INTRODUCCIÓN
Una fresadora CNC es una 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 una de las muchas clases de herramientas que tienen variantes CNC. Una fresadora CNC es muy similar en concepto a una fresadora CNC. Fresadora CNC.
Las fresadoras CNC vienen en muchas configuraciones, desde las pequeñas fresadoras CNC de escritorio para uso doméstico hasta las 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 piezas 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 se ejecuta mediante un ordenador. Las coordenadas se cargan en el controlador de la máquina desde un programa independiente. 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 desde el punto de vista comercial.
Enrutadores CNC Puede resultar muy útil cuando se realizan trabajos idénticos y repetitivos. Una fresadora CNC suele producir un trabajo uniforme y de alta calidad y mejora la productividad de la fábrica.
Un enrutador CNC puede reducir el desperdicio, la frecuencia de errores y el tiempo que tarda el producto terminado en llegar al mercado.
Una fresadora CNC aporta 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.
CONTROL NUMÉRICO
La tecnología de control numérico tal como se la conoce hoy surgió a mediados del siglo XX. Su origen se remonta al año 20, en la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y en los nombres de John Parsons y el Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge, Massachusetts, Estados Unidos. No se aplicó a la fabricación en producción hasta principios de los años 1952. El verdadero auge llegó en forma de CNC, alrededor del año 1960, 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 los ordenadores, incluido su impacto en el control numérico, han traído cambios significativos al sector de la fabricación en general y a la industria metalúrgica en particular.
DEFINICIÓN DE CONTROL NUMÉRICO
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 todas las definiciones conocidas se pueden resumir en una afirmación relativamente simple:
El control numérico puede definirse como una operación de máquinas herramienta mediante instrucciones específicamente codificadas 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 están escritas en un orden lógico y en 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.
Tecnología NC y CNC
Siguiendo estrictamente la terminología, existe una diferencia en el significado de las abreviaturas NC y CNC. NC hace referencia a la tecnología de control numérico original y ordenada, mientras que CNC hace referencia a 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 termina la similitud.
El sistema NC (a diferencia del sistema CNC) utiliza funciones lógicas fijas, aquellas que están incorporadas 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 deban realizar 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.
Terminología
Cero absoluto
Esto se refiere a la posición de todos los ejes cuando están ubicados en el punto donde los sensores pueden detectarlos físicamente. Normalmente se llega a una posición cero absoluta después de que se ejecuta un comando de inicio.
Eje
Una línea de referencia fija alrededor de la cual un objeto se traslada o gira.
El husillo de avance
Un tornillo de bolas es un dispositivo mecánico para traducir el movimiento rotacional en movimiento lineal. Consiste en una tuerca con cojinete de bolas recirculante que gira en un tornillo roscado de precisión.
CAD
El diseño asistido por computadora (CAD) es el uso de una amplia gama de herramientas informáticas que ayudan a ingenieros, arquitectos y otros profesionales del diseño en sus actividades de diseño.
FAO
La fabricación asistida por computadora (CAM) es el uso de una amplia gama de herramientas de software basadas en computadora que ayudan a los ingenieros y maquinistas CNC en la fabricación o creación de prototipos de componentes de productos.
CNC
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.
Control
Un sistema de control es un dispositivo o conjunto de dispositivos que gestionan, comandan, dirigen o regulan el comportamiento de otros dispositivos o sistemas.
Luz
Es la distancia entre la parte más baja de la herramienta y la superficie de la mesa de la máquina. La distancia máxima entre la mesa y el punto más alto que puede alcanzar una herramienta.
Bancos de perforación
También conocidos como taladros múltiples, son conjuntos de taladros generalmente espaciados en incrementos de 32 mm.
Velocidad de alimentación
O la velocidad de corte es la diferencia de velocidad entre la herramienta de corte y la superficie de la pieza sobre la que está trabajando.
Compensación de accesorios
Es un valor que representa el cero de referencia de un dispositivo determinado. Corresponde a la distancia en todos los ejes entre el cero absoluto y el cero del dispositivo.
G-código
G-code es un nombre común para el lenguaje de programación que controla las máquinas herramienta NC y CNC.
Home
Este es el punto de referencia programado, también conocido como 0,0,0, representado como el cero absoluto de la máquina o como un cero de compensación del accesorio.
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 conociendo solo el punto central y el radio.
casa de la máquina
Esta es la posición predeterminada de todos los ejes de la máquina. Al ejecutar un comando de retorno al origen, todos los accionamientos se mueven hacia sus posiciones predeterminadas hasta que alcanzan un interruptor o un sensor que les indica que deben detenerse.
Nesting
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 stock disponible.
Compensación
Se refiere a la distancia desde la línea central medida desde el software CAM.
Herramientas a cuestas
Este es el término utilizado para referirse a las herramientas activadas por aire que están montadas al lado del husillo principal.
Postprocesador
Software que proporciona algún procesamiento final a los datos, como formatearlos para su visualización, impresión o mecanizado.
programa cero
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.
Piñón y cremallera
Una cremallera y un piñón son un par de engranajes que convierten el movimiento rotacional en movimiento lineal.
Huso
Un husillo es un motor de alta frecuencia equipado con un aparato portaherramientas.
spoiler
También conocido como tablero de sacrificio, es el material que se utiliza como base para el material a cortar. Puede estar hecho de muchos materiales diferentes, de los cuales el MDF y el aglomerado son los más comunes.
Carga de herramientas
Esto se refiere a la presión ejercida sobre una herramienta mientras corta material.
Velocidad de la herramienta
También llamada velocidad del husillo, esta es la frecuencia de rotación del husillo de la máquina, medida en revoluciones por minuto (RPM).
Modelado
Sorprendentemente, las herramientas suelen ser el aspecto menos comprendido de los equipos CNC. Dado que es el elemento que más afecta la calidad y la velocidad del corte, los operadores deberían dedicar más tiempo a explorar este tema.
Las herramientas de corte generalmente vienen en tres materiales diferentes: acero de alta velocidad, carburo y diamante.
Acero de alta velocidad (HSS)
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 internamente para un trabajo especial.
Carburo sólido
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 desgastarán y astillarán más rápidamente que las marcas conocidas de mayor precio.
Los cristales de carburo de silicio se incrustan 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 opaca. Al mismo tiempo, el espacio hueco que deja el carburo faltante se llena con contaminantes del material que se está cortando, lo que amplifica el proceso de opacidad.
herramientas de diamante
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.
Herramienta de geometría
Vástago
El vástago es la parte de la herramienta que está sujeta por el portaherramientas. Es la parte de la herramienta que no tiene evidencia de mecanizado. El vástago debe mantenerse libre de contaminación, oxidación y rayaduras.
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 la herramienta puede cortar el material.
Flautas
Esta es la parte de la herramienta que perfora el material cortado. La cantidad de estrías en una fresa es importante para determinar la carga de viruta.
Perfil de herramienta
Hay muchos perfiles de herramientas en esta categoría. Los principales a considerar son espirales de corte ascendente y descendente, espirales de compresión,
Herramientas de desbaste, acabado, de hélice baja y de corte recto. Todas ellas 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 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 las de corte descendente vienen con un borde de desbaste, un rompevirutas o un borde de acabado.
Las espirales de compresión son una combinación de flautas cortadas hacia arriba y hacia abajo.
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 hélice alta se utilizan para cortar materiales más blandos, como plástico y espuma, y cuando la soldadura y la evacuación de virutas son fundamentales.
carga de virutas
El factor más importante para aumentar la vida útil de la herramienta es disipar el calor que absorbe. La forma más rápida de hacerlo es cortando más material en lugar de hacerlo 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 considerar 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 con cada diente de la herramienta se denomina carga de viruta.
La fórmula para calcular la carga del chip es la siguiente:
Carga de viruta = Velocidad de avance / RPM / # de flautas
Cuando aumenta la carga de viruta, aumenta la vida útil de la herramienta, al tiempo que disminuye el tiempo del ciclo. Además, una amplia gama de cargas de viruta logrará un buen acabado del borde. 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 generalmente varían entre 0.003" y 0.03" o 0.07 mm a 0.7 mm.
Accesorios
Impresión de etiquetas
Esta es una opción que se está volviendo cada vez más popular en la industria, especialmente desde que las máquinas CNC se están integrando cada vez 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.
Lectores ópticos
También conocidas como varitas de código 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.
Sondas
Estos dispositivos de medición vienen en una variedad de formas y realizan muchas funciones diferentes. Algunas sondas simplemente miden la superficie h8 para garantizar la alineación adecuada en aplicaciones sensibles al h8. Otras sondas pueden escanear automáticamente la superficie de un objeto tridimensional para su reproducción posterior.
Sensor de longitud de herramienta
Un sensor de longitud de herramienta actúa como una sonda que mide la luz del día o la distancia entre el extremo de la herramienta y la superficie del espacio de trabajo e ingresa este número en los parámetros de la herramienta del control. Este pequeño añadido le ahorrará al operador el largo proceso que requiere cada vez que cambia una herramienta.
Proyectores láser
Estos dispositivos se utilizaron 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.
cortadora de vinilo
En la industria de la señalización, es frecuente ver un accesorio de cuchilla para vinilo. Se trata de una cuchilla que se puede acoplar al husillo principal o al 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 fabricar máscaras de vinilo para chorro de arena o letras y logotipos de vinilo para camiones y señales.
Dispensador de refrigerante
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.
Grabador
Los grabadores se montan en el husillo principal y constan de 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 grosor del material. Esta opción es la más utilizada en la industria de la rotulación, aunque los fabricantes de trofeos, luthiers y talleres de carpintería la utilizan para la marquetería.
Eje giratorio
Un eje giratorio situado a lo largo del eje x o del eje 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 complejas.
cabezal de corte flotante
Los cabezales de corte flotantes mantendrán la cuchilla a una distancia h8 específica de 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.
Cortador de plasma
Los cortadores de plasma son un complemento de algunas máquinas y permiten al usuario cortar piezas de chapa metálica de distintos espesores.
herramientas agregadas
Las herramientas agregadas se pueden utilizar para muchas operaciones que un cortador recto no puede realizar.
MECANIZADO CONVENCIONAL Y CNC
¿Qué hace que el mecanizado CNC sea superior a los métodos convencionales? ¿Es superior en absoluto? ¿Cuáles son las principales ventajas? Si se comparan los procesos de mecanizado CNC y los convencionales, surgirá un enfoque general común para el mecanizado de una pieza:
1. Obtener y estudiar el dibujo.
2. Seleccione el método de mecanizado más adecuado
3. Decidir el método de instalación (sujeción del trabajo)
4. Seleccione 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 el mecanizado manual.
O aplicaciones 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 conocimiento por parte del usuario. Después de todo, el trabajo de metales, 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, es necesario dominarlo hasta el último detalle para tener éxito. Se necesita más que conocimiento técnico para ser un maquinista CNC o un programador CNC. La experiencia laboral, la intuición y lo que a veces se llama una "intuicionamiento" son complementos muy necesarios para cualquier habilidad.
En el mecanizado convencional, el operador de la máquina prepara 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 "igual" en este contexto realmente significa "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 algunos momentos buenos y algunos 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 inconsistencia.
El mecanizado por control numérico elimina la mayoría de las inconsistencias. No requiere la misma intervención física que el mecanizado.
El mecanizado controlado no necesita palancas, diales ni manivelas, al menos no en el mismo sentido que el mecanizado convencional. Una vez que se ha probado el programa de piezas, se puede utilizar tantas veces como se desee y siempre se obtienen resultados consistentes. Eso no significa que no haya factores limitantes. Las herramientas de corte se desgastan, el material en bruto de un lote no es idéntico al 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 la desaparición instantánea, ni siquiera a largo plazo, de todas las máquinas manuales. Hay ocasiones en las que un método de mecanizado tradicional es preferible a un método informático. Por ejemplo, un trabajo sencillo que se realiza una sola vez puede realizarse de forma 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 pensadas para sustituir a todas las máquinas manuales, sino solo para complementarlas.
En muchos casos, la decisión de si un mecanizado se realizará o no en una máquina CNC 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 sola 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.
VENTAJAS DEL CONTROL NUMÉRICO
¿Cuáles son las principales ventajas del control numérico?
Es importante saber qué áreas del mecanizado se beneficiarán de ello y cuáles se realizan mejor de forma convencional. Es absurdo pensar que una fresadora CNC de 2 caballos de potencia ganará frente a trabajos que actualmente se realizan en una fresadora manual veinte veces más potente. Igualmente descabelladas son las expectativas de grandes mejoras en las velocidades de corte y avances 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. Herramientas y sujeción de piezas simplificadas
6. Tiempo de corte constante
7. Aumento general de la productividad
Cada área ofrece sólo una mejora potencial. Los usuarios individuales experimentarán distintos niveles de mejora real, dependiendo del producto fabricado en el lugar, la máquina CNC utilizada, los métodos de configuración, la complejidad de las fijaciones, 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.
Reducción del tiempo de configuración
En muchos casos, el tiempo de configuración de una máquina CNC se puede reducir, a veces de forma drástica. Es importante tener en cuenta que la configuración es una operación manual que depende en gran medida del rendimiento del operador de CNC, del tipo de fijación y de las prácticas generales del taller de máquinas. El tiempo de configuración es improductivo, pero necesario: forma parte de los gastos generales de la actividad empresarial. Mantener el tiempo de configuración al mínimo debería ser una de las principales consideraciones de cualquier supervisor, programador y operador de un taller de máquinas.
Gracias al diseño de las máquinas CNC, el tiempo de preparación no debería ser un problema importante. Los accesorios modulares, las herramientas estándar, los posicionadores fijos, el cambio automático de herramientas, las paletas y otras funciones avanzadas hacen que el tiempo de preparación sea más eficiente que el de una máquina convencional. Con un buen conocimiento de la fabricación moderna, la productividad puede aumentar significativamente.
El número de piezas mecanizadas en una sola configuración también es importante para evaluar el coste del tiempo de preparación. Si se mecanizan muchas piezas en una sola configuración, el coste de preparación por pieza puede ser muy insignificante. Se puede conseguir una reducción muy similar agrupando varias operaciones diferentes en una única configuración. Aunque el tiempo de preparación sea más largo, puede estar justificado si se compara con el tiempo necesario para preparar varias máquinas convencionales.
Reducción del plazo de entrega
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 plazo de entrega para la primera ejecución suele ser más largo, es prácticamente nulo para cualquier ejecución posterior. Incluso si un cambio de ingeniería en el diseño de la pieza requiere modificar el programa, normalmente se puede hacer rápidamente, lo que reduce el plazo de entrega.
Los largos plazos de entrega necesarios para diseñar y fabricar diversos accesorios especiales para máquinas convencionales a menudo se pueden reducir preparando un programa de piezas y utilizando accesorios simplificados.
Precisión y repetibilidad
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 la pieza 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, por lo general no se requieren más cambios. Un programa determinado se puede reutilizar tantas veces como sea necesario, sin perder un solo bit de los datos que contiene. Es cierto que el programa debe adaptarse a factores cambiantes como el desgaste de la herramienta y las temperaturas de funcionamiento, y debe almacenarse de manera segura, pero generalmente se requerirá 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 constante una y otra vez.
Contorneado de formas complejas
Los tornos y centros de mecanizado CNC son capaces de contornear una variedad de formas. Muchos usuarios de CNC adquirieron sus máquinas sólo para poder manipular 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 trayectorias de herramientas tridimensionales.
Se pueden fabricar formas complejas, como moldes, sin el gasto adicional de hacer un modelo para calcar. Se pueden lograr piezas reflejadas literalmente con solo pulsar un botón, plantillas, modelos de madera y otras herramientas para hacer patrones.
Herramientas y sujeción de piezas simplificadas
No es posible eliminar las herramientas estándar y caseras que abarrotan los bancos y cajones de una máquina convencional mediante el uso de herramientas estándar, especialmente diseñadas para aplicaciones de control numérico. Las herramientas de varios pasos, como las brocas piloto, las brocas escalonadas, las herramientas combinadas, las avellanadoras y otras, se sustituyen por varias herramientas estándar individuales. Estas herramientas suelen ser más baratas y fáciles de sustituir que las herramientas especiales y no estándar. Las medidas de reducción de costes han obligado a muchos proveedores de herramientas a mantener un número bajo o incluso inexistente. Las herramientas estándar listas para usar suelen poder obtenerse más rápido que las herramientas no estándar.
Los dispositivos de sujeción y de fijación para máquinas CNC tienen un único objetivo principal: sujetar la pieza de forma rígida y en la misma posición para todas las piezas de un lote. Los dispositivos de fijación diseñados para trabajos CNC normalmente no requieren plantillas, orificios guía ni otros dispositivos de localización de orificios.
Reducción de tiempos y aumento de la productividad
El tiempo de corte en una 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: se trata de 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. Aunque 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 las que saben utilizar la tecnología de manera eficiente y la practican para ser competitivas en la economía global.
Para alcanzar el objetivo de un aumento significativo de 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, la comprensión de 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. Cada uno de ellos debe ser estudiado y dominado por la persona a cargo. 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 las piezas 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.
TIPOS DE MÁQUINAS HERRAMIENTAS CNC
Los distintos tipos de máquinas CNC abarcan una gran variedad de aplicaciones. Su número aumenta rápidamente a medida que avanza el desarrollo tecnológico. Es imposible identificar todas las aplicaciones; formarían una lista muy 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. Máquinas de perforación
4. Fresas de mandrilar y perfiladoras
5. Máquinas de electroerosión
6. Prensas punzonadoras y cizallas
7. Máquinas de corte por llama
8. Enrutadores
9. Perfiladores por chorro de agua y láser
10. Rectificadoras cilíndricas
11. Máquinas de soldar
12. Dobladoras, bobinadoras, 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 prácticamente por igual. Algunas industrias pueden dar una mayor demanda de un grupo de máquinas, dependiendo de sus necesidades. Hay que recordar que hay muchos tipos diferentes de tornos e igualmente muchos tipos diferentes de centros de mecanizado. Sin embargo, el proceso de programación para una máquina vertical es similar al de una máquina horizontal o una fresadora CNC simple. Incluso entre diferentes grupos de máquinas, hay una gran cantidad de aplicaciones generales y el proceso de programación es generalmente el mismo. Por ejemplo, un contorno fresado con una fresa de extremo tiene mucho en común con un contorno cortado con un alambre.
Fresadoras y centros de mecanizado
El número estándar de ejes en una fresadora es 3: los ejes X, Y y Z. La pieza configurada en un sistema de fresado es una herramienta de corte que gira, puede moverse hacia arriba y hacia abajo (o hacia adentro y hacia afuera), pero no sigue físicamente la trayectoria de la herramienta.
Las fresadoras CNC, también 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 fresadoras, principalmente por su flexibilidad. El principal beneficio que obtiene el usuario de un centro de mecanizado CNC es la capacidad de agrupar
Para realizar varias operaciones diversas en una única configuración, por ejemplo, se pueden incorporar en un único programa CNC perforaciones, mandrilados, avellanados, roscados, refrentados y fresados 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 funciones. Los centros de mecanizado CNC se pueden equipar 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.
Existen dos diseños básicos de un centro de mecanizado CNC típico. Están los centros de mecanizado verticales y los 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 2 o más caras en una sola configuración es más conveniente para realizarlo en un centro de mecanizado CNC horizontal. Un buen ejemplo es la carcasa de la bomba y otras formas similares a cubos. También se puede realizar algún mecanizado de múltiples caras de piezas pequeñas en un centro de mecanizado CNC vertical 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 puede ser un eje de posicionamiento simple (eje de indexación) para la mesa o un eje completamente giratorio para el contorneado simultáneo.
Este manual se centra en las aplicaciones de los centros de mecanizado verticales CNC, con una sección especial dedicada a la configuración y el mecanizado horizontales. Los métodos de programación también son aplicables a las pequeñas fresadoras CNC o a las taladradoras y/o roscadoras, pero el programador debe tener en cuenta sus limitaciones.
Tornos y Centros de Torneado
Un torno CNC es 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 está fija, montada en una torreta deslizante. La herramienta de corte sigue el contorno de la trayectoria de la herramienta programada. En el torno CNC con un accesorio de fresado, llamado herramienta motorizada, la herramienta de fresado tiene su propio motor y gira mientras el husillo está fijo.
El diseño moderno de un torno puede ser horizontal o vertical. El tipo horizontal es mucho más común que el 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, tan versátil de hecho que a menudo se lo llama 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.
PERSONAL PARA CNC
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 se encarga de la programación y la otra del mecanizado. Sus respectivos números y funciones suelen depender de las preferencias de la empresa, de su tamaño y del producto que se fabrique 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.
Programador CNC
El programador CNC suele ser la persona con mayor responsabilidad en el taller de máquinas CNC. Esta persona suele ser responsable del éxito de la tecnología de control numérico en la planta. Asimismo, esta persona es responsable de los problemas relacionados con las operaciones CNC.
Aunque las funciones pueden variar, el programador también es responsable de diversas 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 fábricas restrictivas 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 sobre la mejor metodología de fabricación en todos los aspectos.
Además de las habilidades de mecanizado, el programador CNC debe tener conocimientos de principios matemáticos, principalmente la aplicación de ecuaciones, soluciones de arcos y ángulos. Igualmente importante es el conocimiento de 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 otras 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.
Operador de máquina CNC
El operador de la máquina herramienta CNC es un puesto complementario al del programador CNC. El programador y el operador pueden coexistir en una sola persona, como ocurre en muchos talleres pequeños. Aunque la mayoría de las tareas que realizaba el operador de la máquina convencional se han transferido al programa CNC, el operador CNC tiene muchas responsabilidades exclusivas. 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 algunas inspecciones 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 la 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 CNC, al ser el que está más cerca del mecanizado real, sabe exactamente hasta qué punto se pueden lograr esas mejoras.
Justificando el costo del CNC
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 que se debe tener en cuenta es el costo de la máquina. Algunos proveedores ofrecen paquetes que incluyen instalación, capacitación sobre el 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.
Trabajo ligero
Las máquinas de gama baja cuestan desde $2,000 a $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 pieza de 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 se puede programar para perforar orificios de hardware en los frentes de los cajones antes del ensamblaje.
Trabajos de tipo medio
Las máquinas CNC de gama media costarán entre $10,000 y $100,000. Estas máquinas están construidas con acero o aluminio de mayor calibre. Pueden utilizar motores paso a paso y, a veces, servomotores; y utilizan transmisiones de piñón y cremallera o transmisiones por correa. Tendrán un controlador independiente y ofrecerán una buena variedad de opciones, como cambiadores automáticos de herramientas y mesas de vacío. Estas máquinas están diseñadas para un uso más intensivo en la industria de la señalización y para aplicaciones de procesamiento de paneles ligeros.
Son una buena opción para empresas de nueva creación con recursos o mano de obra limitados. Pueden realizar la mayoría de las operaciones necesarias en la ebanistería, aunque no con el mismo grado de sofisticación ni con la misma eficiencia.
Fuerza industrial
Los enrutadores de alta gama cuestan más de $100,000. Esto incluye una amplia gama de máquinas de 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 generalmente las instala el fabricante y, a menudo, se incluye capacitación.
Envío
El transporte de una fresadora CNC conlleva un coste considerable. Dado que las fresadoras pesan entre unos pocos cientos de libras y varias toneladas, los costes de la fresadora pueden oscilar entre $200 hasta $5,000 o más, dependiendo de 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 concesionario. También se pueden incurrir en costos adicionales solo para llevar la máquina adentro una vez que se entrega, ya que siempre es una buena idea utilizar aparejadores profesionales para lidiar con este tipo de operación.
Instalación y entrenamiento
Los proveedores de CNC generalmente cobran desde $300 hasta $1000 por día por los costos de instalación. Puede llevar desde medio día hasta una semana completa instalar y probar el enrutador. Este costo podría estar incluido en el precio de compra de la máquina. Algunos proveedores brindarán capacitación gratuita sobre cómo usar el hardware y el software, generalmente en el sitio, mientras que otros cobrarán $300 hasta $1,000 por día por este servicio.
SEGURIDAD RELACIONADA CON EL TRABAJO CNC
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 título de esta sección no indica si la seguridad está orientada al nivel de programación o al de mecanizado. Lo cierto es que la seguridad es totalmente independiente, funciona 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 está relacionada con el mecanizado y el funcionamiento de la máquina, tal vez también con la configuración. Esto es totalmente cierto, pero no presenta una imagen completa.
La seguridad es el elemento más importante en la programación, configuración, mecanizado, mecanizado, montaje, inspección, desbaste y demás operaciones que se realizan a diario en un taller mecánico. Nunca se insistirá lo suficiente en la seguridad. Las empresas hablan de seguridad, realizan reuniones de seguridad, colocan carteles, hacen discursos y llaman a expertos. Esta masa de información e instrucciones se nos presenta a todos por muy buenas razones. Muchas de ellas se transmiten a raíz de sucesos trágicos del pasado: muchas leyes, normas y reglamentos se han redactado como resultado de investigaciones y pesquisas sobre accidentes graves.
A primera vista, puede parecer que en el trabajo con CNC la seguridad es una cuestión secundaria. 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 autocomplacencia 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 hay algunos puntos importantes relacionados con el trabajo con CNC. Todo maquinista debe conocer los peligros de los dispositivos mecánicos y eléctricos. El primer paso para lograr un lugar de trabajo seguro es contar con un área de trabajo limpia, donde no se permita que se acumulen virutas, derrames de aceite ni 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 esté en funcionamiento, deben estar instalados los dispositivos de protección y no debe haber piezas móviles expuestas. 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 áreas de alto voltaje, los polipastos, etc. Desconectar cualquier dispositivo de seguridad o interbloqueo es peligroso y también ilegal si no se cuenta con las habilidades y la autorización adecuadas.
En la programación, también es importante respetar 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 y el ancho del corte, las características de la herramienta, todo ello tiene un profundo efecto en la seguridad general.
Todas estas ideas son sólo un breve resumen y un recordatorio de que la seguridad siempre debe tomarse en serio.
