Qué es el mecanizado CNC: Ventajas, procesos y materiales

En el siglo XXI, la automatización industrial ha dado lugar a increíbles avances tecnológicos en la fabricación, basados principalmente en el uso de maquinaria de precisión.

El mecanizado CNC es un proceso de fabricación habitual conocido por su gran precisión, exactitud y capacidad para diseñar productos complejos. Los productos mecanizados se utilizan ampliamente en diversas industrias. Este artículo tratará sobre los conocimientos básicos del mecanizado CNC, el proceso, las ventajas, los materiales y las aplicaciones.

¿Qué es el mecanizado CNC?

CNC, Control Numérico por Ordenadores un proceso de fabricación sustractivo que utiliza herramientas de mecanizado controladas numéricamente. Las máquinas CNC utilizan códigos G y M derivados de modelos CAD para controlar el movimiento de la máquina, las herramientas y la pieza de trabajo, eliminando material de una pieza en bruto o una pieza de trabajo para producir diversas piezas.

El mecanizado CNC es un proceso automatizado con muchas ventajas y compatible con numerosos metales, plásticos y materiales compuestos. Se utiliza a menudo para fabricar formas complejas y piezas de alta precisión, ampliamente aplicadas en industrias como la aeroespacial, automoción, dispositivos médicos y electrónica. En comparación con procesos como Impresión 3D (aditivo) y el moldeo por inyección, el mecanizado CNC requiere tolerancias muy ajustadas. Sigamos leyendo para saber más.

¿Cómo funciona el mecanizado CNC?

La base del mecanizado CNC es un lenguaje de programación que incluye instrucciones. Cada máquina CNC tiene su correspondiente sistema informático que requiere un software CAM para convertir los modelos 2D o 3D creados por CAD en un conjunto de instrucciones (Código G) que debe seguir la máquina CNC para crear la pieza final. Una vez que la máquina empieza a funcionar, el proceso no requiere ninguna intervención manual, salvo para cargar materiales, descargar la pieza final o reposicionar la herramienta o la pieza, lo que reduce enormemente los errores humanos.

A continuación, veamos las cuatro etapas principales del proceso de mecanizado CNC.

1. Creación del modelo CAD

Antes de iniciar el mecanizado CNC, es necesario crear un modelo 2D o 3D mediante CAD (Diseño asistido por ordenador). Crear un modelo CAD no es difícil, pero diseñar productos complejos requiere diseñadores cualificados y profesionales. Según los requisitos y funciones del producto, los diseñadores utilizan software CAD para crear el diseño, incluyendo la forma, dimensiones, materiales y otras especificaciones de la pieza.

2. Conversión de CAD a CAM

Las máquinas CNC no entienden los datos de diseño digital de los archivos CAD, por lo que los archivos CAD deben exportarse al software CAM (fabricación asistida por ordenador). El software CAM tiene un conjunto de herramientas que pueden convertir el diseño CAD en código G, que la máquina CNC puede leer.

3. Configuración de la máquina CNC

Antes de la fabricación, es esencial seleccionar la máquina CNC correcta y realizar la configuración adecuada. La configuración de la máquina incluye la calibración del punto cero, la instalación de las herramientas adecuadas, el ajuste de los parámetros de corte (como la velocidad del husillo, el avance, etc.) y la comprobación de la ejecución del programa. Asegurarse de que todo está correctamente configurado ayuda a evitar errores durante el proceso de mecanizado.

4. Ejecución del mecanizado

Una vez finalizada la configuración, el operario puede seguir realizando la operación a través del panel de visualización de la máquina CNC. Una vez pulsado el botón de inicio, la máquina seleccionará la herramienta adecuada y se desplazará a la pieza para realizar la tarea de corte según indique el código G hasta que llegue al final del programa.

Breve historia del mecanizado CNC

A mediados del siglo XX, con el desarrollo de la tecnología electrónica, el uso de máquinas manuales o accionadas manualmente para fabricar piezas ya no satisface la necesidad de producción en serie de formas complejas de alta precisión.

En 1948, las Fuerzas Aéreas de EE.UU. encargaron a John Parsons el diseño de la primera máquina CNC, y en 1952, MIT y Parsons colaboraron para desarrollar con éxito la primera máquina de demostración.

Con el desarrollo de la tecnología informática, en 1969 nació la primera máquina CNC con control por ordenador, y desde entonces el mecanizado CNC ha entrado en una nueva era. Década de 1980, la combinación de la tecnología CAD/CAM y el mecanizado CNC ha mejorado enormemente la eficiencia y la precisión del mecanizado.

Si desea saber más sobre CAD y CAM, siga leyendo a continuación.

Lista de términos utilizados en el mecanizado CNC

Diseño asistido por ordenador (CAD)

CAD, conocido como diseño asistido por ordenador, es un método que utiliza la tecnología informática para el diseño y el dibujo. Permite crear dibujos en 2D y 3D de las piezas que se van a mecanizar, mejorando la precisión y eficacia del diseño. Entre los programas más habituales se encuentran AutoCAD (2D y 3D), Inventor (3D), SolidWorks (3D) y Creo (3D).

Fabricación asistida por ordenador (CAM)

La fabricación asistida por ordenador o CAM (Computer-Aided Manufacturing) convierte dibujos 2D o modelos 3D creados en software CAD en instrucciones comprensibles y ejecutables por una máquina, siendo el archivo convertido una colección de instrucciones de código G y código M.

Los mejores ejemplos son Fusion 360, SolidCAM y Mastercam.

¿Qué son el código G y el código M?

El código G y el código M son los lenguajes básicos del mecanizado CNC, utilizados para controlar los movimientos de la máquina y las funciones auxiliares. El uso correcto de estos códigos repercute directamente en la precisión, la eficacia y la seguridad del proceso de mecanizado.

Código G

Responsable de controlar el movimiento de la máquina, como la selección de la trayectoria, el ajuste de la velocidad y la realización de mecanizados finos. En el código G, "G" significa geometría, y las referencias X, Y y Z del código G se refieren a los ejes de movimiento. Los números corresponden a valores específicos para cada eje. "N" se refiere al número de línea. El código G es un código geométrico que se utiliza para indicar a la herramienta de corte cómo debe moverse.

Código M

Gestiona las funciones auxiliares de la máquina, como la puesta en marcha del sistema de lubricación, la refrigeración y los cambios de herramienta. Código M se utiliza para ejecutar operaciones no de corte en máquinas CNC, abarcando diversos comandos de máquina. Por ello, a veces se denomina código misceláneo.

Ingeniería asistida por CAE

El software CAE, siglas de Computer-Aided Engineering (ingeniería asistida por ordenador), se utiliza principalmente para analizar el rendimiento mecánico estructural de proyectos y productos de ingeniería complejos en el diseño de ingeniería, así como para optimizar el rendimiento estructural. Algunos ejemplos son el análisis de tensiones estructurales, la dinámica multicuerpo y la dinámica de fluidos computacional.

DNC-Control Numérico Distribuido

DNC, Control Numérico Distribuido, es un sistema que conecta varias máquinas CNC a un sistema informático centralizado para el control remoto y la transferencia de datos de varias máquinas que trabajan juntas.

MDC-Recogida de datos de fabricación

DMC, o Recopilación de Datos de Fabricación, se refiere a la recopilación en tiempo real de diversos datos de máquinas y operarios durante el proceso de fabricación con el fin de comprender mejor el proceso de producción y mejorar la productividad y la calidad del producto.

Tipos de máquinas CNC

Fresado CNC

Una fresadora CNC consta principalmente de la bancada, la mesa de trabajo, el husillo, el sistema de avance, el controlador y el panel de control. El fresado es un proceso de mecanizado en el que la herramienta de corte gira mientras que la propia fresadora no lo hace. La herramienta giratoria elimina material para completar el procesamiento de la pieza, centrándose normalmente en el mecanizado de superficies planas y características tridimensionales en forma de bloque. Existen muchos tipos de fresadoras, como las verticales, las horizontales, las de columna, las de torreta, las de bastidor en C, las de bancada y las de pórtico.

Torneado CNC

Un torno CNC se compone principalmente de la bancada, el cabezal, el contrapunto, el portaherramientas, el sistema de avance, el sistema de refrigeración, el controlador y el panel de control. En el mecanizado con torno, la pieza gira mientras que la herramienta de corte no lo hace. Se utiliza principalmente para el mecanizado de piezas tipo eje, que son piezas con formas cilíndricas o cónicas.

Mecanizado EDM

Existen varios tipos de electroerosión electroerosión por hilo, Electroerosión por penetración y electroerosión de agujeros pequeños. En los procesos de electroerosión, la herramienta y la pieza no se tocan físicamente (ambos son materiales conductores). Normalmente, la herramienta actúa como cátodo, conectada al polo negativo de una fuente de alimentación de impulsos de corriente continua, mientras que la pieza actúa como ánodo, conectada al polo positivo de la fuente de alimentación de impulsos. Un fluido dieléctrico aislante rellena el hueco entre la herramienta y la pieza durante el proceso.

Otras máquinas CNC

• Fresadoras CNC
• Tallado de engranajes CNC
• Cortadoras láser
• Cortadoras de plasma

Ventajas del mecanizado CNC

Exactitud y alta precisión: El mecanizado CNC puede alcanzar una precisión que no puede lograrse con el mecanizado manual tradicional, y el proceso automatizado no requiere intervención humana, lo que puede reducir los errores en el proceso de mecanizado.

Rapidez y eficacia: Con el mecanizado CNC, las piezas pueden mecanizarse en pocos días, dependiendo de la complejidad del proyecto.

Rentable: El alto grado de automatización del mecanizado CNC reduce en gran medida los costes de mano de obra y, mientras no se modifiquen los ajustes del programa, se puede mecanizar el mismo tipo de producto un número ilimitado de veces.

Amplia selección de materiales: El mecanizado CNC es adecuado para una amplia gama de metales, plásticos y materiales compuestos. Los metales y plásticos más comunes son: aluminio, acero inoxidable, cobre, titanio, nailon, teflón y PEEK.

Coherencia: El mecanizado CNC utiliza programación informática para las operaciones, lo que garantiza que todas las piezas fabricadas tengan el mismo aspecto y función, eliminando la posibilidad de error humano.

Creación rápida de prototipos: El mecanizado CNC es ideal para producir pequeños lotes de piezas, lo que permite obtener piezas mecanizadas en poco tiempo. El CNC tiene unos costes de puesta en marcha relativamente bajos, puede conseguir tolerancias estrechas, superficies de alta calidad y geometrías complejas, lo que se traduce en piezas prototipo de alta calidad.

¿Cuáles son los distintos tipos de procesos de mecanizado CNC?

Fresado CNC

Fresado CNC es el método de fabricación más común en el mecanizado CNC y la creación rápida de prototipos. Utiliza principalmente herramientas de corte giratorias que se mueven a lo largo de los ejes para eliminar material de la pieza. Las piezas sencillas suelen mecanizarse con máquinas de 3 ejes, mientras que las piezas de precisión complejas suelen ser adecuadas para el mecanizado de 5 ejes.

Torneado CNC

Torneado CNC destaca en la producción de piezas cilíndricas o axialmente simétricas con gran precisión y eficacia. Puede mecanizar eficazmente elementos giratorios como roscas, ranuras y conos.

Taladrado CNC

Taladrado CNC utiliza una herramienta de corte giratoria para desplazar y perforar orificios en una pieza fija. El taladrado se utiliza principalmente para agujeros con menores requisitos de calidad, como agujeros de pernos, bases de roscas y agujeros de aceite. Para agujeros que requieren mayor precisión y calidad superficial, se utilizan procesos posteriores como el escariado, el mandrinado o el rectificado.

Rectificado CNC

Rectificado es un método de mecanizado habitual en las rectificadoras de superficies CNC. Durante el proceso, la muela entra en contacto con la superficie de la pieza, eliminando material por abrasión para conseguir el acabado deseado. El rectificado ofrece bajas fuerzas de corte, alta precisión y buena calidad superficial, por lo que resulta adecuado para el mecanizado de superficies de diversos materiales.

Fresado CNC

El fresado CNC se utiliza para cortar diversos materiales, como metales blandos, plásticos, aluminio y materiales compuestos. En el fresado CNC, la pieza permanece inmóvil mientras la herramienta de corte se mueve en las dimensiones X, Y y Z, de forma similar al fresado CNC.

Otras operaciones de mecanizado

• Brochado
• Lapeado
• Serrar
• Bruñidor
• Corte por láser
• Corte por plasma
• Corte por chorro de agua

Materiales de mecanizado CNC

Metales

El metal es uno de los materiales más utilizados en el mecanizado CNC. Las características de los distintos metales determinan la facilidad o dificultad de su mecanizado. El mecanizado CNC es la forma mejor y más rápida de procesar piezas metálicas.

Estos son algunos de los metales más utilizados en el mecanizado CNC:

Aluminio: es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre y el metal más utilizado en el mecanizado CNC. Su elevada relación resistencia-peso y su excelente resistencia a la corrosión lo convierten en una opción excelente para piezas ligeras que requieren resistencia, como los componentes de los motores de los aviones. Las aleaciones más utilizadas son 6061 y 7075.

Cobre: tiene una excelente conductividad eléctrica y térmica, lo que lo convierte en un material ideal para componentes electrónicos, y es más costoso en comparación con el aluminio o el acero.

Titanio: es un metal de alto rendimiento y uno de los materiales más duros. Mediante el mecanizado CNC, el titanio desempeña un papel crucial en campos estratégicos como las industrias aeroespacial y médica.

Acero inoxidable: es un material resistente a la corrosión, de alta resistencia y mecanizable adecuado para el mecanizado CNC, capaz de satisfacer diversas necesidades de mecanizado de piezas complejas.

Acero dulce: se refiere al acero al carbono con un contenido de carbono entre 0,05% y 0,25%. Tiene menor resistencia pero gran ductilidad, es fácil de soldar y puede conseguir un mecanizado CNC de alta precisión.

Acero para herramientas: tiene una excelente maquinabilidad y puede mecanizarse en piezas de diversas formas y tamaños. Se utiliza para fabricar herramientas, moldes y calibres de alta precisión.

De latón: es una aleación de cobre y zinc con buena resistencia a la corrosión, mayor resistencia y dureza que el cobre puro, lo que hace que las piezas fabricadas con ella sean muy duraderas.

Plástico

El mecanizado CNC puede utilizarse para moldear piezas de plástico. Los siguientes plásticos se utilizan habitualmente en el mecanizado CNC.

ABS: es un termoplástico utilizado habitualmente en aplicaciones de impresión 3D y moldeo por inyección. Sin embargo, Mecanizado CNC ABS para la creación de prototipos.

Nylon: es un plástico de ingeniería de alto rendimiento con gran resistencia, buena tenacidad y no es fácil de romper. El nailon mecanizado por CNC puede sustituir en ocasiones a algunos materiales metálicos.

PTFE: comúnmente conocido como Teflónes un fluoroplástico de alto rendimiento con una excelente resistencia química y a altas temperaturas.

Delrin: es un plástico de ingeniería semicristalino de alto rendimiento con gran resistencia, rigidez y resistencia al desgaste. Se utiliza ampliamente en la industria automovilística, mecánica y electrónica.

PEEK: se conoce como un "superplástico de ingeniería" con excelentes propiedades integrales. Tiene procesos de fabricación complejos y costes más elevados, lo que lo convierte en un material de alto valor añadido.

Acrílico: es el material más excelente entre los plásticos transparentes. Tiene buena transmisión de luz, resistencia a la intemperie y capacidad de procesamiento. Puede sustituir al vidrio en muchos campos. El acrílico tiene buena maquinabilidad y puede producir un gran número de piezas en poco tiempo.

Otros materiales

• Madera
• Varios

Consideraciones materiales

El mecanizado CNC es compatible con una amplia gama de materiales. Sin embargo, antes de seleccionar un material CNC, tenga en cuenta los siguientes factores:

• Dureza
• Propiedades mecánicas
• Maquinabilidad
• Función parcial
• Tolerancias dimensionales
• Temperatura de trabajo
• Costes
• Aplicación

Aplicaciones del mecanizado CNC

El mecanizado CNC se utiliza ampliamente en diversas industrias, y los productos de mecanizado CNC pueden verse en todas partes en la vida cotidiana.

Automóvil: La precisión de las piezas de automóvil afecta directamente al rendimiento y la seguridad del vehículo. En la fabricación de automóviles, el mecanizado CNC de piezas de precisión puede producir piezas más exactas y piezas duraderas para automóvilescomo piezas del motor, piezas del sistema de suspensión, etc.

Médico: Las estrechas tolerancias que ofrece el mecanizado CNC son cruciales para producir componentes médicos de alto rendimiento. Permite prototipado rápido para el ensayo y la validación de productos, cumpliendo los requisitos de precisión, biocompatibilidad y seguridad de los productos sanitarios.

Aeroespacial: Debido a los elevados requisitos de precisión y resistencia de los componentes aeroespaciales, el mecanizado CNC puede producir piezas que cumplan normas estrictas, lo que es vital para la seguridad de las aeronaves. Común piezas aeroespaciales incluyen álabes de motores de aviación, componentes de turbinas y toberas de motores.

Electrónica: Los dispositivos electrónicos requieren una gran precisión y estabilidad de los componentes. El mecanizado CNC puede lograr alta precisión, formas complejas y tratamientos superficiales, cumpliendo los requisitos de precisión, apariencia y funcionalidad de los productos electrónicos, mejorando así su rendimiento y calidad.

Robótica: El mecanizado CNC puede fabricar con precisión piezas que cumplan las especificaciones, lo que es especialmente importante en robótica porque la precisión dimensional es clave para construir robots de alto rendimiento. Además, el mecanizado CNC permite la creación rápida de prototipos, lo que posibilita modificaciones rápidas y frecuentes y la fabricación de piezas complejas. piezas robóticasacelerando la introducción de robots innovadores.

Procesos de fabricación alternativos al mecanizado CNC

Impresión 3D

Impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, es una tecnología basada en archivos de modelos digitales que construye objetos mediante la impresión capa a capa utilizando materiales como metal en polvo o plástico que pueden unirse entre sí. Se utiliza mucho en la industria de la ingeniería, especialmente para el diseño de prototipos y la creación de formas geométricas ligeras.

Moldeo por inyección

Moldeo por inyección es un proceso de fabricación de plásticos muy utilizado. Consiste en inyectar material plástico fundido en un molde con una forma específica, que luego se enfría y solidifica para formar el producto deseado. Este proceso funciona de forma similar a otros procesos de fabricación como el moldeo por soplado, el sobremoldeo y el moldeo por inserción. Se prefiere por su eficacia, rentabilidad y capacidad para fabricar productos de formas complejas.

Fundición a presión

Fundición a presión es similar al moldeo por inyección, en el que el metal fundido se inyecta en un molde a alta presión y alta velocidad, y se solidifica a alta presión para formar la pieza fundida. El proceso de fundición a presión se utiliza a menudo para formar aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, aleaciones de magnesio y aleaciones de zinc. Puede producir piezas metálicas con formas complejas, contornos claros y paredes finas con cavidades profundas.

¿Cuáles son las tendencias en el sector del mecanizado CNC?

En la década de 2000, la integración de nuevas tecnologías como Internet, la inteligencia artificial y la tecnología de sensores impulsó el desarrollo del mecanizado CNC. Hoy en día, el mecanizado CNC se ha convertido en una parte indispensable de la fabricación moderna, ampliamente utilizada en la industria aeroespacial, la fabricación de automóviles, la industria electrónica, los dispositivos médicos y otros campos, proporcionándonos experiencias de vida más avanzadas y cómodas.

Tanto si necesita prototipos rápidos, producción a pequeña escala o producción a gran escalael mecanizado CNC es su primera opción. En el futuro, la inteligencia artificial se aplicará ampliamente al mecanizado CNC, con el desarrollo de más ejes para crear geometrías más complejas. Además, el mecanizado CNC utilizará ampliamente robots para la producción no tripulada, impulsando el proceso de automatización total. Por último, el mecanizado CNC hará mayor hincapié en la protección del medio ambiente y la sostenibilidad mediante la adopción de materiales y procesos más ecológicos, la reducción del impacto ambiental y la disminución del consumo de energía.

Conclusión

A través de la discusión de este blog sobre el concepto, el proceso, la historia, las ventajas, las técnicas de mecanizado y las aplicaciones del mecanizado CNC, creemos que ahora tiene una comprensión completa del mecanizado CNC. Si todavía tiene varias preguntas sobre su proyecto de mecanizado CNC, puede póngase en contacto con nuestro equipo de ingenieros profesionales para obtener las respuestas que necesita.

DEK ha participado activamente en Servicios de mecanizado CNC desde hace muchos años, comprometida a ofrecerle servicios de mecanizado de piezas de precisión eficaces y de alta calidad.

Además, hemos recopilado algunas preguntas comunes en el mecanizado CNC que esperamos le sean útiles. Siga leyendo con nosotros.

Preguntas frecuentes sobre el mecanizado CNC

¿Cuáles son los principales retos del mecanizado CNC?

Para el mecanizado de piezas complejas, la programación es difícil y requiere unos conocimientos de programación especialmente elevados, tanto por parte del software utilizado como del programador.

¿Cuáles son los términos del mecanizado CNC?

Entre las terminologías habituales en el mecanizado CNC se incluyen:

CAD: Software asistido por ordenador

CAM: Fabricación asistida por ordenador

CAE: Ingeniería asistida por ordenador

DNC: Control Numérico Distribuido

Código G: Códigos geométricos

Código M: Códigos máquina varios

¿Cuáles son las herramientas de corte más comunes para el mecanizado CNC?

Entre las herramientas de corte habituales en las máquinas CNC se incluyen fresas, brocas, herramientas de torneado, brochas, herramientas de roscado, machos, escariadores, fresas madre y herramientas para hacer agujeros.

¿Cuánto cuesta el mecanizado CNC?

Materiales: Las diferencias de precio entre los distintos materiales pueden ser significativas. En el mercado, las aleaciones de titanio son mucho más caras que las de aluminio. Además, debido al mayor desgaste de las herramientas y a las velocidades de corte más lentas, el coste de mecanizado del titanio será superior al de las aleaciones de aluminio.

Complejidad: Cuanto más compleja sea la geometría de las piezas a mecanizar, mayores serán los costes de mecanizado. Por ejemplo, las piezas de un impulsor que requieren un mecanizado en 5 ejes son más caras que las piezas cuadradas normales que pueden mecanizarse con 3 ejes.

Tolerancia: Cuanto más estrictos sean los requisitos de tolerancia dimensional, mayor será el coste.

Acabado superficial: Las piezas con estrictos requisitos de acabado superficial necesitan un tratamiento especial, lo que aumenta el tiempo y el coste de mecanizado.

Cantidad: La producción en serie es más barata que la producción de lotes pequeños porque la compra a granel reduce el coste de las materias primas y el coste de configuración de la programación se distribuye entre más piezas. Cuanto mayor es la cantidad, menor es el coste por pieza.