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Una fresadora CNC es un kit de máquina CNC cuyas trayectorias de herramientas se pueden controlar mediante control numérico por computadora. Es una máquina controlada por computadora para cortar diversos materiales duros, como madera, materiales compuestos, aluminio, acero, plásticos y espumas. Es uno de los muchos tipos de herramientas que tienen variantes CNC. Una fresadora CNC es muy similar en concepto a una fresadora CNC.
Las fresadoras CNC vienen en muchas configuraciones, desde pequeñas fresadoras CNC de "escritorio" de estilo casero hasta grandes fresadoras CNC de "pórtico" que se utilizan en las instalaciones de fabricación de barcos. Aunque hay muchas configuraciones, la mayoría de las fresadoras CNC tienen algunas partes específicas: un controlador CNC dedicado, uno o más motores de husillo, inversores de CA y una mesa.
Las fresadoras CNC generalmente están disponibles en formatos CNC de 3 y 5 ejes.
La fresadora CNC es operada por una computadora. Las coordenadas se cargan en el controlador de la máquina desde un programa separado. Los propietarios de fresadoras CNC suelen tener dos aplicaciones de software: un programa para realizar diseños (CAD) y otro para traducir esos diseños en un programa de instrucciones para la máquina (CAM). Al igual que con las fresadoras CNC, las fresadoras CNC se pueden controlar directamente mediante programación manual, pero el CAD/CAM abre posibilidades más amplias para el contorneado, acelerando el proceso de programación y, en algunos casos, creando programas cuya programación manual sería, si no verdaderamente imposible, ciertamente poco práctica comercialmente.
Las fresadoras CNC pueden ser muy útiles al realizar trabajos idénticos y repetitivos. Una fresadora CNC generalmente produce un trabajo consistente y de alta calidad y mejora la productividad de la fábrica.
Una fresadora CNC puede reducir el desperdicio, la frecuencia de errores y el tiempo que tarda el producto terminado en llegar al mercado.
Una fresadora CNC brinda más flexibilidad al proceso de fabricación. Se puede utilizar en la producción de muchos artículos diferentes, como tallados de puertas, decoraciones interiores y exteriores, paneles de madera, letreros, marcos de madera, molduras, instrumentos musicales, muebles, etc. Además, la fresadora CNC facilita el termoformado de plásticos al automatizar el proceso de recorte. Las fresadoras CNC ayudan a garantizar la repetibilidad de las piezas y una producción de fábrica suficiente.
La tecnología de control numérico, tal como se la conoce hoy, surgió a mediados del siglo XX. Su origen se remonta al año 1952, en la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y en los nombres de John Parsons y el Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge, MA, EE. UU. No se aplicó en la producción industrial hasta principios de los años 60. El verdadero auge llegó en forma de CNC, alrededor del año 1972, y una década más tarde con la introducción de microcomputadoras asequibles. La historia y el desarrollo de esta fascinante tecnología han sido bien documentados en muchas publicaciones.
En el campo de la fabricación, y en particular en el área de la metalurgia, la tecnología de control numérico ha provocado una especie de revolución. Incluso en los días en que los ordenadores se convirtieron en elementos estándar en todas las empresas y en muchos hogares, las máquinas herramienta equipadas con sistemas de control numérico encontraron su lugar especial en los talleres mecánicos. La reciente evolución de la microelectrónica y el incesante desarrollo de la informática, incluido su impacto en el control numérico, han traído cambios significativos al sector manufacturero en general y a la industria metalmecánica en particular.
En diversas publicaciones y artículos, se han utilizado muchas descripciones a lo largo de los años para definir qué es el control numérico. Muchas de estas definiciones comparten la misma idea, el mismo concepto básico, solo que utilizan una redacción diferente.
La mayoría de las definiciones conocidas se pueden resumir en una declaración relativamente simple:
El control numérico se puede definir como una operación de máquinas herramienta mediante instrucciones codificadas específicamente para el sistema de control de la máquina.
Las instrucciones son combinaciones de letras del alfabeto, dígitos y símbolos seleccionados, por ejemplo, un punto decimal, el signo de porcentaje o los símbolos de paréntesis. Todas las instrucciones se escriben en un orden lógico y una forma predeterminada. El conjunto de todas las instrucciones necesarias para mecanizar una pieza se denomina programa NC, programa CNC o programa de pieza. Un programa de este tipo se puede almacenar para un uso futuro y se puede utilizar repetidamente para lograr resultados de mecanizado idénticos en cualquier momento.
En estricto apego a la terminología, existe una diferencia en el significado de las abreviaturas NC y CNC. NC significa la tecnología de control numérico original y ordenada, mientras que CNC significa la tecnología de control numérico computarizado más reciente, una derivación moderna de su pariente más antigua. Sin embargo, en la práctica, CNC es la abreviatura preferida. Para aclarar el uso correcto de cada término, observe las principales diferencias entre los sistemas NC y CNC.
Ambos sistemas realizan las mismas tareas, es decir, la manipulación de datos con el fin de mecanizar una pieza. En ambos casos, el diseño interno del sistema de control contiene las instrucciones lógicas que procesan los datos. En este punto, la similitud termina.
El sistema NC (a diferencia del sistema CNC) utiliza funciones lógicas fijas, aquellas que están integradas y cableadas permanentemente dentro de la unidad de control. Estas funciones no pueden ser modificadas por el programador o el operador de la máquina. Debido a la escritura fija de la lógica de control, el sistema de control NC puede interpretar un programa de pieza, pero no permite que se realicen cambios fuera del control, generalmente en un entorno de oficina. Además, el sistema NC requiere el uso obligatorio de cintas perforadas para la entrada de la información del programa.
El sistema CNC moderno, pero no el antiguo sistema NC, utiliza un microprocesador interno (es decir, una computadora). Esta computadora contiene registros de memoria que almacenan una variedad de rutinas que son capaces de manipular funciones lógicas. Eso significa que el programador de piezas o el operador de la máquina pueden cambiar el programa del control mismo (en la máquina), con resultados instantáneos. Esta flexibilidad es la mayor ventaja de los sistemas CNC y probablemente el elemento clave que contribuyó a un uso tan amplio de la tecnología en la fabricación moderna. Los programas CNC y las funciones lógicas se almacenan en chips de computadora especiales, como instrucciones de software. En lugar de usarse mediante conexiones de hardware, como cables, que controlan las funciones lógicas. A diferencia del sistema NC, el sistema CNC es sinónimo del término "cableado por software".
Al describir un tema en particular relacionado con la tecnología de control numérico, es habitual utilizar el término NC o CNC. Tenga en cuenta que NC también puede significar CNC en el lenguaje cotidiano, pero CNC nunca puede referirse a la tecnología de órdenes, descrita aquí bajo la abreviatura de NC. La letra "C" significa computerizado y no es aplicable al sistema cableado. Todos los sistemas de control que se fabrican hoy en día son de diseño CNC. Las abreviaturas como C&C o C'n'C no son correctas y reflejan una mala imagen de cualquiera que las use.
Se refiere a la posición de todos los ejes cuando se encuentran en el punto donde los sensores pueden detectarlos físicamente. Normalmente, se llega a una posición de cero absoluto después de ejecutar un comando de inicio.
Línea de referencia fija sobre la que se traslada o rota un objeto.
Un tornillo de bolas es un dispositivo mecánico para trasladar el movimiento rotatorio a un movimiento lineal. Consiste en una tuerca con cojinete de bolas que recircula y que gira en un tornillo roscado de precisión.
El diseño asistido por computadora (CAD) es el uso de una amplia gama de herramientas informáticas que ayudan a los ingenieros, arquitectos y otros profesionales del diseño en sus actividades de diseño.
La fabricación asistida por computadora (CAM) es el uso de una amplia gama de herramientas de software informáticas que ayudan a los ingenieros y a los maquinistas de CNC en la fabricación o creación de prototipos de componentes de productos.
La abreviatura CNC significa control numérico por computadora y se refiere específicamente a un "controlador" de computadora que lee instrucciones de código g y acciona la máquina herramienta.
Un sistema de control es un dispositivo o conjunto de dispositivos que gestionan, ordenan, dirigen o regulan el comportamiento de otros dispositivos o sistemas.
Es la distancia entre la parte más baja de la herramienta y la superficie de la mesa de la máquina. La luz diurna máxima se refiere a la distancia desde la mesa hasta el punto más alto que puede alcanzar una herramienta.
También conocidos como multibrocas, son conjuntos de brocas generalmente espaciados en incrementos de 32 mm.
O velocidad de corte es la diferencia de velocidad entre la herramienta de corte y la superficie de la pieza sobre la que está operando.
Es un valor que representa el cero de referencia de una herramienta determinada. Corresponde a la distancia en todos los ejes entre el cero absoluto y el cero de la herramienta.
El código G es un nombre común para el lenguaje de programación que controla las máquinas herramienta NC y CNC.
Este es el punto de referencia programado también conocido como 0,0,0 representado como el cero absoluto de la máquina o un cero de compensación de fijación.
La interpolación lineal y circular es un método para construir nuevos puntos de datos a partir de un conjunto discreto de puntos de datos conocidos. En otras palabras, esta es la forma en que el programa calculará la trayectoria de corte de un círculo completo mientras conoce solo el punto central y el radio.
Esta es la posición predeterminada de todos los ejes de la máquina. Al ejecutar un comando de inicio, todos los accionamientos se mueven hacia sus posiciones predeterminadas hasta que alcanzan un interruptor o un sensor que les indica que se detengan.
Se refiere al proceso de fabricación eficiente de piezas a partir de láminas. Mediante algoritmos complejos, el software de anidamiento determina cómo disponer las piezas de tal manera que se maximice el uso del material disponible.
Se refiere a la distancia desde la medición de la línea central que proviene del software CAM.
Este es el término utilizado para referirse a las herramientas activadas por aire que se montan al lado del husillo principal.
Software que proporciona algún procesamiento final a los datos, como formatearlos para su visualización, impresión o mecanizado.
Este es el punto de referencia 0,0 especificado en el programa. En la mayoría de los casos es diferente del cero de la máquina.
Una cremallera y piñón es un par de engranajes que convierten el movimiento rotatorio en movimiento lineal.
Un husillo es un motor de alta frecuencia equipado con un aparato de sujeción de herramientas.
También se conoce como tablero de sacrificio, es el material utilizado como base para el material que se está cortando. Puede estar hecho de muchos materiales diferentes, de los cuales el MDF y el aglomerado son los más comunes.
Esto se refiere a la presión ejercida sobre una herramienta mientras está cortando material.
También se llama velocidad del husillo, es la frecuencia de rotación del husillo de la máquina, medida en revoluciones por minuto (RPM).
Por sorprendente que parezca, las herramientas suelen ser el aspecto menos comprendido de los equipos CNC. Dado que es el elemento que más afecta a la calidad y la velocidad del corte, los operadores deberían dedicar más tiempo a explorar este tema.
Las herramientas de corte suelen estar disponibles en tres materiales diferentes: acero de alta velocidad, carburo y diamante.
El HSS es el más afilado de los tres materiales y el menos costoso, sin embargo, se desgasta más rápido y solo debe usarse en materiales no abrasivos. Requiere cambios y afilado frecuentes y por esa razón se usa principalmente en casos en los que el operador necesitará cortar un perfil personalizado en casa para un trabajo especial.
Las herramientas de carburo vienen en diferentes formas: con punta de carburo, insertos de carburo y herramientas de carburo sólido. Tenga en cuenta que no todo el carburo es igual, ya que la estructura cristalina varía mucho entre los fabricantes de estas herramientas. Como resultado, estas herramientas reaccionan de manera diferente al calor, la vibración, el impacto y las cargas de corte. En general, las herramientas de carburo genéricas de bajo costo se desgastan y astillan más rápidamente que las marcas de mayor precio.
Los cristales de carburo de silicio están incrustados en un aglutinante de cobalto para formar la herramienta. Cuando la herramienta se calienta, el aglutinante de cobalto pierde su capacidad de retener los cristales de carburo y se vuelve desafilada. Al mismo tiempo, el espacio hueco que deja el carburo faltante se llena de contaminantes del material que se está cortando, lo que amplifica el proceso de opacidad.
Esta categoría de herramientas ha bajado de precio en los últimos años. Su notable resistencia a la abrasión la hace ideal para cortar materiales como laminados de alta presión o MDF. Algunos afirman que durará hasta 100 veces más que el carburo. Las herramientas con punta de diamante son propensas a astillarse o agrietarse si golpean un clavo incrustado o un nudo duro. Algunos fabricantes utilizan herramientas de diamante para cortar materiales abrasivos en bruto y luego cambian a herramientas de carburo o de inserción para el trabajo de acabado.
Vástago
El vástago es la parte de la herramienta que se sujeta mediante el portaherramientas. Es la parte de la herramienta que no tiene evidencia de mecanizado. El vástago debe mantenerse libre de contaminación, oxidación y rayones.
Diámetro de corte
Este es el diámetro o el ancho del corte que producirá la herramienta.
Longitud de corte
Esta es la profundidad de corte efectiva de la herramienta o qué tan profundo puede cortar la herramienta en el material.
Flautas
Esta es la parte de la herramienta que barrena el material cortado. La cantidad de flautas en una herramienta es importante para determinar la carga de viruta.
Perfil de la herramienta
Hay muchos perfiles de herramientas en esta categoría. Las principales a considerar son las espirales de corte ascendente y descendente, las espirales de compresión, las herramientas de desbaste, acabado, de hélice baja y de corte recto. Todas estas vienen en una combinación de una a cuatro flautas.
La espiral de corte ascendente hará que las virutas salgan volando hacia arriba del corte. Esto es bueno cuando se hace un corte ciego o cuando se perfora directamente hacia abajo. Sin embargo, esta geometría de la herramienta promueve la elevación y tiende a arrancar el borde superior del material que se está cortando.
Las herramientas espirales de corte descendente empujarán las virutas hacia abajo en el corte, lo que tiende a mejorar la sujeción de la pieza, pero puede causar obstrucciones y sobrecalentamiento en ciertas situaciones. Esta herramienta también tenderá a arrancar el borde inferior del material que se está cortando.
Tanto las herramientas espirales de corte ascendente como descendente vienen con un borde de desbaste, rompevirutas o acabado.
Las espirales de compresión son una combinación de ranuras de corte ascendente y descendente.
Las herramientas de compresión empujan las virutas desde los bordes hacia el centro del material y se utilizan al cortar laminados de doble cara o cuando el desgarro de los bordes es un problema.
Las brocas espirales de hélice baja o alta se utilizan al cortar materiales más blandos, como plástico y espuma, cuando la soldadura y la evacuación de virutas son fundamentales.
El factor más importante para aumentar la vida útil de la herramienta es disipar el calor que absorbe la herramienta. La forma más rápida de hacerlo es cortando más material en lugar de ir más lento. Las virutas extraen más calor de la herramienta que el polvo. Además, frotar la herramienta contra el material provocará fricción que se traduce en calor.
Otro factor a tener en cuenta en la búsqueda de aumentar la vida útil de la herramienta es mantener la herramienta, la pinza y el portaherramientas limpios, libres de depósitos o corrosión, reduciendo así las vibraciones causadas por herramientas desequilibradas.
El espesor del material que se elimina por cada diente de la herramienta se denomina carga de viruta.
La fórmula para calcular la carga de viruta es la siguiente:
Carga de viruta = Velocidad de avance / RPM / N.º de flautas
Cuando se aumenta la carga de viruta, aumenta la vida útil de la herramienta, al tiempo que se reduce el tiempo del ciclo. Además, una amplia gama de cargas de viruta logrará un buen acabado del filo. Es mejor consultar la tabla de carga de viruta del fabricante de la herramienta para encontrar el mejor número a utilizar. Las cargas de viruta recomendadas suelen oscilar entre 0,003" y 0,03" o entre 0,07 mm y 0,7 mm.
Esta es una opción que se está volviendo cada vez más popular en la industria, especialmente desde que las máquinas CNC se están integrando más en toda la fórmula comercial. El controlador se puede conectar al software de ventas o programación y las etiquetas de las piezas se imprimen una vez que se mecaniza la pieza. Algunos proveedores usan etiquetas para identificar el material sobrante para una fácil recuperación en el futuro.
También conocidos como lectores de códigos de barras, se pueden integrar en el controlador para que se pueda llamar a un programa escaneando un código de barras en el cronograma de trabajo. Esta opción ahorra un tiempo valioso al automatizar el proceso de carga del programa.
Estos dispositivos de medición vienen en una variedad de formas y realizan muchas funciones diferentes. Algunas sondas simplemente miden la altura de la superficie para garantizar la alineación adecuada en aplicaciones sensibles a la altura. Otras sondas pueden escanear automáticamente la superficie de un objeto tridimensional para su reproducción posterior.
Un sensor de longitud de herramienta actúa como una sonda que mide la luz del día o la distancia entre el extremo de la fresa y la superficie del espacio de trabajo e ingresa este número en los parámetros de la herramienta del control. Este pequeño accesorio le ahorrará al operador el largo proceso que requiere cada vez que cambia una herramienta.
Estos dispositivos se vieron por primera vez en la industria del mueble en las cortadoras de cuero CNC. Un proyector láser montado sobre la mesa de trabajo CNC proyecta una imagen de la pieza que se va a cortar. Esto simplifica enormemente la colocación de la pieza en bruto sobre la mesa para evitar defectos y otros problemas.
Un accesorio de cuchilla de vinilo se ve a menudo en la industria de la señalización. Se trata de una cortadora que se puede conectar al husillo principal o en el lateral con una cuchilla de giro libre cuya presión se puede ajustar mediante una perilla. Este accesorio permite al usuario convertir su fresadora CNC en un trazador para hacer máscaras de vinilo para chorro de arena o letras y logotipos de vinilo para camiones y señales.
Las pistolas de aire frío o los rociadores de fluido de corte se utilizan con una fresadora de madera para cortar aluminio u otros metales no ferrosos. Estos accesorios lanzan un chorro de aire frío o una niebla de fluido de corte cerca de la herramienta de corte para garantizar que se mantenga fría mientras se trabaja.
Los grabadores se montan en el husillo principal y consisten en un cabezal flotante que sostiene una cuchilla de grabado de diámetro pequeño que gira entre 20.000 y 40.000 RPM. El cabezal flotante garantiza que la profundidad del grabado sea constante incluso si cambia el espesor del material. Esta opción se encuentra con mayor frecuencia en la industria de la rotulación, aunque los fabricantes de trofeos, luthiers y talleres de carpintería la utilizan para la marquetería.
Un eje giratorio colocado a lo largo del eje x o y puede convertir la fresadora en un torno CNC. Algunos de estos ejes giratorios son simplemente un husillo giratorio, mientras que otros son indexables, lo que significa que se pueden utilizar para tallar piezas intrincadas.
Los cabezales de corte flotantes mantendrán la fresa a una altura específica desde la superficie superior del material que se está cortando. Esto es importante cuando se cortan características en la superficie superior de una pieza que podría no presentar una superficie uniforme. Un ejemplo de esto es cortar una ranura en V en la parte superior de una mesa de comedor.
Las cortadoras de plasma son un complemento de algunas máquinas y permiten al usuario cortar piezas de chapa metálica de distintos espesores.
Las herramientas para agregados se pueden utilizar para muchas operaciones que una cortadora recta no puede realizar.
¿Qué hace que el mecanizado CNC sea superior a los métodos convencionales? ¿Es superior en absoluto? ¿Cuáles son los principales beneficios? Si se comparan los procesos de mecanizado CNC y convencionales, surgirá un enfoque general común para mecanizar una pieza:
1. Obtener y estudiar el plano
2. Seleccionar el método de mecanizado más adecuado
3. Decidir el método de configuración (sujeción de la pieza)
4. Seleccionar las herramientas de corte
5. Establecer velocidades y avances
6. Mecanizar la pieza
El enfoque básico es el mismo para ambos tipos de mecanizado. La principal diferencia está en la forma en que se ingresan los distintos datos. Una velocidad de avance de 10 pulgadas por minuto (10 in/min) es la misma en aplicaciones manuales o CNC, pero el método de aplicación no lo es. Lo mismo puede decirse de un refrigerante: se puede activar girando una perilla, presionando un interruptor o programando un código especial. Todas estas acciones darán como resultado que un refrigerante salga a borbotones de una boquilla. En ambos tipos de mecanizado, se requiere una cierta cantidad de conocimientos por parte del usuario. Después de todo, trabajar el metal, en particular el corte de metales, es principalmente una habilidad, pero también es, en gran medida, un arte y una profesión de un gran número de personas. Lo mismo ocurre con la aplicación del control numérico computarizado. Como cualquier habilidad, arte o profesión, dominarlo hasta el último detalle es necesario para tener éxito. Se necesita más que conocimientos técnicos para ser un maquinista CNC o un programador CNC. La experiencia laboral, la intuición y lo que a veces se llama una "intuición" son complementos muy necesarios para cualquier habilidad.
En el mecanizado convencional, el operador de la máquina configura la máquina y mueve cada herramienta de corte, utilizando una o ambas manos, para producir la pieza requerida. El diseño de una máquina herramienta manual ofrece muchas características que ayudan al proceso de mecanizado de una pieza: palancas, manijas, engranajes y diales, por nombrar solo algunas. El operador repite los mismos movimientos corporales para cada pieza del lote. Sin embargo, la palabra "mismo" en este contexto significa realmente "similar" en lugar de "idéntico". Los humanos no son capaces de repetir cada proceso exactamente de la misma manera en todo momento, ese es el trabajo de las máquinas. Las personas no pueden trabajar al mismo nivel de rendimiento todo el tiempo, sin descanso. Todos tenemos momentos buenos y malos. Los resultados de estos momentos, cuando se aplican al mecanizado de una pieza, son difíciles de predecir. Habrá algunas diferencias e inconsistencias dentro de cada lote de piezas. Las piezas no siempre serán exactamente iguales. Mantener las tolerancias dimensionales y la calidad del acabado de la superficie son los problemas más típicos en el mecanizado convencional. Los maquinistas individuales pueden tener sus colegas. La combinación de estos y otros factores crea una gran cantidad de inconsistencias.
El mecanizado bajo control numérico elimina la mayoría de las inconsistencias. No requiere la misma participación física que el mecanizado. Numéricamente
El mecanizado controlado no necesita palancas ni diales ni manijas, al menos no en el mismo sentido que el mecanizado convencional. Una vez que se ha probado el programa de la pieza, se puede utilizar cualquier cantidad de veces, obteniendo siempre resultados consistentes. Esto no significa que no haya factores limitantes. Las herramientas de corte se desgastan, el material en bruto de un lote no es idéntico al material en bruto de otro lote, las configuraciones pueden variar, etc. Estos factores se deben tener en cuenta y compensar siempre que sea necesario.
La aparición de la tecnología de control numérico no significa una desaparición instantánea, ni siquiera a largo plazo, de todas las máquinas manuales. Hay momentos en los que un método de mecanizado tradicional es preferible a un método informático. Por ejemplo, un trabajo sencillo de una sola vez puede realizarse de manera más eficiente en una máquina manual que en una máquina CNC. Ciertos tipos de trabajos de mecanizado se beneficiarán del mecanizado manual o semiautomático, en lugar del mecanizado controlado numéricamente. Las máquinas herramienta CNC no están destinadas a reemplazar todas las máquinas manuales, solo a complementarlas.
En muchos casos, la decisión de si cierto mecanizado se realizará en una máquina CNC o no se basa en la cantidad de piezas necesarias y nada más. Aunque el volumen de piezas mecanizadas en lote siempre es un criterio importante, nunca debería ser el único factor. También se debe tener en cuenta la complejidad de la pieza, sus tolerancias, la calidad requerida del acabado superficial, etc. A menudo, una única pieza compleja se beneficiará del mecanizado CNC, mientras que cincuenta piezas relativamente simples no lo harán.
Tenga en cuenta que el control numérico nunca ha mecanizado una sola pieza por sí solo. El control numérico es solo un proceso o un método que permite utilizar una máquina herramienta de forma productiva, precisa y consistente.
¿Cuáles son las principales ventajas del control numérico?
Es importante saber qué áreas del mecanizado se beneficiarán de él y cuáles se realizan mejor de forma convencional. Es absurdo pensar que una fresadora CNC de dos caballos de potencia ganará frente a trabajos que actualmente se realizan en una fresadora manual veinte veces más potente. Igualmente irrazonables son las expectativas de grandes mejoras en las velocidades de corte y avances con respecto a una máquina convencional. Si las condiciones de mecanizado y utillaje son las mismas, el tiempo de corte será muy cercano en ambos casos.
Algunas de las principales áreas en las que el usuario de CNC puede y debe esperar mejoras:
1. Reducción del tiempo de configuración
2. Reducción del tiempo de entrega
3. Precisión y repetibilidad
4. Contorneado de formas complejas
5. Simplificación del utillaje y la sujeción de la pieza
6. Tiempo de corte constante
7. Aumento general de la productividad
Cada área ofrece solo una mejora potencial. Los usuarios individuales experimentarán diferentes niveles de mejora real, dependiendo del producto fabricado en el sitio, la máquina CNC utilizada, los métodos de configuración, la complejidad de la fijación, la calidad de las herramientas de corte, la filosofía de gestión y el diseño de ingeniería, el nivel de experiencia de la fuerza laboral, las actitudes de los individuos, etc.
En muchos casos, el tiempo de preparación de una máquina CNC se puede reducir, a veces de forma bastante drástica. Es importante tener en cuenta que la preparación es una operación manual, que depende en gran medida del rendimiento del operador del CNC, el tipo de fijación y las prácticas generales del taller de máquinas. El tiempo de preparación es improductivo, pero necesario: forma parte de los costos generales de hacer negocios. Mantener el tiempo de preparación al mínimo debería ser una de las principales consideraciones de cualquier supervisor, programador y operador de un taller de máquinas.
Debido al diseño de las máquinas CNC, el tiempo de preparación no debería ser un problema importante. La fijación modular, las herramientas estándar, los localizadores fijos, el cambio automático de herramientas, las paletas y otras funciones avanzadas hacen que el tiempo de preparación sea más eficiente que la configuración comparable de una máquina convencional. Con un buen conocimiento de la fabricación moderna, la productividad se puede aumentar significativamente.
La cantidad de piezas mecanizadas en una configuración también es importante para evaluar el costo del tiempo de preparación. Si se mecaniza una gran cantidad de piezas en una configuración, el costo de preparación por pieza puede ser muy insignificante. Se puede lograr una reducción muy similar agrupando varias operaciones diferentes en una sola configuración. Aunque el tiempo de preparación sea más largo, puede justificarse si se compara con el tiempo necesario para preparar varias máquinas convencionales.
Una vez que se escribe y se prueba un programa de piezas, está listo para volver a utilizarse en el futuro, incluso con poca antelación. Aunque el tiempo de entrega para la primera ejecución suele ser más largo, es prácticamente nulo para cualquier ejecución posterior. Incluso si un cambio de ingeniería del diseño de la pieza requiere que se modifique el programa, se puede hacer normalmente rápidamente, lo que reduce el tiempo de entrega.
El largo tiempo de entrega necesario para diseñar y fabricar varios accesorios especiales para máquinas convencionales se puede reducir a menudo preparando un programa de piezas y utilizando accesorios simplificados.
El alto grado de precisión y repetibilidad de las máquinas CNC modernas ha sido el principal beneficio para muchos usuarios. Ya sea que el programa de piezas se almacene en un disco o en la memoria de la computadora, o incluso en una cinta (el método original), siempre permanece igual. Cualquier programa se puede cambiar a voluntad, pero una vez probado, normalmente no se requieren más cambios. Un programa determinado puede reutilizarse tantas veces como sea necesario sin perder ni un solo bit de los datos que contiene. Es cierto que el programa debe adaptarse a factores variables como el desgaste de la herramienta y las temperaturas de funcionamiento, y debe almacenarse de forma segura, pero generalmente se requiere muy poca intervención del programador o del operador de CNC; la alta precisión de las máquinas CNC y su repetibilidad permiten producir piezas de alta calidad de manera consistente una y otra vez.
Los tornos y centros de mecanizado CNC son capaces de contornear una variedad de formas. Muchos usuarios de CNC adquirieron sus máquinas solo para poder manejar piezas complejas. Buenos ejemplos son las aplicaciones CNC en las industrias aeronáutica y automotriz. El uso de alguna forma de programación computarizada es prácticamente obligatorio para cualquier generación de trayectoria de herramienta tridimensional.
Se pueden fabricar formas complejas, como moldes, sin el gasto adicional de hacer un modelo para trazar. Se pueden lograr piezas reflejadas literalmente con solo presionar un botón, plantillas, modelos de madera y otras herramientas para hacer patrones.
No es posible eliminar las herramientas estándar y caseras que abarrotan los bancos y cajones de una máquina convencional utilizando herramientas estándar, especialmente diseñadas para aplicaciones de control numérico. Las herramientas de varios pasos, como brocas piloto, brocas escalonadas, herramientas combinadas, avellanadores y otras, se reemplazan por varias herramientas estándar individuales. Estas herramientas suelen ser más baratas y fáciles de reemplazar que las herramientas especiales y no estándar. Las medidas de reducción de costos han obligado a muchos proveedores de herramientas a mantener un bajo o incluso inexistente costo. Las herramientas estándar listas para usar generalmente se pueden obtener más rápido que las herramientas no estándar.
Los accesorios y la sujeción de piezas para máquinas CNC tienen un solo propósito principal: sujetar la pieza de manera rígida y en la misma posición para todas las piezas dentro de un lote. Los accesorios diseñados para el trabajo CNC normalmente no requieren plantillas, orificios piloto ni otras ayudas para ubicar orificios.
El tiempo de corte en la máquina CNC se conoce comúnmente como tiempo de ciclo y siempre es constante. A diferencia del mecanizado convencional, en el que la habilidad, la experiencia y el cansancio personal de los operarios están sujetos a cambios, el mecanizado CNC está bajo el control de un ordenador. La pequeña cantidad de trabajo manual se limita a la preparación y a la carga y descarga de la pieza. En el caso de grandes lotes, el elevado coste del tiempo improductivo se reparte entre muchas piezas, lo que lo hace menos significativo. El principal beneficio de un tiempo de corte constante es en los trabajos repetitivos, en los que la programación de la producción y la asignación de trabajo a las distintas máquinas herramienta se pueden realizar con mucha precisión.
La principal razón por la que las empresas suelen adquirir máquinas CNC es estrictamente económica: es una inversión importante. Además, tener una ventaja competitiva siempre está en la mente de todos los gerentes de planta. La tecnología de control numérico ofrece excelentes medios para lograr una mejora significativa en la productividad de fabricación y aumentar la calidad general de las piezas fabricadas. Como cualquier medio, debe usarse con prudencia y conocimiento. Si bien cada vez más empresas utilizan la tecnología CNC, el simple hecho de tener una máquina CNC ya no ofrece una ventaja adicional. Las empresas que avanzan son aquellas que saben usar la tecnología de manera eficiente y la practican para ser competitivas en la economía global.
Para alcanzar el objetivo de un aumento importante en la productividad, es esencial que los usuarios comprendan los principios fundamentales en los que se basa la tecnología CNC. Estos principios adoptan muchas formas, por ejemplo, comprender los circuitos electrónicos, los diagramas de escalera complejos, la lógica informática, la metrología, el diseño de máquinas, los principios y prácticas de las máquinas y muchos otros. La persona a cargo debe estudiar y dominar cada uno de ellos. En este manual, el énfasis está puesto en los temas que se relacionan directamente con la programación CNC y la comprensión de las máquinas herramienta CNC más comunes, los centros de mecanizado y los tornos (a veces también llamados centros de torneado). La consideración de la calidad de la pieza debe ser muy importante para cada programador y operador de máquina herramienta y este objetivo también se refleja en el enfoque del manual, así como en numerosos ejemplos.
Los distintos tipos de máquinas CNC cubren una variedad extremadamente grande. Su número aumenta rápidamente, a medida que avanza el desarrollo de la tecnología. Es imposible identificar todas las aplicaciones; formarían una lista larga. A continuación, se incluye una breve lista de algunos de los grupos a los que pueden pertenecer las máquinas CNC:
1. Fresadoras y centros de mecanizado
2. Tornos y centros de torneado
3. Taladros
4. Mandrinadoras y perfiladoras
5. Máquinas de electroerosión
6. Punzonadoras y cizallas
7. Máquinas de corte por llama
8. Fresadoras
9. Perfiladoras por chorro de agua y láser
10. Rectificadoras cilíndricas
11. Máquinas de soldar
12. Dobladoras, bobinadoras e hiladoras, etc.
Los centros de mecanizado CNC y los tornos dominan el número de instalaciones en la industria. Estos dos grupos se reparten el mercado casi por igual. Algunas industrias pueden dar una mayor demanda de un grupo de máquinas, dependiendo de sus necesidades. Hay que tener presente que existen muchos tipos distintos de tornos y, por tanto, muchos tipos distintos de centros de mecanizado. Sin embargo, el proceso de programación de una máquina vertical es similar al de una máquina horizontal o una simple fresadora CNC. Incluso entre distintos grupos de máquinas, existe una gran cantidad de aplicaciones generales y el proceso de programación es, por lo general, el mismo. Por ejemplo, un contorno fresado con una fresa tiene mucho en común con un contorno cortado con un alambre.
El número estándar de ejes en una fresadora es tres: los ejes X, Y y Z. La pieza que se coloca en un sistema de fresado es un conjunto de herramientas de corte que giran, pueden moverse hacia arriba y hacia abajo (o hacia adentro y hacia afuera), pero no siguen físicamente la trayectoria de la herramienta.
Las fresadoras CNC, a veces llamadas fresadoras CNC, suelen ser máquinas pequeñas y sencillas, sin cambiador de herramientas ni otras funciones automáticas. Su potencia nominal suele ser bastante baja. En la industria, se utilizan para trabajos en el taller de herramientas, tareas de mantenimiento o producción de piezas pequeñas. Suelen estar diseñadas para contornear, a diferencia de los taladros CNC.
Los centros de mecanizado CNC son más populares y eficientes que los taladros y las fresadoras, principalmente por su flexibilidad. El principal beneficio que obtiene el usuario de un centro de mecanizado CNC es la capacidad de agrupar
varias operaciones diversas en una única configuración. Por ejemplo, se pueden incorporar en un único programa CNC el taladrado, el mandrilado, el avellanado, el roscado, el refrentado de puntos y el fresado de contornos. Además, la flexibilidad se mejora con el cambio automático de herramientas mediante paletas para minimizar el tiempo de inactividad, la indexación a un lado diferente de la pieza, el uso de un movimiento rotatorio de ejes adicionales y una serie de otras características; los centros de mecanizado CNC pueden equiparse con un software especial que controla las velocidades y los avances, la vida útil de la herramienta de corte, el calibrado automático en proceso y el ajuste de compensación y otros dispositivos que mejoran la producción y ahorran tiempo.
Hay dos diseños básicos de un centro de mecanizado CNC típico. Están los centros de mecanizado verticales y horizontales. La principal diferencia entre los dos tipos es la naturaleza del trabajo que se puede realizar en ellos de manera eficiente. Para un centro de mecanizado CNC vertical, el tipo de trabajo más adecuado son las piezas planas, ya sea montadas en el accesorio de la mesa o con la ayuda de una prensa o un mandril. El trabajo que requiere mecanizado en dos o más caras en una sola configuración es más deseable para realizarlo en un centro de mecanizado CNC horizontal. Un buen ejemplo es la carcasa de la bomba y otras formas similares a cúbicas. También se pueden realizar algunos mecanizados de múltiples caras de piezas pequeñas en un centro de mecanizado vertical CNC equipado con una mesa giratoria.
El proceso de programación es el mismo para ambos diseños, pero se añade un eje adicional (normalmente un eje B) al diseño horizontal. Este eje es un eje de posicionamiento simple (eje de indexación) para la mesa o un eje totalmente giratorio para el contorneado simultáneo.
Este manual se centra en las aplicaciones de los centros de mecanizado verticales CNC, con una sección especial que trata de la configuración y el mecanizado horizontales. Los métodos de programación también son aplicables a las pequeñas fresadoras CNC o taladradoras y/o roscadoras, pero el programador debe reconocer sus restricciones.
Un torno CNC suele ser una máquina herramienta con dos ejes, el eje X vertical y el eje Z horizontal. La característica principal del torno que lo distingue de una fresadora es que la pieza gira alrededor de la línea central de la máquina. Además, la herramienta de corte normalmente es estacionaria, montada en una torreta deslizante. La herramienta de corte sigue el contorno de la trayectoria de la herramienta programada. En el caso del torno CNC con un accesorio de fresado, denominado herramienta motorizada, la herramienta de fresado tiene su propio motor y gira mientras el husillo está estacionario.
El diseño moderno del torno puede ser horizontal o vertical. El tipo horizontal es mucho más común que el tipo vertical, pero ambos diseños existen para ambos grupos. Por ejemplo, un torno CNC típico del grupo horizontal puede diseñarse con una bancada plana o inclinada, como un torno de barra, de plato o de tipo universal. Si a estas combinaciones se suman muchos accesorios, un torno CNC es una máquina herramienta extremadamente flexible. Por lo general, los accesorios como un contrapunto, lunetas o apoyos de seguimiento, recogedores de piezas, dedos extraíbles e incluso un accesorio de fresado de tercer eje son componentes populares del torno CNC. Un torno CNC puede ser muy versátil, tanto que a menudo se lo denomina centro de torneado CNC. Todos los textos y ejemplos de programas de este manual utilizan el término más tradicional de torno CNC, aunque aún reconocen todas sus funciones modernas.
Los ordenadores y las máquinas herramienta no tienen inteligencia. No pueden pensar ni evaluar una estación de forma racional. Solo pueden hacerlo personas con determinadas habilidades y conocimientos. En el campo del control numérico, las habilidades suelen estar en manos de dos personas clave: una que realiza la programación y la otra el mecanizado. Sus respectivos números y funciones suelen depender de las preferencias de la empresa, su tamaño y el producto que se fabrica en ella. Sin embargo, cada puesto es bastante distinto, aunque muchas empresas combinan las dos funciones en una sola, a menudo denominada programador/operador de CNC.
El programador CNC suele ser la persona que tiene la mayor responsabilidad en el taller de máquinas CNC. Esta persona suele ser responsable del éxito de la tecnología de control numérico en la planta. Igualmente, esta persona es responsable de los problemas relacionados con las operaciones de CNC.
Aunque las funciones pueden variar, el programador también es responsable de una variedad de tareas relacionadas con el uso eficaz de las máquinas CNC. De hecho, esta persona suele ser responsable de la producción y la calidad de todas las operaciones de CNC. Muchos programadores CNC son maquinistas experimentados que han tenido experiencia práctica en operaciones con máquinas herramienta, saben leer dibujos técnicos y pueden comprender la intención de ingeniería detrás del diseño. Esta experiencia práctica es la base de la capacidad de "mecanizar" una pieza en un entorno de oficina. Un buen programador CNC debe poder visualizar todos los movimientos de la herramienta y reconocer todas las restricciones que puedan estar involucradas. El programador debe poder recopilar, analizar el proceso e integrar de manera lógica todos los datos recopilados en un programa coherente y coherente. En términos simples, el programador CNC debe poder decidir cuál es la mejor metodología de fabricación en todos los aspectos.
Además de las habilidades de mecanizado, el programador CNC debe comprender los principios matemáticos, principalmente la aplicación de ecuaciones, soluciones de arcos y ángulos. Igualmente importante es el conocimiento de la trigonometría. Incluso con la programación computarizada, el conocimiento de los métodos de programación manual es absolutamente esencial para la comprensión completa de la salida de la computadora y el control de esta salida. La última cualidad importante de un programador CNC verdaderamente profesional es su capacidad de escuchar a las demás personas: los ingenieros, los operadores de CNC, los gerentes. Una buena capacidad de enumeración es el primer requisito previo para ser flexible. Un buen programador CNC debe ser flexible para ofrecer una alta calidad de programación.
El operador de máquina herramienta CNC es un puesto complementario al de programador CNC. El programador y el operador pueden coexistir en una sola persona, como es el caso en muchos talleres pequeños. Aunque la mayoría de las tareas realizadas por el operador de máquina convencional se han transferido al programador CNC, el operador CNC tiene muchas responsabilidades únicas. En los casos típicos, el operador es responsable de la configuración de la herramienta y la máquina, del cambio de piezas y, a menudo, incluso de alguna inspección durante el proceso. Muchas empresas esperan que se realice un control de calidad en la máquina, y el operador de cualquier máquina herramienta, manual o computarizada, también es responsable de la calidad del trabajo realizado en esa máquina. Una de las responsabilidades más importantes del operador de máquina CNC es informar al programador de los hallazgos sobre cada programa. Incluso con los mejores conocimientos, habilidades, actitudes e intenciones, el programa "final" siempre se puede mejorar. El operador de CNC, que es quien está más cerca del mecanizado real, sabe exactamente hasta qué punto se pueden lograr esas mejoras.
El costo de una máquina CNC puede poner nerviosos a la mayoría de los fabricantes, pero los beneficios de poseer una fresadora CNC probablemente justificarán el costo en muy poco tiempo.
El primer costo a tener en cuenta es el costo de la máquina. Algunos proveedores ofrecen paquetes que incluyen instalación, capacitación en software y costos de envío. Pero en la mayoría de los casos, todo se vende por separado para permitir la personalización de la fresadora CNC.
Las máquinas de gama baja cuestan entre US$2000 y US$10 000. Por lo general, son kits que se atornillan uno mismo y están hechos de chapa metálica doblada y utilizan motores paso a paso. Vienen con un video de capacitación y un manual de instrucciones. Estas máquinas están diseñadas para uso en el hogar, para la industria de la señalización y otras operaciones de trabajo muy liviano. Por lo general, vienen con un adaptador para una fresadora de inmersión convencional. Los accesorios como un husillo y un soporte de trabajo por vacío son opciones. Estas máquinas se pueden integrar con mucho éxito en un entorno de alta producción como un proceso dedicado o como parte de una celda de fabricación. Por ejemplo, uno de estos CNC puede programarse para perforar orificios de hardware en los frentes de los cajones antes del ensamblaje.
Las máquinas CNC de rango medio costarán entre US$10.000 y US$100.000. Estas máquinas están construidas de acero o aluminio de mayor calibre. Pueden utilizar motores paso a paso y, a veces, servomotores; y utilizar transmisiones de piñón y cremallera o transmisiones por correa. Tendrán un controlador separado y ofrecerán una buena variedad de opciones, como cambiadores automáticos de herramientas y mesas de vacío. Estas máquinas están diseñadas para un uso más pesado en la industria de la señalización y para aplicaciones de procesamiento de paneles livianos.
Estas son una buena opción para las empresas emergentes con recursos o mano de obra limitados. Pueden realizar la mayoría de las operaciones necesarias en la fabricación de gabinetes, aunque no con el mismo grado de sofisticación o con la misma eficiencia.
Las fresadoras de alta gama cuestan más de US$100.000. Esto incluye una gama completa de máquinas con 3 a 5 ejes adecuadas para una amplia gama de aplicaciones. Estas máquinas se construirán con acero soldado de gran espesor y vendrán completamente equipadas con cambiador automático de herramientas, mesa de vacío y otros accesorios según la aplicación. Estas máquinas suelen ser instaladas por el fabricante y la capacitación suele estar incluida.
El transporte de una fresadora CNC conlleva un coste considerable. Con fresadoras que pesan desde unos pocos cientos de libras hasta varias toneladas, los costos de flete pueden variar entre 200 y 5000 dólares estadounidenses o más, según la ubicación. Recuerde que, a menos que la máquina se haya construido cerca, es probable que esté incluido el costo oculto de trasladarla desde Europa o Asia hasta la sala de exposición del distribuidor. También se pueden incurrir en costos adicionales solo para introducir la máquina una vez que se entrega, ya que siempre es una buena idea utilizar aparejadores profesionales para lidiar con este tipo de operación.
Los proveedores de CNC suelen cobrar entre 300 y 1000 dólares estadounidenses por día por los costos de instalación. Puede llevar desde medio día hasta una semana completa instalar y probar la fresadora. Este costo podría estar incluido en el precio de compra de la máquina. Algunos proveedores ofrecerán capacitación gratuita sobre cómo utilizar el hardware y el software, generalmente en el sitio, mientras que otros cobrarán entre US$ 300 y US$ 1.000 por día por este servicio.
En la pared de muchas empresas hay un cartel de seguridad con un mensaje simple pero poderoso:
La primera regla de seguridad es seguir todas las reglas de seguridad.
El encabezado de esta sección no indica si la seguridad está orientada al nivel de programación o de mecanizado. La realidad es que la seguridad es totalmente independiente. Se sostiene por sí sola y rige el comportamiento de todos en un taller de máquinas y fuera de él. A primera vista, puede parecer que la seguridad es algo relacionado con el mecanizado y el funcionamiento de la máquina, tal vez también con la configuración. Esto es definitivamente cierto, pero no presenta una imagen completa.
La seguridad es el elemento más importante en la programación, configuración, mecanizado, herramientas, fijación, inspección, desbaste y lo que sea en el funcionamiento diario de un taller de máquinas típico. La seguridad nunca se puede enfatizar lo suficiente. Las empresas hablan de seguridad, realizan reuniones de seguridad, muestran carteles, hacen discursos, llaman a expertos. Esta masa de información e instrucciones se nos presenta a todos por muy buenas razones. Muchos de estos problemas se han transmitido a raíz de trágicos sucesos del pasado: se han redactado muchas leyes, normas y reglamentos como resultado de investigaciones y pesquisas sobre accidentes graves.
A primera vista, puede parecer que en el trabajo con CNC la seguridad es un asunto secundario. Hay mucha automatización: un programa de piezas que se ejecuta una y otra vez, herramientas que se han utilizado en el pasado, una configuración sencilla, etc. Todo esto puede llevar a la complacencia y a la falsa suposición de que se tiene en cuenta la seguridad. Esta es una visión que puede tener graves consecuencias.
La seguridad es un tema amplio, pero algunos puntos relacionados con el trabajo con CNC son importantes. Todo maquinista debe conocer los peligros de los dispositivos mecánicos y eléctricos. El primer paso para un lugar de trabajo seguro es contar con un área de trabajo limpia, donde no se permita que se acumulen virutas, derrames de aceite y otros residuos en el suelo. Cuidar la seguridad personal es igualmente importante. La ropa suelta, las joyas, las corbatas, las bufandas, el pelo largo sin protección, el uso inadecuado de guantes y otras infracciones similares son peligrosas en el entorno de mecanizado. Se recomienda encarecidamente la protección de ojos, oídos, manos y pies.
Mientras una máquina está en funcionamiento, deben estar instalados los dispositivos de protección y no debe quedar expuesta ninguna pieza móvil. Se debe tener especial cuidado con los husillos giratorios y los cambiadores automáticos de herramientas. Otros dispositivos que pueden suponer un peligro son los cambiadores de paletas, los transportadores de virutas, las zonas de alto voltaje, los polipastos, etc. Desconectar cualquier dispositivo de seguridad o interbloqueo es peligroso y, además, ilegal, sin las habilidades y la autorización adecuadas.
En la programación, también es importante observar las normas de seguridad. El movimiento de una herramienta se puede programar de muchas maneras. Las velocidades y los avances deben ser realistas, no solo matemáticamente "correctos". La profundidad de corte, el ancho de corte y las características de la herramienta tienen un efecto profundo en la seguridad general.
Todas estas ideas son solo un resumen muy breve y un recordatorio de que la seguridad siempre debe tomarse en serio.
Contacto: Jackie
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