrece rentables Servicios de mecanizado CNCincluyendo fresado, torneado, taladrado, electroerosión, etc.

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Preguntas frecuentes

¿Son difíciles de manejar las máquinas CNC?

Existen instrucciones de funcionamiento específicas para cada tipo de máquina CNC. Las máquinas CNC suelen ser sencillas de utilizar, pero requieren un operario muy cualificado para producir piezas que cumplan las normas industriales.

¿Hay mucha demanda de operadores de CNC?

Los operadores de CNC están muy solicitados hoy en día, ya que las máquinas CNC han sustituido al proceso de producción en la mayoría de las industrias.

¿Cuáles son las tendencias en la industria del mecanizado CNC?

La automatización total del proceso, el aumento del número de ejes en las máquinas CNC y la creación de funciones adicionales para una personalización sencilla son algunos de los avances en el sector del mecanizado CNC.