O mecanizado de precisión é un proceso para eliminar o material dunha peza durante a realización de acabados de tolerancia próxima. A máquina de precisión ten moitos tipos, incluíndo fresado, torneado e mecanizado de descarga eléctrica. Unha máquina de precisión hoxe en día contrólase normalmente mediante un control numérico por computadora (CNC).
Case todos os produtos metálicos utilizan mecanizado de precisión, como moitos outros materiais como o plástico e a madeira. Estas máquinas son operadas por maquinistas especializados e adestrados. Para que a ferramenta de corte poida facer o seu traballo, debe moverse nas direccións especificadas para facer o corte correcto. Este movemento primario chámase "velocidade de corte". A peza tamén se pode mover, coñecido como o movemento secundario da "alimentación". Xuntos, estes movementos e a nitidez da ferramenta de corte permiten que a máquina de precisión funcione.
O mecanizado de precisión de calidade require a capacidade de seguir planos moi específicos feitos por programas CAD (deseño asistido por ordenador) ou CAM (fabricación asistida por ordenador) como AutoCAD e TurboCAD. O software pode axudar a producir esquemas ou esquemas tridimensionais complexos necesarios para fabricar unha ferramenta, máquina ou obxecto. Estes planos deben cumprirse con moito detalle para garantir que un produto conserva a súa integridade. Aínda que a maioría das empresas de mecanizado de precisión traballan con algún tipo de programas CAD / CAM, aínda traballan a miúdo con bosquexos a man nas fases iniciais dun deseño.
O mecanizado de precisión utilízase en varios materiais, incluíndo aceiro, bronce, grafito, vidro e plásticos por citar algúns. Dependendo do tamaño do proxecto e dos materiais a empregar, empregaranse varias ferramentas de mecanizado de precisión. Pódese empregar calquera combinación de tornos, fresadoras, prensas de perforación, serras e moedor e incluso robótica de alta velocidade. A industria aeroespacial pode usar mecanizado a alta velocidade, mentres que unha industria de fabricación de ferramentas para carpintería de madeira pode utilizar procesos de gravado e fresado fotochimicos. A eliminación dunha carreira, ou unha cantidade específica de calquera elemento en particular, pode contar por miles ou só algúns. O mecanizado de precisión a miúdo require a programación de dispositivos CNC, o que significa que son controlados numéricamente por ordenador. O dispositivo CNC permite seguir as dimensións exactas ao longo do ciclo dun produto.
O fresado é o proceso de mecanizado mediante o uso de cortadoras rotativas para eliminar o material dunha peza avanzando (ou alimentando) a cortadora cara á peza nunha determinada dirección. A cortadora tamén se pode manter nun ángulo en relación ao eixo da ferramenta. A moenda abrangue unha gran variedade de operacións e máquinas diferentes, en escalas desde pequenas pezas individuais ata grandes e pesadas operacións de moagem. É un dos procesos máis usados para mecanizar pezas personalizadas ata tolerancias precisas.
O fresado pódese facer cunha ampla gama de máquinas-ferramenta. A clase orixinal de máquinas-ferramenta para fresar era a fresadora (a miúdo chamada muíño). Despois da chegada do control numérico por computadora (CNC), as fresadoras evolucionaron cara a centros de mecanizado: fresadoras aumentadas por trocadores de ferramentas automáticos, cargadores ou cargadores de ferramentas, capacidade CNC, sistemas de refrixeración e armarios. Os centros de fresado normalmente clasifícanse como centros de mecanizado vertical (VMC) ou centros de mecanizado horizontal (HMC).
A integración do fresado en entornos de torneado, e viceversa, comezou con ferramentas en vivo para tornos e o uso ocasional de muíños para operacións de torneado. Isto levou a unha nova clase de máquinas-ferramentas, as máquinas multitarea (MTM), que están deseñadas especialmente para facilitar o fresado e xiro dentro do mesmo sobre de traballo.
Para os enxeñeiros de deseño, equipos de I + D e fabricantes que dependen do abastecemento de pezas, o mecanizado CNC de precisión permite a creación de pezas complexas sen procesamento adicional. De feito, o mecanizado CNC de precisión a miúdo fai posible a fabricación de pezas acabadas nunha mesma máquina.
O proceso de mecanizado elimina o material e usa unha ampla gama de ferramentas de corte para crear o deseño final e moitas veces moi complexo dunha peza. O nivel de precisión mellórase mediante o control numérico por ordenador (CNC), que se usa para automatizar o control das ferramentas de mecanizado.
O papel do "CNC" no mecanizado de precisión
Usando instrucións de programación codificadas, o mecanizado CNC de precisión permite cortar e conformar unha peza segundo as especificacións sen a intervención manual dun operador da máquina.
Tomando un modelo de deseño asistido por ordenador (CAD) proporcionado por un cliente, un maquinista experto utiliza un software de fabricación asistida por ordenador (CAM) para crear as instrucións para mecanizar a peza. Baseado no modelo CAD, o software determina que rutas de ferramentas son necesarias e xera o código de programación que indica á máquina:
■ Cales son as RPM e as velocidades de avance correctas
■ Cando e onde mover a ferramenta e / ou a peza
■ Que profundidade hai que cortar
■ Cando aplicar refrixerante
■ Calquera outro factor relacionado coa velocidade, a velocidade de avance e a coordinación
Un controlador CNC usa entón o código de programación para controlar, automatizar e supervisar os movementos da máquina.
Hoxe en día, o CNC é unha característica integrada nunha ampla gama de equipos, desde tornos, fábricas e encamiñadores ata máquinas de corte por láser e electroerosión (máquinas de descarga eléctrica), láser e plasma. Ademais de automatizar o proceso de mecanizado e mellorar a precisión, o CNC elimina as tarefas manuais e libera aos maquinistas para supervisar varias máquinas funcionando ao mesmo tempo.
Ademais, unha vez deseñada a ruta da ferramenta e programada unha máquina, pode executar unha parte varias veces. Isto proporciona un alto nivel de precisión e repetibilidade, o que á súa vez fai que o proceso sexa moi rendible e escalable.
Materiais que se mecanizan
Algúns metais que se mecanizan normalmente inclúen aluminio, latón, bronce, cobre, aceiro, titanio e cinc. Ademais, tamén se poden mecanizar madeira, escuma, fibra de vidro e plásticos como o polipropileno.
De feito, case calquera material pode usarse con mecanizado CNC de precisión, por suposto, dependendo da aplicación e dos seus requirimentos.
Algunhas vantaxes do mecanizado CNC de precisión
Para moitas das pequenas pezas e compoñentes que se usan nunha ampla gama de produtos fabricados, o mecanizado CNC de precisión adoita ser o método de fabricación elixido.
Como é certo en practicamente todos os métodos de corte e mecanizado, os distintos materiais compórtanse de xeito diferente e o tamaño e a forma dun compoñente tamén teñen un grande impacto no proceso. Non obstante, en xeral o proceso de mecanizado CNC de precisión ofrece vantaxes sobre outros métodos de mecanizado.
Isto é debido a que o mecanizado CNC é capaz de ofrecer:
■ Un alto grao de complexidade das pezas
■ Tolerancias axustadas, normalmente de ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) a ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Acabados superficiais excepcionalmente lisos, incluídos acabados personalizados
■ Repetibilidade, incluso con altos volumes
Mentres un maquinista experto pode usar un torno manual para facer unha peza de calidade en cantidades de 10 ou 100, que pasa cando necesitas 1.000 pezas? 10.000 partes? 100.000 ou un millón de pezas?
Co mecanizado CNC de precisión, pode obter a escalabilidade e velocidade necesarias para este tipo de produción de gran volume. Ademais, a alta repetibilidade do mecanizado CNC de precisión ofrécelle pezas iguais desde o principio ata o final, por moitas pezas que estea producindo.
Hai algúns métodos moi especializados de mecanizado CNC, incluíndo electroerosión por fíos (mecanizado de descarga eléctrica), mecanizado aditivo e impresión con láser 3D. Por exemplo, a electroerosión por fío usa materiais condutores (normalmente metais) e descargas eléctricas para erosionar unha peza de traballo en formas intrincadas.
Non obstante, aquí centrarémonos nos procesos de fresado e torneado, dous métodos subtractivos que están amplamente dispoñibles e que se usan con frecuencia para o mecanizado CNC de precisión.
Fresado vs. torneado
O fresado é un proceso de mecanizado que utiliza unha ferramenta de corte rotativa e cilíndrica para eliminar o material e crear formas. Os equipos de fresado, coñecidos como un muíño ou un centro de mecanizado, realizan un universo de xeometrías de pezas complexas nalgúns dos obxectos máis grandes de metal mecanizado.
Unha característica importante do fresado é que a peza permanece estacionaria mentres xira a ferramenta de corte. Noutras palabras, sobre un muíño, a ferramenta de corte rotativa móvese arredor da peza de traballo, que permanece fixada no lugar sobre unha cama.
Xirar é o proceso de corte ou conformación dunha peza nun equipo chamado torno. Normalmente, o torno fai xirar a peza nun eixe vertical ou horizontal mentres unha ferramenta de corte fixa (que pode xirar ou non) móvese ao longo do eixe programado.
A ferramenta non pode fisicamente dar a volta á peza. O material xira, permitindo á ferramenta realizar as operacións programadas. (Hai un subconxunto de tornos nos que as ferramentas xiran ao redor dun fío alimentado por bobina, pero non está cuberto aquí).
No xiro, a diferenza do fresado, a peza xira. O stock de pezas xira o fuso do torno e a ferramenta de corte ponse en contacto coa peza.
Mecanizado manual vs. CNC
Aínda que tanto os muíños como os tornos están dispoñibles en modelos manuais, as máquinas CNC son máis apropiadas para fins de fabricación de pezas pequenas, ofrecendo escalabilidade e repetibilidade para aplicacións que requiren unha produción de volume elevado de pezas de tolerancia axustada.
Ademais de ofrecer máquinas simples de 2 eixes nas que a ferramenta se move nos eixes X e Z, os equipos CNC de precisión inclúen modelos de varios eixes nos que tamén se pode mover a peza. Isto contrasta cun torno onde a peza está limitada a xirar e as ferramentas moveranse para crear a xeometría desexada.
Estas configuracións multi-eixo permiten a produción de xeometrías máis complexas nunha soa operación, sen que o operador da máquina precise un traballo adicional. Isto non só facilita a produción de pezas complexas, senón que tamén reduce ou elimina a posibilidade de erro do operador.
Ademais, o uso de refrixerante de alta presión con mecanizado CNC de precisión garante que os chips non entren nas obras, incluso cando se utiliza unha máquina cun fuso orientado verticalmente.
Muíños CNC
Diferentes fresadoras varían nos seus tamaños, configuracións de eixes, velocidades de avance, velocidade de corte, dirección de avance de fresado e outras características.
Non obstante, en xeral, as fresas CNC utilizan un fuso xiratorio para cortar o material non desexado. Úsanse para cortar metais duros como aceiro e titanio pero tamén se poden empregar con materiais como o plástico e o aluminio.
As fábricas CNC están construídas para a repetibilidade e pódense usar para todo, desde prototipado ata produción de alto volume. Os muíños CNC de precisión de gama alta úsanse a miúdo para traballos de tolerancia axustada, como fresar matrices finas e moldes.
Mentres que o fresado CNC pode dar un xiro rápido, o acabado fresado crea pezas con marcas de ferramentas visibles. Tamén pode producir pezas con algúns bordos afiados e rebabas, polo que poden ser necesarios procesos adicionais se os bordos e rebabas son inaceptables para esas características.
Por suposto, as ferramentas de desbarbado programadas na secuencia desbarbarán, aínda que normalmente acadan o 90% do requisito finalizado, deixando algunhas características para o acabado final a man.
En canto ao acabado superficial, hai ferramentas que producirán non só un acabado superficial aceptable, senón tamén un acabado similar a un espello en porcións do produto de traballo.
Tipos de fresas CNC
Os dous tipos básicos de fresadoras coñécense como centros de mecanizado verticais e centros de mecanizado horizontais, onde a principal diferenza está na orientación do fuso da máquina.
Un centro de mecanizado vertical é un muíño no que o eixe do fuso está aliñado na dirección do eixe Z. Estas máquinas verticais pódense dividir en dous tipos:
■ Muíños de leito, nos que o fuso se move paralelo ao seu propio eixe mentres a mesa móvese perpendicular ao eixe do fuso
■ Muíños de torreta, nos que o fuso está parado e a mesa móvese de xeito que sempre sexa perpendicular e paralela ao eixo do fuso durante a operación de corte.
Nun centro de mecanizado horizontal, o eixe do fuso do muíño está aliñado nunha dirección do eixo Y. A estrutura horizontal significa que estas fábricas adoitan ocupar máis espazo no chan da fábrica; xeralmente tamén son máis pesados e máis potentes que as máquinas verticais.
A miúdo úsase un muíño horizontal cando se precisa un mellor acabado superficial; porque a orientación do fuso significa que as astillas de corte caen naturalmente e elimínanse facilmente. (Como vantaxe adicional, a eliminación eficiente de chips axuda a aumentar a vida útil da ferramenta.)
En xeral, os centros de mecanizado verticais son máis frecuentes porque poden ser tan potentes como os centros de mecanizado horizontais e poden manexar pezas moi pequenas. Ademais, os centros verticais teñen unha pegada menor que os centros de mecanizado horizontais.
Fresadoras CNC multieixe
Os centros de fresado CNC de precisión están dispoñibles con múltiples eixes. Un muíño de 3 eixes utiliza os eixes X, Y e Z para unha gran variedade de traballos. Cun fresado de 4 eixes, a máquina pode xirar nun eixe vertical e horizontal e mover a peza para permitir un mecanizado máis continuo.
Un muíño de 5 eixes ten tres eixos tradicionais e dous eixos rotativos adicionais, o que permite xirar a peza a medida que a cabeza do fuso móvese ao seu redor. Isto permite mecanizar cinco lados dunha peza sen retirar a peza e restablecer a máquina.
Tornos CNC
Un torno - tamén chamado centro de xiro - ten un ou máis fusos e eixes X e Z. A máquina úsase para xirar unha peza no seu eixo para realizar varias operacións de corte e conformación, aplicando unha ampla gama de ferramentas á peza.
Os tornos CNC, que tamén se denominan tornos de ferramentas de acción activa, son ideais para crear pezas cilíndricas ou esféricas simétricas. Do mesmo xeito que as fábricas CNC, os tornos CNC poden manexar operacións máis pequenas, como prototipado, pero tamén se poden configurar para unha alta repetibilidade, soportando unha produción de gran volume.
Os tornos CNC tamén se poden configurar para unha produción relativamente mans libres, o que os fai moi utilizados nas industrias de automoción, electrónica, aeroespacial, robótica e dispositivos médicos.
Como funciona un torno CNC
Cun torno CNC cárgase unha barra en branco de material común no mandril do fuso do torno. Este mandril mantén a peza no lugar mentres o fuso xira. Cando o fuso alcanza a velocidade requirida, unha ferramenta de corte estacionaria ponse en contacto coa peza para eliminar o material e conseguir a xeometría correcta.
Un torno CNC pode realizar varias operacións, como perforación, roscado, taladrado, escariado, paramento e xiro cónico. As diferentes operacións requiren cambios na ferramenta e poden aumentar o custo e o tempo de configuración.
Cando se completen todas as operacións de mecanizado requiridas, a parte córtase do stock para posterior procesamento, se fose necesario. O torno CNC está listo para repetir a operación, con pouco ou ningún tempo de configuración adicional normalmente requirido polo medio.
Os tornos CNC tamén poden acomodar unha variedade de alimentadores de barras automáticos, que reducen a cantidade de manipulación manual de materias primas e proporcionan vantaxes como as seguintes:
■ Reduce o tempo e o esforzo necesarios para o operador da máquina
■ Soporte a barra de barras para reducir as vibracións que poden afectar negativamente á precisión
■ Permitir que a máquina ferramenta funcione a velocidades óptimas do fuso
■ Minimiza os tempos de cambio
■ Reducir os residuos materiais
Tipos de tornos CNC
Existen varios tipos de tornos diferentes, pero os máis comúns son os tornos CNC de 2 eixes e os tornos automáticos á China.
A maioría dos tornos CNC China empregan un ou dous husos principais máis un ou dous husos traseiros (ou secundarios), con transferencia rotativa responsable do primeiro. O fuso principal realiza a operación de mecanizado principal, coa axuda dun casquillo guía.
Ademais, algúns tornos estilo China veñen equipados cun segundo cabezal de ferramenta que funciona como un muíño CNC.
Cun torno automático CNC ao estilo China, o material de stock aliméntase a través dun fuso de cabeza deslizante cara a un casquillo guía. Isto permite á ferramenta cortar o material máis preto do punto no que se apoia o material, o que fai que a máquina China sexa especialmente beneficiosa para pezas longas e delgadas e para micromecanizado.
Os centros de xiro CNC multi-eixe e os tornos á China poden realizar múltiples operacións de mecanizado cunha soa máquina. Isto convérteos nunha opción rendible para xeometrías complexas que doutro xeito requirirían varias máquinas ou cambios de ferramentas usando equipos como unha fábrica CNC tradicional.