En 1952, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) colaboró con el ejército para crear la primera fresadora de control numérico mediante un sistema de control de tubos de vacío. Más de 70 años después, con el avance de la tecnología informática y la maduración del diseño asistido por computadora (CANALLA) y fabricación asistida por computadora (LEVA) El software, el mecanizado CNC, está evolucionando hacia una mayor precisión y diversidad. En este artículo, le guiaremos para comprender esta tecnología de mecanizado revolucionaria.
What is CNC Machining?
El mecanizado CNC (abreviatura de Control Numérico por Computadora) es una tecnología que utiliza computadoras para emitir comandos y controlar varios sistemas de un torno para completar automáticamente el procesamiento de las piezas.
Importancia del mecanizado CNC
La tecnología CNC permite procesar piezas de diseño complejo en diversos materiales con extrema precisión, lo cual constituye la base de la industria moderna y la exploración científica y tecnológica de vanguardia. Las máquinas herramienta CNC de vanguardia actuales se basan en guías hidrostáticas e interferómetros láser para lograr una precisión extremadamente alta en el rango nanométrico, y son la única opción para procesar lentes planas a escala nanométrica en detectores de ondas gravitacionales y máquinas de litografía EUV. Además, los álabes de turbinas en motores aeronáuticos y los implantes personalizados en el sector médico dependen de la capacidad de las máquinas CNC para mecanizar superficies con perfiles complejos. Sin la tecnología CNC, la producción de estas piezas aumentaría de coste o simplemente sería imposible, por lo que el CNC se ha convertido en un obstáculo técnico insalvable en el campo de la tecnología de alta precisión.
What Makes up a CNC Machine?
Una máquina CNC se compone de más de 1000 piezas, que pueden dividirse aproximadamente en cinco sistemas. A continuación, tomaremos como ejemplo la fresadora vertical estándar de 3 ejes para obtener una idea general de la composición de una máquina herramienta CNC a través de estos cinco sistemas.
1. Sistema CNC
El sistema CNC es el cerebro de la máquina CNC y se utiliza para controlar y supervisar su funcionamiento. Consta de dos partes: software y hardware. El software incluye el sistema operativo, el intérprete de código y el programa de control, que se utiliza para analizar el código G, generar instrucciones de control, controlar el movimiento de la herramienta, ajustar la velocidad del husillo y recibir datos de sensores, como la posición y la temperatura de la herramienta, en tiempo real, corrigiendo automáticamente los errores y garantizando la precisión del mecanizado. El hardware incluye procesadores, controladores de motor y sensores, responsables del cálculo y la adquisición de datos. Estas dos partes son como la relación entre el sistema operativo Windows y el hardware del ordenador.
2. Sistemas mecánicos
El sistema mecánico es el esqueleto de la máquina CNC, que soporta el movimiento de la herramienta y la pieza. La bancada sirve como base para proporcionar un soporte estable al husillo, el riel guía, el husillo, el banco de trabajo y el mecanismo de transmisión, y reduce la vibración durante el mecanizado. El husillo impulsa la herramienta para girar, y el husillo la impulsa a lo largo del riel guía para cortar con precisión la pieza fijada en la mesa.
3. Sistema de accionamiento
El sistema de accionamiento está compuesto por un servomotor y un motor de husillo, que es el corazón de las máquinas herramienta CNC, en el que el servomotor se utiliza para impulsar el husillo para que se mueva hacia arriba en los ejes X, Y y Z, y el motor del husillo se utiliza para impulsar la rotación de la herramienta, y los dos cooperan para completar el corte.
4. Sistema de herramientas
El proceso de mecanizado de una pieza implica diversas operaciones, como el fresado, el biselado, el taladrado y el roscado, entre otras. Cada operación corresponde a una herramienta especialmente diseñada. Si la herramienta se cambia manualmente, se reducirá considerablemente la eficiencia del procesamiento y se afectará la precisión del mecanizado. Por ello, los ingenieros diseñaron el almacén de herramientas, para almacenar y gestionar múltiples herramientas, y el sistema de cambio automático de herramientas (ATC), para el cambio automático de herramientas. El sistema de herramientas, el almacén de herramientas y el cambiador automático de herramientas conforman el sistema de herramientas.
5. Sistemas de asistencia
La función principal del sistema auxiliar es la refrigeración y la lubricación. El sistema de refrigeración circulante es el método más común. Reduce la temperatura de corte rociando refrigerante sobre la herramienta y la pieza para evitar la pérdida de precisión causada por el desgaste de la herramienta y la acumulación de calor. Posteriormente, recoge el refrigerante, filtra las virutas y lo recicla. La lubricación se realiza mediante el sistema centralizado para guiar regularmente los rieles, husillos y otras piezas móviles del sistema de suministro de aceite.
¿Cómo funciona el mecanizado CNC?
En esta sección, lo guiaremos a través de todo el proceso de mecanizado CNC, desde los dibujos hasta los productos.
Diseño
El primer paso para mecanizar productos CNC es utilizar software CAD (Diseño Asistido por Computadora) (SolidWorks, AutoCAD, CATIA, etc.) para diseñar el modelo 3D de la pieza, definir la forma y el tamaño. Al diseñar, es necesario considerar el tipo de herramienta disponible y la capacidad de mecanizado de la máquina para garantizar la viabilidad del mecanizado.
Generar código G
El siguiente paso es importar el modelo CAD al software CAM (fabricación asistida por computadora) (Mastercam, Fusion 360 CAM, PowerMill, etc.) y configure el tamaño, el material y los parámetros de la máquina en el software CAM según la situación real de producción, como el recorrido, el sistema de control, el número de ejes, la información de la biblioteca de herramientas, etc. Con base en esta información, calcula y optimiza automáticamente la trayectoria de la herramienta y genera el conjunto completo de instrucciones necesarias para controlar el mecanizado de la máquina. Antes de la producción real, la función de simulación del software CAM permite simular el proceso de mecanizado y prevenir riesgos como colisiones de herramientas.
Set up the Machine
Luego viene la etapa de preparación antes del mecanizado propiamente dicho, que requiere la instalación de la herramienta, el utillaje y la pieza bruta. Aquí es necesario asegurarse de...
La pieza en bruto tiene exactamente el mismo tamaño que el software CAM y está correctamente sujeta. A continuación, utilice herramientas como reglajes de herramientas para calibrar las coordenadas de cada eje de procesamiento y así evitar riesgos de mecanizado.
Luego se carga el código G generado por el software CAM y se verifica que la ruta sea segura mediante ejecución en seco o por secciones.
When everything is ready, you can start the machine and start the formal processing. At this time, you need to monitor the processing status in real time.
Inspección
After machining, a coordinate measuring machine (CMM) is usually used to check the critical dimensional tolerances of the product. If it is not qualified, it is necessary to return to the CAM stage to adjust the cutting parameters and reprocess the inspection. After ensuring that the processed parts are qualified, mass production can officially begin.
Comprensión del eje en el mecanizado CNC
Es bien sabido que el número de ejes de una máquina CNC representa su capacidad para procesar piezas complejas de alta precisión. Sin embargo, cuantos más ejes tenga, más cara será la máquina, por lo que comprender el número de ejes y sus correspondientes capacidades de procesamiento es fundamental para elegir la máquina adecuada.
3 ejes
La fresadora de 3 ejes tiene tres ejes lineales: X, Y y Z, y el husillo puede moverse libremente en estas tres direcciones, lo que es adecuado para el mecanizado de planos, agujeros, ranuras y superficies simples.
4 ejes
La fresadora de 4 ejes añade un eje A paralelo al eje X para girar la pieza de trabajo sobre la base del eje 3, lo que es adecuado para mecanizar piezas cilíndricas más complejas con características espirales y superficies moldeadas, como levas, tornillos, etc.
5 ejes
Sobre la base del 4.º eje, el 5.º eje introduce además un eje de rotación paralelo al eje Z: el eje C. Mediante la conexión entre los ejes A y C, el ángulo de deflexión de la pieza se puede ajustar arbitrariamente para eliminar el ángulo muerto de mecanizado. La máquina herramienta CNC de 5 ejes puede satisfacer más de 95% de necesidades de mecanizado y es adecuada para procesar álabes de turbina de alta precisión, implantes óseos con formas especiales, etc.
6-axis
En comparación con los 5 ejes, el de 6 ejes ha agregado un eje de rotación paralelo al eje Y: el eje B, tres ejes lineales y tres ejes de rotación están vinculados, cubriendo todos los ángulos de mecanizado y pueden realizar todo el proceso de mecanizado de piezas asimétricas con superficies curvas complejas en una sola sujeción.
¿Cuánto cuesta una máquina CNC?
Las máquinas herramienta de 3 ejes de nivel básico suelen costar entre $50.000 y $150.000, mientras que los modelos de gama alta de grandes marcas como Daño y MAZAK puede llegar hasta $200,000 a $400,000.
Las máquinas herramienta de 4 ejes con funciones básicas varían desde $100,000 a $300,000, y los modelos que admiten el enlace de 4 ejes pueden alcanzar hasta $300,000 a $700,000.
El rango de precios para las máquinas herramienta de 5 ejes es bastante amplio, con modelos básicos fabricados en China que cuestan alrededor de $450,000 a $850,000, mientras que los modelos alemanes o japoneses de alta gama pueden requerir $1,200,000 a $3,000,000.
Las máquinas herramienta de 6 ejes son actualmente la configuración superior, con modelos básicos que van desde $1.200.000 a $3.500.000, y algunos modelos especialmente personalizados pueden superar los $7.000.000.
High-end multi-axis machine tools often mean stricter installation requirements, environmental control, higher consumables and maintenance costs, and the need for specialized software, special testing equipment, and skilled operators, which can often be more expensive than buying a machine itself.
Tipos de máquinas CNC
If you just list the names of each type of CNC machine, you will see a long list. Here we change the angle, classify according to the processing method, and look at the types and characteristics of common CNC machines.
Según la clasificación de los métodos de procesamiento, las máquinas CNC se pueden dividir en dos tipos: mecanizado sustractivo y mecanizado aditivo.
El procesamiento sustractivo es similar al grabado, ya que utiliza diversas maneras de eliminar material de la pieza bruta, creando así la forma deseada. Las máquinas comunes son las siguientes:
1. Fresadora CNC
La herramienta giratoria de alta velocidad se mueve en los tres ejes lineales X, Y y Z para cortar la pieza de trabajo fijada en el plano de mecanizado, y es adecuada para taladrar, ranurar y mecanizar superficies simples.
2. Torno CNC
La pieza de trabajo gira a alta velocidad y la herramienta se avanza a lo largo de la dirección axial o radial, lo que a menudo se utiliza para el mecanizado simétrico de piezas cilíndricas, roscadas y de eje.
3. Centro de mecanizado integrado de torneado y fresado CNC
Combining the characteristics of a lathe and a milling machine, the tool can move on the three linear axes of X, Y and Z, and the workpiece can rotate around the A axis like a turning machine, which is suitable for machining parts with more complex surfaces and ultra-high precision requirements. The higher-end models add more workpiece rotation axes: C-axis or B-axis, which can complete all forming processes in one machine, which is now the most commonly used processing method.
4. Máquina de corte láser CNC 
Bajo el control del sistema CNC, el emisor láser se mueve con precisión y la lámina metálica se corta mediante el láser, capaz de cortar láminas de hasta 50 mm de espesor. Permite lograr ángulos agudos ultrafinos y curvas complejas que otros métodos de corte no pueden lograr. Al mismo tiempo, gracias a la disposición adecuada del patrón de corte, se reduce considerablemente el desperdicio de material.
5. Máquina de corte por chorro de agua CNC
Es similar al principio del corte láser, con la diferencia de que el láser se reemplaza por un flujo de agua de alta velocidad dopado con abrasivo, capaz de cortar acero de hasta 300 mm de espesor. Al mismo tiempo, el flujo de agua tiene su propia disipación de calor y no hay zona afectada por el calor, por lo que es adecuado para cortar materiales con altos requisitos de control térmico, como plástico, fibra de carbono, etc.
6. Máquina de electroerosión CNC
El arco generado por la descarga de electrodos de metal extremadamente finos corroe los materiales conductores con mayor precisión que otros métodos de corte y es más adecuado para cortar microagujeros ultrafinos.
El procesamiento aditivo es lo opuesto al procesamiento sustractivo; es como construir piezas de Lego, apilando las materias primas capa por capa hasta obtener el producto final, también conocido como impresión 3D. Según el principio de apilamiento de materiales, las impresoras 3D más comunes son:
1. FDM (modelado por deposición fundida):
Al calentar el plástico termofusible y extruirlo, el cabezal de impresión puede moverse en las tres direcciones X, Y y Z, apilando el plástico fundido capa por capa en la plataforma de impresión, formando la pieza deseada.
2. SLS (sinterización selectiva por láser):
Cada vez que se extiende uniformemente una capa de polvo de nailon o TPU sobre la plataforma de conformado, el láser escanea esta capa según los datos de corte del modelo, de modo que las partículas de polvo se funden parcialmente y se unen. A continuación, se baja la plataforma y se repite el proceso de sinterización por dispersión del polvo hasta que se forma la pieza. El polvo sin sinterizar soporta la pieza por sí solo, por lo que no es necesario diseñar la estructura de soporte impresa como en la impresión FDM.
3. SLM (fusión selectiva por láser):
El principio es el mismo que el del SLS, pero se utiliza un láser de alta energía para fundir el polvo metálico capa a capa. Permite fabricar detalles internos y cavidades que no se pueden realizar mediante CNC, fundición u otros procesos, garantizando al mismo tiempo resistencia y precisión.
Materiales utilizados en el mecanizado CNC
Desde acero duro hasta plásticos relativamente blandos, las capacidades de mecanizado de la tecnología CNC cubren una amplia gama de materiales comunes:
1. Aleación de aluminio
Como 6061 y 7075Son materiales de uso común, con una densidad de 2,7-2,8 g/cm³, muy ligeros, de tan solo aproximadamente 40% de acero. Alta resistencia, pero con baja resistencia a la fatiga y a las altas temperaturas, se utilizan habitualmente en diversas carcasas o componentes estructurales. El marco de un teléfono, cámara o computadora puede fabricarse a partir de una sola pieza de aluminio mecanizada por CNC. La aleación de aluminio también ofrece buena resistencia a la corrosión; la densa capa de óxido de aluminio en la superficie puede aislar eficazmente el oxígeno, el agua y los entornos ácidos/alcalinos débiles de la corrosión, pero aun así requiere anodizado o pintura para su protección.
2. Acero al carbono
El acero al carbono se divide en acero de bajo carbono (C≤0,25%), acero de medio carbono (C 0,25%~0,6%) y acero de alto carbono (C≥0,6%) según su contenido de carbono. Por el contrario, a menor contenido, menor dureza y mayor facilidad de procesamiento.
Carbon steel has high density (about 7.8g/cm³) and high strength. After years of development, there are many models, such as Q235, A36, 1045, and so on. You need to choose the right model according to the actual application. It is also necessary to consider the corresponding issues in advance during the machining process, such as the cutting of high-carbon steel, needs to pay attention to the wear of the tool, and the sharp edge cracking of the parts, needs to be paid attention to the low-carbon steel.
3. Acero inoxidable
Los aceros inoxidables se mejoran mediante la adición de elementos como cromo, níquel, molibdeno y nitrógeno para aumentar su resistencia a la corrosión en entornos específicos. Según la organización metalográfica, el acero inoxidable se puede dividir en tres tipos: acero inoxidable austenítico (no magnético), acero inoxidable ferrítico (fuertemente magnético) y acero inoxidable martensítico (fuertemente magnético).
Entre los aceros inoxidables austeníticos, 303 El acero inoxidable se utiliza comúnmente en el mecanizado CNC debido a su alto contenido de azufre, que facilita su corte, pero también reduce su resistencia a la corrosión. Por otro lado, 304 y 316 Los aceros inoxidables se endurecen significativamente durante el proceso de corte y presentan baja conductividad térmica, lo que genera una acumulación de calor durante el proceso y un mayor desgaste de la herramienta. Por lo tanto, es fundamental elegir la herramienta adecuada y configurar los parámetros de corte adecuados.
Los aceros inoxidables ferríticos más comunes incluyen 430, 439 y 444, que son propensos al astillamiento de los bordes y a la adhesión de virutas durante el corte, por lo que es necesario evitar estos problemas eligiendo herramientas con recubrimientos de TiN/TiCN o herramientas cerámicas.
Los aceros inoxidables martensíticos son los más duros (HRC 50-60) y resistentes al desgaste. Los tipos más comunes incluyen 410, 420 y 440C, que se utilizan comúnmente en la fabricación de rodamientos y herramientas de corte. Durante el mecanizado, se debe prestar atención al desgaste de las herramientas. Es recomendable elegir herramientas de alta dureza y utilizar una estrategia de corte a baja velocidad.
4. Aleaciones de titanio
La aleación de titanio tiene una baja densidad de 4,5 g/cm³, aproximadamente la del acero 60%. Su resistencia es superior a la de las aleaciones de aluminio y del acero, y su resistencia a la tracción puede superar los 1000 MPa, de 2 a 5 veces la de las aleaciones de aluminio. Su resistencia a la corrosión y a la temperatura es superior a la del acero inoxidable, superada solo por el platino. Además, el titanio puro es muy biocompatible. Por esta razón, se utiliza a menudo en componentes aeroespaciales, implantes médicos y productos de consumo de alta gama. Entre los tipos más comunes se incluyen el titanio puro (grados 1-4) y el Ti-6Al-4V (Grado 5) y Ti-5Al-2.5Sn (Grado 6).
La desventaja del titanio es su dificultad para mecanizar, razón por la cual muchas aleaciones de titanio mecanizadas son caras. Su baja conductividad térmica puede provocar la acumulación de calor durante el corte, lo que reduce la vida útil de la herramienta. También es propenso a reacciones químicas con la herramienta a altas temperaturas, lo que provoca la acumulación de viruta y reduce aún más su vida útil. Por lo tanto, en el mecanizado se suelen utilizar herramientas especiales, bajas velocidades y grandes avances.
5. Cobre
El cobre se utiliza ampliamente en los campos electrónico y mecánico debido a su excelente ductilidad, conductividad eléctrica y conductividad térmica. Los modelos más comunes son: C11000 (cobre puro), H62 (aleación de Cu-Zn, latón) y QSn6.5-0.1 (bronce).
El cobre puro tiene buena plasticidad, pero esto también provocará una adherencia grave durante el corte, las virutas no son fáciles de romper y el problema de las herramientas de bobinado, que requiere el uso de herramientas especiales y fluidos de corte.
El latón tiene el mejor rendimiento de corte debido al plomo que contiene, pero esto también genera más virutas rotas y contamina fácilmente el medio ambiente.
El estaño en el bronce provocará endurecimiento durante el mecanizado y es propenso a generar rebabas.
6. Plásticos
Los métodos tradicionales de procesamiento de plásticos, como el moldeo por inyección y el moldeo por soplado, requieren altos costos de fabricación de moldes. El mecanizado CNC es ideal para la verificación de prototipos de plástico o la producción a pequeña escala. Sin embargo, la tecnología CNC solo puede procesar plásticos con cierta dureza y no es eficaz frente a materiales más blandos como la silicona. Los plásticos comunes mecanizados por CNC son:
- abdominales: Barato y fácil de procesar, buena resistencia al impacto, se encuentra comúnmente en carcasas de productos electrónicos e interiores de automóviles.
- Nylon (PENSILVANIA):El rendimiento de resistencia al desgaste y a la fatiga es muy bueno, con características autolubricantes, se puede procesar en engranajes y cojinetes y otros
- Policarbonato (PC):Transparente y resistente a altas temperaturas por debajo de 120 grados, puede realizar cubiertas protectoras transparentes, lentes ópticas.
- POM(Delrín):Alta resistencia, alta densidad, bajo coeficiente de fricción superficial, adecuado para la producción de piezas de precisión como engranajes.
- OJEADA:Alta temperatura Resistencia de 260 ℃, resistencia a la corrosión química, mejor resistencia que POM, la resistencia a la tracción puede alcanzar más de 90 MPa.
- HDPE: Material de grado alimenticio, textura suave.
- PTFE: Resistente a 260 ℃ Celsius, antiadherente y aislante, se utiliza comúnmente en una variedad de revestimientos, como sartenes y chaquetas.
Debido a las características de los plásticos, es necesario prestar atención al control de la temperatura de corte para evitar que se derrita durante el proceso de corte; utilizar cuchillos afilados para evitar rebabas en los bordes; aumentar la velocidad de rotación y reducir la profundidad de corte para evitar la deformación del material.
When choosing the right material, you should not only consider performance, but also price is one of the important considerations. Among these metal materials, the most expensive is titanium alloy, which is about 10-15 times that of aluminum alloy. While aluminum is the optimal solution for lightweight needs, the price is relatively cheap, slightly lower than the price of stainless steel. Many people think that the price of plastic is lower than that of metal. In fact, among the common plastics, the cheapest ABS plastic price is more expensive than carbon steel, and Teflon, POM and other materials are even more expensive than stainless steel, the most expensive PEEK is comparable to titanium alloy.
Tolerancia de mecanizado CNC
La precisión del mecanizado CNC se mide de varias maneras: precisión dimensional (grados de tolerancia IT), precisión geométrica (tolerancias de forma/posición) y calidad de la superficie (valor de rugosidad Ra).
1. Precisión dimensional
La precisión dimensional se refiere al rango de desviación entre las dimensiones medidas reales de una pieza mecanizada y las dimensiones diseñadas en el dibujo, y normalmente se expresa en términos de clase de tolerancia (IT), donde los valores más pequeños representan una mayor precisión.
Las clases de tolerancia las define la Organización Internacional de Normalización (ISO), que divide las dimensiones de 0 a 3150 mm en varias clases de tamaño, cada una de las cuales define un valor específico de precisión dimensional, de IT01 a IT18. Puede encontrar información detallada en la página 26 del documento ISO 286-1: ISO 286-1
Durante el mecanizado, la precisión dimensional se ve influenciada por diversos factores, como la capacidad de la máquina herramienta, el control CNC y los parámetros del proceso. La precisión dimensional que puede alcanzar una máquina CNC convencional se encuentra entre IT7 y IT8. En la práctica, la precisión del mecanizado de desbaste suele ser de IT12 a IT18, la de las piezas mecánicas generales, de IT8 a IT11, y la de las piezas de precisión, de IT5 a IT7. La precisión de IT01 a IT4 pertenece al nivel nanométrico del mecanizado de ultraprecisión, que es muy costoso.
2. Precisión geométrica
La precisión geométrica, también conocida como Dimensionamiento y Tolerancia Geométrica (GD&T), es una medida clave que mide la conformidad de la forma, la orientación y la ubicación de una pieza con las características geométricas deseadas en el plano de diseño. Tiene un impacto directo en la precisión del ensamblaje y la vida útil de la pieza. A diferencia de la precisión dimensional, que se centra en el tamaño de la pieza, la precisión geométrica se centra en la precisión de la forma y la posición. Ambas métricas pueden medirse con una máquina de medición por coordenadas (MMC).
Hay cuatro conceptos básicos de precisión geométrica: Forma, Orientación, Ubicación y Desplazamiento.
- Forma:La desviación de la forma real con respecto a la forma diseñada, por ejemplo, planitud, redondez.
- Ubicación:Coaxialidad y simetría de piezas axiales o giratorias.
- Precisión de orientación (Orientación):Si los planos múltiples de la pieza son paralelos o perpendiculares entre sí.
- Sin: El grado de desviación de la superficie o del eje de una pieza giratoria respecto del dibujo de diseño, que afecta directamente al equilibrio de la pieza giratoria.
La norma ISO 1101 define una serie de símbolos para cada tipo de precisión geométrica, algunos de los cuales se extraen de la norma.
| Características | Símbolo |
| Rectitud | ▭ |
| Redondez | ○ |
| Cilindricidad | ⌭ |
| Paralelismo | ∥ |
| Perpendicularidad | ⊥ |
| Coaxialidad (para ejes) | ◎ |
| Desplazamiento circular | ↗ |
Si necesita saber cómo medir la precisión geométrica o para obtener más información sobre los símbolos de precisión geométrica, consulte nuestra página sobre precisión geométrica o a la ISO-1101 documento estándar.
3. Rugosidad de la superficie
La rugosidad superficial es una medida de la suavidad de la superficie de una pieza, que afecta directamente la fricción, el desgaste, el sellado y la resistencia a la fatiga. Actualmente, los principales parámetros y métodos de medición de la rugosidad superficial siguen los siguientes... ISO 21920 estándar.
Los indicadores de rugosidad más utilizados son Ra (rugosidad media aritmética) y Rz (rugosidad de altura máxima) en µm.
The measurement of Ra is complicated by scanning the surface of the part with a stylus profiler or laser scanner and measuring the absolute value of the highest and lowest points within a single sampling length relative to the absolute smooth plane (datum) desired in the design. An arithmetic mean is calculated from the values of multiple sample lengths. The sampling length is specified in the ISO standard, for example, for a target roughness Ra ≥ 10, the standard specifies a sampling length of 2.5 mm. This reflects the overall roughness of the part and is applicable in 90% of industrial scenarios.
Rz se mide midiendo directamente la diferencia de altura entre los puntos más altos y más bajos dentro de la longitud de la muestra, y se utiliza para medir la rugosidad de las áreas críticas.
Estas tres medidas definen la precisión de una pieza desde el nivel macro hasta el micro. La precisión dimensional es fundamental, la precisión geométrica garantiza la función de la pieza y la rugosidad superficial determina el rendimiento y la vida útil. Durante el proceso de diseño y producción, se deben priorizar las tres medidas pieza por pieza para evitar el sobrediseño, que puede generar altos costos de mecanizado.
Aplicaciones del mecanizado CNC
CNC machining is a very flexible and widely used machining technology. Since its birth, after more than 70 years of development, CNC technology has formed a complete set of processing systems, covering all aspects of our lives.
Aeroespacial
La tecnología CNC ha impulsado el rápido desarrollo del sector aeroespacial. Para afrontar las duras condiciones de la gran altitud y el espacio, la fabricación de aeronaves requiere el uso de materiales de alta resistencia y el ajuste preciso de todas las piezas, ya que cualquier pequeño espacio puede tener consecuencias graves. La máquina herramienta de precisión de 5 ejes puede procesar aleaciones de titanio, aleaciones a base de níquel y diversas aleaciones especiales aeroespaciales, logrando una precisión micrométrica, lo que satisface a la perfección las necesidades de la industria aeroespacial en cuanto a precisión, resistencia y rápida iteración de prototipos.
Industria automotriz
Stamping molds for automobile shells, injection molds for plastic interiors, crankshafts, gears, steering knuckles, motor housings, rotors, spindles for new energy vehicles, etc. 90% of the parts of a car are directly or indirectly made with CNC technology. In addition, the intelligent CNC machining production line can realize fully automatic production and inspection, and adjust the processing parameters in real time according to the specific parts. Greatly improve the yield rate and production efficiency, laying the foundation for the rapid development of the automotive industry.
Industria médica
La mayor revolución que la tecnología CNC ha traído a la industria médica es la posibilidad de personalizar las soluciones médicas. Ahora, los médicos pueden modelar el hueso roto mediante escaneo 3D, luego usar software profesional para diseñar el implante adecuado y, finalmente, utilizarlo. CNC de 5 ejes Tecnología para procesar el implante moldeado. El ciclo de tratamiento se acorta y la comodidad del paciente también mejora.
Electrónica y productos de consumo
Hoy en día, la abundancia de productos electrónicos y de consumo está estrechamente ligada a la tecnología CNC. En el caso de teléfonos móviles y ordenadores, cada año se lanzan miles de nuevos productos en todo el mundo. Las carcasas y los marcos de estos productos se fabrican con moldes de precisión fabricados con máquinas herramienta CNC. Algunas marcas, como el iPad y el Mac de Apple, también utilizan directamente carcasas de aleación de aluminio mecanizadas por CNC.
Prototipado y productos personalizados
El prototipado y la producción de productos personalizados son áreas donde el CNC destaca. Permite mecanizar superficies curvas complejas con extrema precisión, ya sea para verificar la armonía de componentes decorativos o la fiabilidad del diseño de piezas funcionales; puede confiar en la tecnología CNC.
Ventajas y limitaciones del mecanizado CNC
Ventajas: precisión y exactitud
CNC machining has high precision, can achieve micron-level accuracy, is suitable for precision parts processing, and the quality is stable when repeated production. The customized CNC production line can realize automatic continuous machining and automatic detection with less manual intervention, which is very suitable for the production of high-volume parts. Multi-axis linkage can process complex curved surfaces and hollow structures that are difficult to achieve by traditional methods. The most important thing is that CNC machining is flexible, you can process different products just by changing programs. By changing the tool and adjusting the processing parameters, it is possible to process a variety of materials such as metals, plastics, and composite materials.
Limitations: High Machine Cost, Need a Professional Operator
En cuanto a la capacidad de mecanizado, las cavidades extremadamente profundas, los detalles internos y los ángulos especiales son difíciles de mecanizar con tecnología CNC, debido principalmente a las limitaciones físicas de la herramienta. Por ejemplo, el tubo de disipación de calor interno del motor se procesa principalmente mediante fundición integrada.
In addition, the upfront investment of CNC machines is very high, purchasing machines is only the first step. You also need to equip testing equipment, recruit professional programming and operation personnel. These upfront investments put a lot of people off, and they look for CNC factories that offer machining services instead.
En una palabra, el mecanizado CNC tiene ventajas sobresalientes en la fabricación de piezas precisas, eficientes y complejas, pero también tiene sus propias limitaciones y necesitamos rotar el método de mecanizado apropiado según las necesidades reales.
Costo del mecanizado CNC
Existen muchos factores que influyen en el coste del mecanizado CNC. A continuación, analizaremos el coste del mecanizado CNC desde varios puntos clave.
- Equipment: The cost of use, maintenance, and labor of advanced machine tools is higher. In general, the hourly machining cost of a 5-axis machine is 2-3 times that of a 3-axis machine. But this does not mean that the cost of choosing a 3-axis machine tool is the lowest, because the 5-axis machine tool is more efficient in machining complex parts, and the material loss rate is smaller, so the more complex the parts, the more cost-effective it is to choose 5-axis machining.
- Materiales: El precio de los materiales influye directamente en el precio del producto. Además, la dificultad de procesamiento de los diferentes materiales también es un factor a considerar. Por ejemplo, el procesamiento de aleaciones de titanio requiere herramientas especiales, y el tiempo de procesamiento es mayor que el de las aleaciones de aluminio, por lo que el costo es naturalmente mayor.
- Cantidad: La producción en masa diluirá el costo del prediseño y la puesta en marcha. Al mismo tiempo, los fabricantes pueden optimizar continuamente el proceso y reducir los costos unitarios en la producción a gran escala.
- Part complexity: Similar to complex and difficult-to-machine shapes such as curved surfaces, thin walls, deep cavities, etc., requires more processes and time.
- Precisión de mecanizado: Los estrictos requisitos de tolerancia y rugosidad superficial incrementan directamente el tiempo de procesamiento y el coste de la inspección posterior. Además, la tasa de desperdicio también será mayor, lo que se traducirá en un aumento drástico de los costes.
Para reducir costos eficazmente, debemos seguir el concepto de Diseño para la Fabricación (DFM) en la etapa de diseño y considerar plenamente la maquinabilidad. Prestar atención a la funcionalidad de las piezas, flexibilizar los requisitos de precisión en áreas no críticas, a la vez que se satisfacen las necesidades funcionales, y evitar el sobrediseño.
Mecanizado CNC vs. Mecanizado tradicional
En comparación con los métodos de mecanizado tradicionales, las ventajas del mecanizado CNC se reflejan principalmente en la precisión y la flexibilidad.
Mecanizado CNC vs. Fundición
El proceso de fundición se divide principalmente en tres tipos, entre los cuales la fundición en arena tiene un bajo costo y es adecuada para la producción de piezas con gran tamaño y bajos requisitos de precisión. Fundición a la cera perdida Requiere la producción de moldes para la producción de patrones de cera, y el proceso es relativamente complejo, lo cual resulta adecuado para la producción en masa de piezas con estructuras complejas. La fundición a presión también requiere el desarrollo previo de moldes, adecuados para la producción de piezas de alta precisión.
The first disadvantage of casting compared to CNC machining is the lack of flexibility. You can only use casting to produce metal parts (e.g., aluminum, stainless steel, Inconel, etc.), and each mold can only produce a specific product. The second disadvantage is that the cast parts often need to be finished. However, in mass production, casting is a better choice. Mass production can ignore the upfront mold manufacturing costs.
CNC vs. Forja
La forja se divide principalmente en forja en matriz abierta y forja en matriz cerrada. La forja en matriz abierta no requiere el uso de moldes, presenta baja precisión, requiere un acabado posterior y es adecuada para la producción de lotes pequeños de piezas grandes. La forja en matriz cerrada... forjar requiere el uso de moldes, que pueden producir piezas con alta precisión y formas complejas.
En comparación con el mecanizado CNC, la desventaja del forjado es su falta de flexibilidad. Sin embargo, sus ventajas son igualmente evidentes: modifica la estructura reticular interna del metal mediante altas temperaturas y presiones, lo que permite producir piezas con mayor resistencia que otros métodos de procesamiento. El forjado es una mejor opción para la producción en masa de componentes clave que requieren alta resistencia (como bielas, engranajes, ejes, etc.).
En el proceso de producción real, se requieren diversos procesos para la producción de un producto. El mecanizado CNC se utiliza principalmente en el posprocesamiento de piezas de forja y fundición.
Tendencias del mecanizado CNC
Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, el mecanizado CNC se está desarrollando en la dirección de una integración de alta precisión, inteligente, automatizada y de múltiples tecnologías.
1. Inteligencia y automatización
En los últimos dos años, la inteligencia artificial ha experimentado un crecimiento explosivo, y cada vez más pioneros intentan integrar la IA en sus propias industrias, impulsando el desarrollo de la industria, y el mecanizado CNC no es la excepción. Muchos fabricantes de máquinas herramienta buscan capacitar IA especializada, combinándola con máquinas CNC y robots para lograr talleres inteligentes sin personal (fabricación sin intervención humana).
2. Alta precisión
En cualquier momento, la alta precisión siempre ha sido nuestro objetivo, ya que los instrumentos y equipos de alta precisión impulsan directamente el desarrollo de la ciencia y la tecnología. Los avances en motores lineales, reglas de rejilla y otras tecnologías han llevado la precisión del mecanizado CNC a un nivel nanométrico.
3. Integración multitecnológica
La fusión multitecnológica no consiste simplemente en el uso de múltiples tecnologías para el procesamiento de una pieza, sino en la integración de múltiples tecnologías en un solo dispositivo. Por ejemplo, al combinar impresión 3D y CNC, una misma máquina realiza la impresión 3D y el acabado CNC, lo que reduce eficazmente los errores causados por el cambio entre varios equipos y mejora la eficiencia del procesamiento.
4. Nuevos materiales
Las herramientas de corte tienen un impacto directo en las capacidades de mecanizado, y la investigación y el desarrollo de una variedad de herramientas de nuevos materiales, como el diamante policristalino (PCD) y el nitruro de boro cúbico (CBN), están desarrollando constantemente las capacidades de mecanizado de la tecnología CNC.
Conclusión
El mecanizado CNC es la tecnología clave de la fabricación moderna, que integra la informática, la fabricación mecánica, la automatización y la ingeniería de materiales para impulsar continuamente el desarrollo de diversas industrias. Con la incorporación de la IA y la exploración de la integración multitecnológica, el mecanizado CNC está superando constantemente los límites de la fabricación, convirtiendo diseños complejos en realidad.
Preguntas más frecuentes
1. How to read G-Code?
If you want to read G-Code and take a long time to learn, we recommend that you study the Tutorial de código G of the CNC Cookbook, or read our Página de código G para encontrar rápidamente el significado del código G comúnmente utilizado.
2. What is GD&T in CNC Machining?
GD&T es una abreviatura de Dimensionamiento y Tolerancia Geométrica, que es un sistema que ayuda a cuantificar y medir la precisión del mecanizado.
3. What Kinds of CNC machining services does HDC Manufacturing offer?
We provide all CNC machining services, including 5-axis CNC machining, laser cutting, waterjet cutting,3D printing, and so on.
