O mecanizado de precisión é un proceso para eliminar o material dunha peza de traballo durante os acabados de tolerancia. A máquina de precisión ten moitos tipos, incluíndo o fresado, o xiro e o mecanizado de descarga eléctrica. Unha máquina de precisión hoxe en día xeralmente é controlada mediante un controis numéricos do ordenador (CNC).
Case todos os produtos metálicos usan mecanizado de precisión, do mesmo xeito que moitos outros materiais como plástico e madeira. Estas máquinas son operadas por maquinistas especializados e adestrados. Para que a ferramenta de corte faga o seu traballo, debe moverse en direccións especificadas para facer o corte correcto. Este movemento primario chámase "velocidade de corte". A peza tamén se pode mover, coñecida como o movemento secundario de "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 modelos extremadamente 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 necesarios diagramas ou contornos complexos para o fabricante dunha ferramenta, máquina ou obxecto. Estes modelos deben cumprirse con grandes detalles para asegurarse de que un produto conserva a súa integridade. Aínda que a maioría das empresas de mecanizado de precisión traballan con algunha forma de programas CAD/CAM, aínda funcionan a miúdo con bosquexos deseñados a man nas fases iniciais dun deseño.
O mecanizado de precisión úsase en varios materiais, incluíndo aceiro, bronce, grafito, vidro e plásticos para 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, máquinas frescas, prensas de perforación, serras e amoladoras e incluso robótica de alta velocidade. A industria aeroespacial pode usar mecanizado de alta velocidade, mentres que unha industria de fabricación de ferramentas de madeira pode usar procesos de grabación e fresado foto-químicos. A caída dunha carreira ou unha cantidade específica de calquera elemento en particular, pode número nos miles ou só ser algúns. O mecanizado de precisión require a miúdo a programación de dispositivos CNC, o que significa que están controlados por computadora numericamente. O dispositivo CNC permite seguir as dimensións exactas ao longo da execución dun produto.
O fresado é o proceso de mecanizado de usar cortadores rotativos para eliminar o material dunha peza avanzando (ou alimentar) o cortador na peza de traballo nunha determinada dirección. O cortador tamén se pode manter nun ángulo en relación ao eixe da ferramenta. O fresado cobre unha gran variedade de diferentes operacións e máquinas, a escalas, desde pequenas pezas individuais ata grandes operacións de fresado de bandas resistentes. É un dos procesos máis empregados para mecanizar pezas personalizadas a tolerancias precisas.
O fresado pódese facer cunha ampla gama de máquinas -ferramentas. A clase orixinal de máquinas -ferramentas para o fresado era a fresadora (a miúdo chamada muíño). Tras a chegada do control numérico da computadora (CNC), as máquinas de fresado evolucionaron en centros de mecanizado: máquinas frescas aumentadas por cambiadores de ferramentas automáticas, revistas de ferramentas ou carruseles, capacidade CNC, sistemas de refrixeración e recintos. Os centros de fresado clasifícanse xeralmente como centros de mecanizado vertical (VMCs) ou centros de mecanizado horizontal (HMCs).
A integración do fresado en contornas de xiro e viceversa comezou con ferramentas en directo para tornos e o uso ocasional de muíños para as operacións de xiro. Isto levou a unha nova clase de máquinas-ferramentas, máquinas multitasking (MTMS), que están feitas a propósito para facilitar o fresado e xirar dentro do mesmo sobre de traballo.
Para enxeñeiros de deseño, equipos de I + D e fabricantes que dependen do abastecemento de parte, o mecanizado CNC de precisión permite a creación de pezas complexas sen procesamento adicional. De feito, o mecanizado CNC de precisión adoita facer posible que as pezas acabadas se fagan nunha única máquina.
O proceso de mecanizado elimina material e usa unha ampla gama de ferramentas de corte para crear o deseño final e a miúdo altamente complexo dunha parte. O nivel de precisión mellórase mediante o uso de control numérico de computadora (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 que unha peza de traballo sexa cortada e conformada a especificacións sen intervención manual por un operador de máquinas.
Tomando un modelo de deseño asistido por ordenador (CAD) proporcionado por un cliente, un maquinista experto usa software de fabricación asistida por ordenador (CAM) para crear as instrucións para mecanizar a parte. Con base no modelo CAD, o software determina que rutas de ferramentas son necesarias e xera o código de programación que indica á máquina:
■ Cales son os RPM e as taxas de alimentación correctas
■ Cando e onde mover a ferramenta e/ou a peza de traballo
■ Que profundo para cortar
■ Cando aplicar o refrixerante
■ Calquera outros factores relacionados coa velocidade, a taxa de alimentación e a coordinación
Un controlador CNC usa entón o código de programación para controlar, automatizar e supervisar os movementos da máquina.
Hoxe, CNC é unha característica incorporada dunha ampla gama de equipos, desde tornos, muíños e enrutadores ata EDM (mecanizado de descarga eléctrica), láser e máquinas de corte de 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 que funcionan ao mesmo tempo.
Ademais, unha vez deseñado unha ruta de ferramentas e está programada unha máquina, pode executar unha parte calquera das 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 son normalmente mecanizados inclúen aluminio, latón, bronce, cobre, aceiro, titanio e cinc. Ademais, tamén se poden mecanizar a madeira, a escuma, a fibra de vidro e os plásticos como o polipropileno.
De feito, case calquera material pódese usar con mecanizado de CNC de precisión, por suposto, segundo a aplicación e os seus requisitos.
Algunhas vantaxes do mecanizado CNC de precisión
Para moitas das pezas e compoñentes pequenos que se usan nunha ampla gama de produtos fabricados, o mecanizado CNC de precisión adoita ser o método de fabricación de elección.
Como é certo en practicamente todos os métodos de corte e mecanizado, os diferentes materiais compórtanse de forma diferente e o tamaño e a forma dun compoñente tamén teñen un gran impacto no proceso. Non obstante, en xeral, o proceso de mecanizado de CNC de precisión ofrece vantaxes sobre outros métodos de mecanizado.
Isto débese a que o mecanizado CNC é capaz de entregar:
■ Un alto grao de complexidade de parte
■ Tolerancias axustadas, normalmente que van desde ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) ata ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Acabos superficiais excepcionalmente lisos, incluídos acabados personalizados
■ repetibilidade, incluso en altos volumes
Aínda que un maquinista especializado pode usar un torno manual para facer unha parte de calidade en cantidades de 10 ou 100, que pasa cando necesitas 1.000 partes? 10.000 partes? 100.000 ou un millón de partes?
Con mecanizado CNC de precisión, podes obter a escalabilidade e a velocidade necesarias para este tipo de produción de alto volume. Ademais, a alta repetibilidade de mecanizado CNC de precisión ofrécelle pezas que son iguais desde o principio ata o final, non importa cantas partes estás producindo.
Hai algúns métodos moi especializados de mecanizado CNC, incluíndo EDM de arame (mecanizado de descarga eléctrica), mecanizado aditivo e impresión láser 3D. Por exemplo, Wire EDM usa materiais condutores -normalmente metais -e descargas eléctricas para erosionar unha peza en formas complexas.
Non obstante, aquí centrarémonos nos procesos de fresado e xiro: dous métodos subtractivos amplamente dispoñibles e usados frecuentemente para o mecanizado de CNC de precisión.
Milling vs. xirar
O fresado é un proceso de mecanizado que usa unha ferramenta de corte rotativa e cilíndrica para eliminar material e crear formas. Os equipos de fresado, coñecidos como muíño ou un centro de mecanizado, realizan un universo de xeometrías de parte complexa nalgúns dos maiores obxectos mecanizados.
Unha característica importante do fresado é que a peza permanece estacionaria mentres xira a ferramenta de corte. Noutras palabras, nun muíño, a ferramenta de corte rotativa móvese ao redor da peza, que permanece fixada no lugar nunha cama.
O xiro é o proceso de corte ou conformación dunha peza de traballo en equipo chamado torno. Normalmente, o torno xira a peza de traballo nun eixe vertical ou horizontal mentres se move unha ferramenta de corte fixa (que pode estar ou non xirar) ao longo do eixe programado.
A ferramenta non pode dar unha volta fisicamente pola parte. O material xira, permitindo que a ferramenta realice as operacións programadas. (Hai un subconxunto de tornos nos que as ferramentas xiran arredor dun fío alimentado por bobinas, con todo, que non está cuberto aquí.)
Ao xirar, a diferenza do fresado, a peza xira. O stock de parte acende o fuso do torno e a ferramenta de corte ponse en contacto coa peza de traballo.
Manual vs. mecanizado CNC
Aínda que tanto os muíños como os tornos están dispoñibles en modelos manuais, as máquinas CNC son máis adecuadas para fins de fabricación de pezas pequenas, ofrecendo escalabilidade e repetibilidade para aplicacións que requiren unha produción de alto volume de pezas de tolerancia axustadas.
Ademais de ofrecer máquinas sinxelas 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 a peza tamén pode moverse. Isto é en contraste cun torno onde a peza está limitada a xirar e as ferramentas moveranse para crear a xeometría desexada.
Estas configuracións de varios eixes permiten a produción de xeometrías máis complexas nunha única operación, sen necesidade de traballo adicional por parte do operador da máquina. 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 de CNC de precisión asegura que as patacas fritas non entran nas obras, incluso cando utilizan unha máquina cun eixo orientado verticalmente.
CNC Mills
Diferentes máquinas de fresado varían nos seus tamaños, configuracións do eixe, taxas de alimentación, velocidade de corte, dirección de alimentación de fresado e outras características.
Non obstante, en xeral, CNC Mills utilizan un fuso rotativo para cortar material non desexado. Úsanse para cortar metais duros como o aceiro e o titanio, pero tamén se poden usar con materiais como o plástico e o aluminio.
As fábricas CNC están construídas para a repetibilidade e pódense usar para todo, desde o prototipado ata a produción de alto volume. As fábricas de CNC de precisión de alta gama úsanse a miúdo para un traballo de tolerancia axustada como o fresado e os moldes finos.
Mentres que o fresado CNC pode ofrecer un cambio rápido, o acabado Milled crea pezas con marcas de ferramentas visibles. Tamén pode producir pezas con algúns bordos afiados e borras, polo que poden ser necesarios procesos adicionais se os bordos e as burras son inaceptables para esas características.
Por suposto, as ferramentas de deburramento programadas na secuencia Deburr, aínda que normalmente conseguirán o 90% do requisito acabado como máximo, deixando algunhas características para o remate final da man.
En canto ao acabado superficial, hai ferramentas que producirán non só un acabado superficial aceptable, senón tamén un acabado semellante ao espello en partes do produto de traballo.
Tipos de muíños CNC
Os dous tipos básicos de fresas son coñecidas como centros de mecanizado vertical e centros de mecanizado horizontal, onde a diferenza principal está na orientación do fuso da máquina.
Un centro de mecanizado vertical é un muíño no que o eixe do fuso está aliñado nunha dirección do eixe z. Estas máquinas verticais pódense dividir en dous tipos:
■ Muíños de cama, nos que o fuso se move paralelo ao seu propio eixe mentres a táboa móvese perpendicular ao eixe do fuso
■ Muíños de torreta, nos que o fuso está estacionario e a táboa móvese de xeito que sempre é perpendicular e paralelo ao eixe do fuso durante a operación de corte
Nun centro de mecanizado horizontal, o eixe do fuso do muíño está aliñado nunha dirección do eixe Y. A estrutura horizontal significa que estes muíños tenden a ocupar máis espazo no chan da tenda; Tamén son xeralmente máis pesados de peso e máis poderosos que as máquinas verticais.
A miúdo úsase un muíño horizontal cando se necesita un mellor acabado superficial; Isto débese a que a orientación do eixo significa que os chips de corte caen naturalmente e se eliminan facilmente. (Como beneficio adicional, a eliminación de chip eficiente axuda a aumentar a vida das ferramentas.)
En xeral, os centros de mecanizado vertical son máis frecuentes porque poden ser tan poderosos como os centros de mecanizado horizontal e poden xestionar pezas moi pequenas. Ademais, os centros verticais teñen unha pegada menor que os centros de mecanizado horizontal.
Muíños CNC de varios eixes
Os centros de fábrica 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 muíño de 4 eixes, a máquina pode xirar sobre un eixe vertical e horizontal e mover a peza para permitir un mecanizado máis continuo.
Un muíño de 5 eixes ten tres eixes tradicionais e dous eixes rotativos adicionais, o que permite xirar a peza a medida que a cabeza do fuso se move ao seu redor. Isto permite que os cinco lados dunha peza se mecanizarán sen eliminar a peza e restablecer a máquina.
Toros 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 eixe para realizar varias operacións de corte e conformación, aplicando unha ampla gama de ferramentas á peza de traballo.
Os tornos CNC, que tamén se chaman tornos de ferramentas de acción en directo, son ideais para crear pezas cilíndricas ou esféricas simétricas. Do mesmo xeito que as fábricas CNC, os tornos CNC poden xestionar operacións máis pequenas como prototipado, pero tamén se poden configurar para unha alta repetibilidade, apoiando a produción de alto volume.
Os tornos CNC tamén se poden configurar para unha produción relativamente libre, o que os fai moi empregados nas industrias de automoción, electrónica, aeroespacial, robótica e dispositivos médicos.
Como funciona un torno cnc
Cun torno CNC, unha barra de material en branco está cargada no chuck do fuso do torno. Este chuck mantén a peza no seu lugar mentres xira o fuso. Cando o fuso alcanza a velocidade requirida, ponse en contacto unha ferramenta de corte estacionaria coa peza para eliminar o material e conseguir a xeometría correcta.
Un torno CNC pode realizar varias operacións, como perforación, rosca, aburrido, reaminamento, cara e xiro cónico. Diferentes operacións requiren cambios de ferramentas 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 o seu posterior procesamento, se é necesario. O torno CNC está preparado para repetir a operación, con pouco ou ningún tempo adicional de configuración normalmente requirido entre eles.
Os tornos CNC tamén poden acomodar unha variedade de alimentadores de barras automáticas, que reducen a cantidade de manexo manual de materias primas e proporcionan vantaxes como as seguintes:
■ Reducir o tempo e o esforzo requiridos do operador da máquina
■ Apoia o barstock para reducir as vibracións que poden afectar negativamente á precisión
■ Permitir que a máquina -ferramenta funcione a velocidades óptimas do eixo
■ Minimizar os tempos de cambio
■ Reducir os residuos de material
Tipos de tornos CNC
Hai varios tipos de tornos diferentes, pero os máis comúns son os tornos CNC de 2 eixes e os tornos automáticos ao estilo China.
A maioría dos tornos CNC China usan un ou dous fusos principais máis un ou dous fusos de volta (ou secundaria), coa transferencia rotativa responsable do primeiro. O eixo principal realiza a operación de mecanizado principal, coa axuda dun buque de guía.
Ademais, algúns tornos de estilo China veñen equipados cunha segunda cabeza de ferramenta que funciona como un muíño CNC.
Cun torno automático ao estilo CNC China, o material de stock é alimentado a través dun fuso de cabeza deslizante nun taboleiro de guía. Isto permite que a ferramenta poida reducir o material máis preto do punto en que o material está soportado, facendo que a máquina China sexa especialmente beneficiosa para pezas longas e esveltas e para a micromachinización.
Os centros de xiro CNC de varios eixes e os tornos ao estilo China poden realizar múltiples operacións de mecanizado mediante unha única máquina. Isto convérteos nunha opción rendible para xeometrías complexas que doutro xeito requirirían múltiples máquinas ou cambios de ferramentas usando equipos como un muíño tradicional de CNC.