O mecanizado de precisión é un proceso para eliminar material dunha peza durante a realización de acabados de tolerancia estreita.A máquina de precisión ten moitos tipos, incluíndo fresado, torneado e mecanizado de descarga eléctrica.Unha máquina de precisión hoxe en día é xeralmente controlada mediante un control numérico por ordenador (CNC).
Case todos os produtos metálicos usan mecanizado de precisión, ao igual que moitos outros materiais como o plástico e a madeira.Estas máquinas son operadas por maquinistas especializados e adestrados.Para que a ferramenta de corte faga o seu traballo, debe moverse nas direccións especificadas para facer o corte correcto.Este movemento primario chámase "velocidade de corte".A peza de traballo tamén se pode mover, coñecido 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 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 os diagramas ou esquemas tridimensionais complexos necesarios para fabricar unha ferramenta, máquina ou obxecto.Estes planos deben cumprirse con moito detalle para garantir que un produto manteña 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 debuxados a man nas fases iniciais dun deseño.
O mecanizado de precisión úsase nunha serie de materiais, incluíndo aceiro, bronce, grafito, vidro e plásticos, por citar algúns.En función do tamaño do proxecto e dos materiais a empregar, empregaranse diversas ferramentas de mecanizado de precisión.Pódese utilizar calquera combinación de tornos, fresadoras, perforadoras, serras e amoladoras, e mesmo robótica de alta velocidade.A industria aeroespacial pode usar mecanizado a alta velocidade, mentres que a industria de fabricación de ferramentas de madeira pode usar procesos de gravado e fresado fotoquímicos.A produción dunha tirada, ou unha cantidade específica dun elemento en particular, pode chegar a miles ou ser só uns poucos.O mecanizado de precisión require a miúdo a programación de dispositivos CNC, o que significa que están controlados por ordenador.O dispositivo CNC permite seguir as dimensións exactas ao longo da execución dun produto.
O fresado é o proceso de mecanizado mediante o uso de fresas rotativas para eliminar material dunha peza facendo avanzar (ou alimentar) a fresa na peza de traballo nunha determinada dirección.O cortador tamén se pode suxeitar nun ángulo relativo ao eixe da ferramenta.O fresado abrangue unha gran variedade de operacións e máquinas diferentes, desde pequenas pezas individuais ata operacións de fresado en grupo grandes e pesados.É un dos procesos máis utilizados para mecanizar pezas personalizadas con tolerancias precisas.
O fresado pódese facer cunha ampla gama de máquinas-ferramenta.A clase orixinal de máquinas-ferramenta para fresar era a fresadora (moitas veces chamada muíño).Despois da chegada do control numérico por ordenador (CNC), as fresadoras evolucionaron ata converterse en centros de mecanizado: fresadoras aumentadas por cambiadores automáticos de ferramentas, almacéns de ferramentas ou carruseles, capacidade CNC, sistemas de refrixeración e recintos.Os centros de fresado clasifícanse xeralmente como centros de mecanizado vertical (VMC) ou centros de mecanizado horizontal (HMC).
A integración do fresado en ambientes de torneado, e viceversa, comezou con ferramentas vivas para tornos e o uso ocasional de muíños para operacións de torneado.Isto levou a unha nova clase de máquinas-ferramenta, as máquinas multitarefa (MTM), que están construídas especialmente para facilitar o fresado e o torneado dentro da mesma envolvente de traballo.
Para os enxeñeiros de deseño, os equipos de I+D e os fabricantes que dependen da subministración de pezas, 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 utiliza unha ampla gama de ferramentas de corte para crear o deseño final, e moitas veces moi complexo, dunha peza.O nivel de precisión realízase mediante o uso de control numérico por ordenador (CNC), que se utiliza 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 dar forma a unha peza de traballo segundo as especificacións sen intervención manual do 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.A partir do modelo CAD, o software determina cales son as rutas de ferramentas necesarias e xera o código de programación que indica á máquina:
■ Cales son as RPM e as velocidades de alimentación correctas
■ Cando e onde mover a ferramenta e/ou peza
■ Que profundidade hai que cortar
■ Cando aplicar refrixerante
■ Calquera outro factor relacionado coa velocidade, a velocidade de avance e a coordinación
A continuación, un controlador CNC usa o código de programación para controlar, automatizar e supervisar os movementos da máquina.
Hoxe, o CNC é unha característica integrada dunha ampla gama de equipos, desde tornos, fresadoras e enrutadores ata máquinas de electroerosión por cable (mecanizado de descarga eléctrica), láser e máquinas de corte por 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 unha ruta da ferramenta e programada unha máquina, pode executar unha peza calquera número de 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 habitualmente 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 pódese usar con mecanizado CNC de precisión, por suposto, dependendo da aplicación e dos 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 preferido.
Como ocorre con practicamente todos os métodos de corte e mecanizado, os distintos 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 CNC de precisión ofrece vantaxes sobre outros métodos de mecanizado.
Isto é porque o mecanizado CNC é capaz de ofrecer:
■ Un alto grao de complexidade das pezas
■ Tolerancias estreitas, normalmente que van de ±0,0002" (±0,00508 mm) a ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Acabados superficiais excepcionalmente lisos, incluíndo acabados personalizados
■ Repetibilidade, mesmo a grandes volumes
Aínda que un maquinista experto pode usar un torno manual para facer unha peza de calidade en cantidades de 10 ou 100, que ocorre cando necesitas 1.000 pezas?10.000 pezas?100.000 ou un millón de pezas?
Co mecanizado CNC de precisión, pode obter a escalabilidade e a velocidade necesarias para este tipo de produción de gran volume.Ademais, a alta repetibilidade do mecanizado CNC de precisión ofrécelle pezas que son todas iguais de principio a fin, sen importar cantas pezas estea producindo.
Existen algúns métodos moi especializados de mecanizado CNC, incluíndo electroerosión por fío (mecanizado de descarga eléctrica), mecanizado aditivo e impresión con láser 3D.Por exemplo, a electroerosión por fío utiliza materiais condutores, normalmente metais, e descargas eléctricas para erosionar unha peza de traballo en formas complicadas.
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 cilíndrica xiratoria para eliminar material e crear formas.Os equipos de fresado, coñecidos como muíño ou centro de mecanizado, realizan un universo de xeometrías de pezas complexas nalgúns dos obxectos metálicos mecanizados máis grandes.
Unha característica importante do fresado é que a peza de traballo permanece estacionaria mentres a ferramenta de corte xira.Noutras palabras, nun muíño, a ferramenta de corte xiratoria móvese arredor da peza de traballo, que permanece fixada nun leito.
O torneado é o proceso de cortar ou conformar unha peza de traballo nun equipo chamado torno.Normalmente, o torno xira a peza nun eixe vertical ou horizontal mentres unha ferramenta de corte fixa (que pode estar xirando ou non) móvese ao longo do eixe programado.
A ferramenta non pode percorrer fisicamente a peza.O material xira, permitindo que a ferramenta realice as operacións programadas.(Hai un subconxunto de tornos nos que as ferramentas xiran ao redor dun fío alimentado por bobina, pero que non se trata aquí).
No torneado, a diferenza do fresado, a peza xira.A peza acende o fuso do torno e a ferramenta de corte entra 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 os fins de fabricación de pezas pequenas, ofrecendo escalabilidade e repetibilidade para aplicacións que requiren produción de grandes volumes de pezas de tolerancia estreita.
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 multieixes nos que tamén se pode mover a peza.Isto é en contraste cun torno onde a peza de traballo se limita a xirar e as ferramentas moveranse para crear a xeometría desexada.
Estas configuracións multieixes permiten a produción de xeometrías máis complexas nunha soa operación, sen requirir 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 erros do operador.
Ademais, o uso de refrixerante de alta presión con mecanizado CNC de precisión garante que as virutas non entren nas obras, mesmo cando se utiliza unha máquina cun fuso orientado verticalmente.
molinos CNC
As 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, os muíños CNC utilizan todos un fuso xiratorio para cortar material non desexado.Utilízanse para cortar metais duros como aceiro e titanio pero tamén se poden usar con materiais como plástico e aluminio.
Os muíños CNC están construídos para a repetibilidade e pódense usar para todo, desde a creación de prototipos ata a produción de gran volume.Os muíños CNC de alta precisión úsanse a miúdo para traballos de tolerancia estreita, como fresar matrices e moldes finos.
Aínda que o fresado CNC pode ofrecer unha resposta rápida, o acabado fresado crea pezas con marcas de ferramenta visibles.Tamén pode producir pezas con algúns bordos afiados e rebabas, polo que poden ser necesarios procesos adicionais se os bordos e as rebabas son inaceptables para esas características.
Por suposto, as ferramentas de desbarbado programadas na secuencia desbarbarán, aínda que normalmente alcanzan o 90% do requisito final, 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 de espello en partes 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 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 que a mesa se move perpendicular ao eixe do fuso.
■Muíños de torreta, nos que o fuso está parado e a mesa se move para que estea sempre perpendicular e paralela ao eixe do fuso durante a operación de corte.
Nun centro de mecanizado horizontal, o eixe do fuso da fábrica está aliñado nunha dirección do eixe Y.A estrutura horizontal fai que estes muíños tenden a ocupar máis espazo na planta de máquinas;tamén son xeralmente máis pesados en peso e máis potentes que as máquinas verticais.
A miúdo úsase un muíño horizontal cando se require un mellor acabado superficial;iso é porque a orientación do fuso significa que as virutas de corte caen naturalmente e son facilmente eliminadas.(Como beneficio adicional, a eliminación eficiente de virutas 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.
Fresas CNC multieixes
Os centros de fresado CNC de precisión están dispoñibles con varios eixes.Unha fresadora 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 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 xiratorios adicionais, o que permite xirar a peza de traballo mentres a cabeza do eixo se move ao seu redor.Isto permite mecanizar cinco lados dunha peza sen retirar a peza e reiniciar a máquina.
Tornos CNC
Un torno, tamén chamado centro de torneado, ten un ou máis fusos e eixes X e Z.A máquina úsase para xirar unha peza de traballo sobre o seu eixe para realizar diversas operacións de corte e conformación, aplicando unha ampla gama de ferramentas á peza de traballo.
Os tornos CNC, que tamén se denominan tornos de ferramentas de acción real, son ideais para crear pezas cilíndricas ou esféricas simétricas.Do mesmo xeito que os muíños CNC, os tornos CNC poden xestionar operacións máis pequenas, como a creación de prototipos, pero tamén se poden configurar para unha alta repetibilidade, que admite a produción de gran volume.
Os tornos CNC tamén se poden configurar para a produción relativamente sen mans, o que os fai moi utilizados nas industrias da automoción, electrónica, aeroespacial, robótica e dispositivos médicos.
Como funciona un torno CNC
Cun torno CNC, cárgase unha barra en branco de material de stock no portabrocas do fuso do torno.Este portabrocas mantén a peza de traballo no seu lugar mentres o fuso xira.Cando o fuso alcanza a velocidade necesaria, unha ferramenta de corte estacionaria ponse en contacto coa peza para eliminar o material e conseguir a xeometría correcta.
Un torno CNC pode realizar unha serie de operacións, como perforación, roscado, mandrinado, escariado, fresado e torneado cónico.As diferentes operacións requiren cambios de ferramenta e poden aumentar o custo e o tempo de configuración.
Cando se completan todas as operacións de mecanizado necesarias, a peza córtase do stock para posterior procesamento, se é necesario.O torno CNC está entón listo para repetir a operación, con pouco ou ningún tempo de configuración adicional normalmente necesario no medio.
Os tornos CNC tamén poden acomodar unha variedade de alimentadores automáticos de barras, que reducen a cantidade de manipulación manual de materias primas e proporcionan vantaxes como as seguintes:
■ Reducir o tempo e o esforzo necesarios ao operario da máquina
■ Apoie a barra para reducir as vibracións que poden afectar negativamente á precisión
■ Permita que a máquina-ferramenta funcione a velocidades óptimas do fuso
■ Minimizar os tempos de cambio
■ Reducir os residuos materiais
Tipos de tornos CNC
Existen varios tipos diferentes de tornos, pero os máis comúns son os tornos CNC de 2 eixes e os tornos automáticos de estilo chino.
A maioría dos tornos CNC China usan un ou dous fusos principais máis un ou dous fusos traseiros (ou secundarios), con transferencia rotativa responsable do primeiro.O fuso principal realiza a operación de mecanizado primario, coa axuda dun buxo guía.
Ademais, algúns tornos de estilo chinesa veñen equipados cunha segunda cabeza de ferramenta que funciona como un molino CNC.
Cun torno automático de estilo chinesa CNC, o material en stock introdúcese a través dun eixe de cabeza deslizante nun buxo guía.Isto permite que a ferramenta corte o material máis preto do punto onde se apoia o material, o que fai que a máquina de China sexa especialmente beneficiosa para pezas torneadas longas e delgadas e para micromecanizado.
Os centros de torneado CNC multieixes e os tornos estilo chinesa poden realizar varias operacións de mecanizado usando unha única máquina.Isto convérteos nunha opción rendible para xeometrías complexas que, doutro xeito, requirirían varias máquinas ou cambios de ferramenta utilizando equipos como un molino CNC tradicional.