Fresado CNC: Definición, Procesos, Aplicaciones

El fresado CNC consiste en cortar una pieza de trabajo utilizando herramientas de corte computarizadas y multipunto. Conocido por su exactitud y precisión, el proceso es una parte integral de varias industrias, siendo las más notables la automotriz y la aeronáutica.

Este artículo explica todo lo que necesita saber sobre el proceso de fresado CNC antes de elegirlo para su proyecto.

¿Qué es el fresado CNC?

fresado CNC Es un proceso de fabricación sustractiva que combina el fresado tradicional con la tecnología de control numérico por computadora (CNC). Implica el uso de una herramienta de corte giratoria para eliminar material de un bloque sólido de metal, plástico, madera u otros materiales para crear piezas y productos precisos. A diferencia del fresado manual, donde los operadores controlan la máquina a mano, el fresado CNC está completamente automatizado. Los movimientos de la máquina están guiados por un código G preprogramado, que dicta la trayectoria de la herramienta, la velocidad y la profundidad de corte, lo que garantiza resultados consistentes y altamente precisos.

Existen varios tipos de fresadoras CNC, que van desde las sencillas máquinas de 3 ejes hasta los modelos más complejos de 5 ejes que permiten una mayor precisión y la creación de piezas intrincadas. Las piezas fresadas con CNC tienen una alta tolerancia, ya que las fresadoras pueden lograr una tolerancia de entre +/- 0.001 pulg. y +/- 0.005 pulg. (algunas máquinas pueden lograr una tolerancia de +/- 0.0005 pulg.).

El fresado CNC se utiliza ampliamente en industrias como la aeroespacial, la automotriz y la electrónica debido a su capacidad de producir componentes complejos y de alta calidad con una mínima intervención humana. Al utilizar software CAM (fabricación asistida por computadora), los archivos de diseño se traducen a código G, lo que hace que todo el proceso sea agilizado y altamente eficiente.

¿Cómo funciona el fresado CNC?

Junto con el taladrado y el torneado CNC, el fresado CNC constituye la base de la Mecanizado CNC proceso. Sin embargo, tiene un mecanismo único en comparación con los demás.

El proceso funciona mediante la eliminación de partes de una pieza de trabajo utilizando una herramienta de corte cilíndrica giratoria controlada por computadora que gira y se mueve a lo largo de múltiples ejes.

El fresado CNC se puede dividir en tres pasos importantes:

Paso 1: preparar un modelo CAD 2D o 3D

Utilice software CAD/CAM como Autodesk Inventor o SolidWorks para crear un dibujo mecanizable en 2D/3D del producto final.

Preparación de un archivo CAD para mecanizado CNC depende de su software. Por un lado, algunos programas pueden convertir imágenes 2D en archivos CAD 3D. Por otro lado, algún software te permite rastrear una imagen 2D para convertirla en un archivo 3D.

También hay un dibujo técnico entregado al operador que contiene información como:

• Características/dimensiones críticas de una pieza
• Tolerancias
• Indicación de hilos
• Preferencias de acabado
• lineas de construccion

Paso 2: exporte su diseño a un formato de archivo compatible con CNC

La fresadora CNC no comprenderá el modelo que diseñe a menos que esté en un formato de archivo de mecanizado CNC compatible. Por lo tanto, es necesario exportar su modelo CAD a formatos de archivo compatibles con CNC con el software CAD/CAM. Ejemplos de tales formatos son STEP y STL.

Si el software no puede convertir el diseño a dicho formato, puede utilizar varios servicios en línea como intercambiador de cadetes  y Convert.emachineshop.com.

Al convertir, el archivo dirigirá a la máquina sobre el movimiento rotacional y lineal, la secuencia de corte, la trayectoria, la máquina y la velocidad de la pieza de trabajo asociada con el proceso.

Paso 3: configure una fresadora CNC y opere una fresadora CNC

El operador conectará las herramientas de corte al husillo y colocará la pieza de trabajo sobre la mesa. Luego configurarán la máquina para iniciar el programa de mecanizado y comenzar a fresar.

Tipos de CNC Operaciones de fresado

El fresado CNC consta de varias operaciones con diferentes configuraciones y aplicaciones. A continuación, se muestran los tipos más comunes de operaciones de fresado CNC.

Fresado frontal

En el fresado frontal, el eje de rotación de la herramienta de corte (fresa de planeado) es perpendicular a la superficie de la pieza de trabajo.

La fresa de planear tiene un diseño único que se destaca por sus plaquitas de corte intercambiables. Ofrece una acción de corte utilizando sus múltiples dientes de corte. Como resultado, las piezas fresadas de planear tienen un acabado superficial de mayor calidad. Además, el proceso está bajo un control estricto, lo que facilita la producción de la superficie deseada.

Fresado simple

El fresado plano es una operación de columna y codo que se utiliza para fresar superficies horizontales planas. La herramienta de corte se encuentra paralela a la pieza de trabajo. Por lo tanto, el corte se produce de un extremo al otro de la pieza de trabajo. Los operadores pueden alimentar la mesa de forma longitudinal, transversal o vertical.

Fresado Angular

El fresado angular consiste en fresar superficies planas con una herramienta de corte en ángulo. El proceso es como el fresado simple, la única diferencia es la configuración angular.

Existen dos tipos de fresas angulares: de un solo ángulo y de dos ángulos. Las fresas de un solo ángulo tienen dientes en la cara angular de la fresa y lados planos grandes y son adecuadas para trabajar en ángulos de 45°.⁰ o 60⁰.

Las fresas angulares dobles tienen dientes en forma de V con superficies cónicas y son la mejor opción para fresar superficies planas a 45°, 60° y 90°.

Fresado de formas

El fresado de formas es el mejor método para hacer contornos irregulares en una pieza de trabajo. El contorno puede ser curvo o curvo con líneas rectas. Los contornos pueden ser cóncavos o convexos y se realizan con dientes opuestos a dichas formas. En consecuencia, para hacer un producto con un borde cóncavo, la fresa de forma debe tener un borde convexo.

El fresado de formas es un poco más lento (alrededor de 20 a 30 %) que el fresado normal debido al corte más complejo para hacer superficies curvas.

Otros tipos

Hay otros tipos de procesos de mecanizado de fresado que puede utilizar. A continuación se muestran los importantes:

• Fresado de ranuras: En el fresado de ranuras, el ancho de la fresa es menor que el ancho de la pieza de trabajo y se utiliza para hacer una ranura en la pieza de trabajo.
• Fresado lateral: Es adecuada para el mecanizado de fresado para producir una superficie vertical plana en la pieza de trabajo. Puede controlar la profundidad del corte girando el tornillo de avance vertical de la mesa.
• Molienda de pandillas: El fresado en grupo implica el uso de dos herramientas de corte en el mismo eje para cortar superficies horizontales. La combinación tiene un potencial ilimitado y reduce el tiempo necesario para el proceso de molienda.

Tipos de CNC fresado Máquinas

Una fresadora consta de varios componentes que cortan las piezas de trabajo. Cada tipo de fresadora tiene una configuración única, lo que permite además diferentes operaciones. A continuación se muestran los tipos comunes que puede considerar para su proyecto.

Fresadora vertical

La fresadora vertical es una máquina de 3 ejes con la mesa y el brazo conectados a una columna vertical, y el husillo es vertical.

Por un lado, con respecto al brazo, la mesa se mueve hacia arriba y hacia abajo en el eje z.  

Por otro lado, en el caso del husillo, el movimiento de la mesa depende del tipo de fresadora vertical. Por ejemplo, cuando se utiliza una fresadora vertical de torreta, el husillo está fijo mientras que la mesa se mueve a lo largo del eje x. En una fresadora vertical de bancada, la mesa puede moverse en el eje x y el husillo a lo largo de la dirección del brazo en el eje y.

Las fresadoras verticales son adecuadas para operaciones complejas debido a su precisión. Además, son adecuados para trabajar en superficies verticales y formas angulares.

Fresadora horizontal

Las fresadoras horizontales son como las fresadoras verticales. Sin embargo, los universales pueden girar a lo largo del eje z. Por tanto, son fresadoras de 4 ejes. También tienen un husillo con una orientación horizontal.

Estas máquinas son menos versátiles que sus contrapartes verticales. Sin embargo, son más adecuados para el mecanizado pesado.  

Más: Fresado horizontal vs vertical: ¿cuáles son sus diferencias?

multieje CNC fresado Máquina

La fresadora CNC multieje puede cortar en diferentes ángulos y moverse a lo largo de diferentes ases. Existen varios tipos de fresadoras multieje:

Fresadoras de 2 ejes

Las fresadoras de 2 ejes pueden trabajar como pieza de trabajo en los ejes x y z. Por lo tanto, pueden cortar vertical y horizontalmente en una sola dirección. Son el tipo más simple de fresadoras CNC.

Fresadoras de 3 ejes

Las fresadoras de 3 ejes pueden moverse en los ejes x, y y z. Por lo tanto, pueden cortar piezas de trabajo verticalmente en cualquier dirección.

Son las fresadoras multieje más comunes. Sin embargo, tienen algunas limitaciones, como que el ángulo uniforme reduce la capacidad de cortar algunas piezas complejas.

Fresadoras de 4 ejes

El husillo de la fresadora de 4 ejes puede desplazarse a lo largo de los tres ejes: arriba y abajo, de lado a lado y de adelante hacia atrás sin que la pieza de trabajo se mueva. También puede girar a lo largo del eje X o del eje A. Por lo tanto, es una opción adecuada para realizar recortes y otras operaciones de fresado complejas. Estas máquinas son rápidas, precisas y exactas.

Fresadora CNC de 5 ejes

El husillo de una fresadora de 5 ejes y la herramienta de corte se mueven a lo largo de tres ejes y permiten la rotación a lo largo de dos ejes (cualquiera de los ejes x, eje y y eje z). Pueden trabajar en varias piezas y son la máquina CNC multieje más completa.

Torreta de la máquina de fresado

Una fresadora de torreta cuenta con un husillo fijo, lo que permite que la mesa de trabajo se mueva en dos direcciones: horizontalmente (perpendicular al husillo) y verticalmente (paralelamente al husillo). Este diseño le permite realizar diversas operaciones de mecanizado, como taladrado, perforado y contorneado, lo que la hace versátil para diferentes proyectos en el trabajo y la fabricación de metales.

Fresado de bancada Máquina

Una fresadora de bancada tiene un husillo que se mueve hacia arriba y hacia abajo en paralelo a la mesa, pero la mesa en sí solo se mueve en una dirección perpendicular al husillo. Esta configuración proporciona una mayor estabilidad para piezas de trabajo más grandes y es particularmente eficaz para tareas de fresado de alta exigencia, lo que garantiza precisión y eficiencia en entornos de producción.

Fresadora CNC Componentes

La máquina contiene varios componentes con diferentes funciones para realizar la acción de corte. Cada fresadora CNC difiere en la sofisticación y el diseño de estos componentes. Sin embargo, sus funciones no cambian. A continuación se muestran los componentes generales que verá en uno

Marco

El marco es responsable de la estabilidad y rigidez de la máquina. Alberga otros componentes como la base, las columnas desmontables y el cabezal (un componente importante que alberga el eje).

Huso

El husillo es la unidad giratoria completa de la fresadora que comprende el eje que sujeta las herramientas de corte y otras partes. Es horizontal o vertical, dependiendo de la fresadora. Un motor gira el husillo en el eje determinado por el controlador CNC.

Ejes

Los ejes generales son x (vertical), y (horizontal) y z (profundidad). Sin embargo, se incluyen otros ejes giratorios en función de algunas máquinas; A, B y C.

Diferentes máquinas pueden girar a lo largo del eje dependiendo de su sofisticación. Por ejemplo, las fresadoras CNC de 4 ejes pueden girar sobre el eje A, mientras que las de 5 ejes pueden girar sobre los ejes A y C o B y C.

Columnas

Las columnas descansan sobre la base que contiene un depósito de refrigerante y una bomba. Por lo tanto, funciona como apoyo en el enfriamiento de la máquina durante el proceso de corte. La columna puede ser simple. Sin embargo, esto depende de la complejidad de la máquina.

Panel de Control CNC

El CNC está formado por un monitor CNC y botones de programación para la introducción de datos y códigos. Por tanto, controla el proceso de fresado. Por tanto, es el sistema nervioso de la máquina. 

Cambiador automático de herramientas (ATC)

• Tambor ATC: Son adecuados para fresado que requiera menos de 30 herramientas.
• Cadena ATC: Son adecuados para fresados ​​que requieran más de 30 herramientas. Estos se montan en la columna o se montan por separado en la máquina.

Lo anterior es la condición general que separa los diferentes tipos de ATC. Sin embargo, la cantidad de herramientas puede cambiar según el diseño y el fabricante de la fresadora.

Portaherramientas

El portaherramientas sujeta las herramientas de corte a la máquina CNC. Hay diferentes diseños y tamaños, siendo los tres tipos principales de portaherramientas: BT, CAT y HSK.

• Portaherramientas BT: El tamaño estándar en la industria. Cuentan con un diseño robusto con una perilla de retención que utiliza rosca métrica.
• Portaherramientas BBT: Estas versiones mejoradas incluyen puntos de contacto dobles con el husillo, lo que mejora la estabilidad y la rigidez. Son muy recomendables para aplicaciones de fresado CNC.
• Portaherramientas HSK (vástago cónico hueco): Los portaherramientas HSK de diseño europeo tienen el mismo ángulo que los portaherramientas BT, pero cuentan con una ranura de orientación adicional en las bridas, lo que los hace adecuados para el mecanizado de alta velocidad con tolerancias ajustadas.

Tabla

La mesa es la base sólida donde coloca la pieza de trabajo y la sujeta con accesorios o tornillo de banco. El tipo de mesas y sus funciones añadidas dependen de la máquina. Por ejemplo, algunas mesas usan ranuras en T para facilitar la sujeción. Otro ejemplo es la fresadora CNC horizontal que utiliza paletas Tap-holes con gran flexibilidad.

El tanque de refrigerante

El depósito de refrigerante contiene un refrigerante que se suministra a la superficie de corte o al husillo durante el fresado. Como el fresado produce calor, ayuda a enfriar la superficie y alarga la vida útil de la máquina. Existen distintos tamaños de depósitos de refrigerante. El mejor debe adaptarse a la operación de mecanizado.

Selección de material para CNC fresado

Elegir los materiales correctos puede ser un desafío debido a la amplia variedad de materiales disponibles. A continuación se muestran los factores que puede utilizar y los materiales comunes disponibles.

• Funciones de la pieza: El material adecuado debe tener funciones inherentes que ayuden a su función en el entorno de uso. Por ejemplo, el acero inoxidable es mejor que el acero al carbono cuando se considera la resistencia a la corrosión.
• Carga de tensión: Las piezas que se pueden utilizar bajo condiciones de alta tensión deben estar fabricadas con materiales que sean estables bajo tensión. La incapacidad de hacerlo puede provocar deformaciones o grietas.
• Tolerancia Dimensional: La tolerancia dimensional ayuda a la precisión durante el fresado. Por lo tanto, resulta fácil ensamblar dichas piezas. Mira el artículo si no sabes sobre el Tolerancia dimensional de mecanizado CNC or Contactar con nosotros.
• Temperatura de funcionamiento. La temperatura de fusión de los materiales debe estar por debajo de la temperatura de funcionamiento de la fresadora CNC. Esto ayudará a prevenir la deformación durante el fresado.
• Costo: El costo es el factor más importante que guía la selección. Sin embargo, asegúrese de elegir el mejor material con las mejores propiedades mecánicas en su presupuesto.

El fresado CNC es adecuado para muchos materiales. Los comunes incluyen:

• Metales: Aluminio, acero inoxidable, acero para herramientas. Acero dulce, Latón, Cobre
• Plásticos: ABS, policarbonato, nailon
• Otros: Cerámicas, composites, fenólicos  

Ventajas y desventajas de la CNC fresado en el Proceso de Producción

El proceso es una parte importante de muchos procesos de producción industrial debido a sus ventajas. Sin embargo, también tiene sus desventajas. A continuación se presentan algunas ventajas y desventajas del proceso.

Ventajas

• Exactitud y precisión

Las fresadoras CNC tienen mayor precisión y precisión. Por lo tanto, pueden crear piezas de acuerdo con su especificación técnica. Como resultado, pueden fresar piezas con tolerancias de hasta 0.0004. Además, al ser un proceso automatizado, se reducen las posibilidades de errores humanos.

• Rápido y eficiente

Las fresadoras CNC ofrecen un funcionamiento rápido y de alta eficiencia en comparación con las fresadoras convencionales, en gran medida debido a su capacidad para albergar múltiples herramientas de corte a través de un cambiador automático de herramientas (ATC). Una vez que se programa un diseño, estas máquinas pueden funcionar de forma continua con una mínima supervisión humana, lo que maximiza la productividad y la eficiencia de los recursos, algo especialmente valioso para proyectos de gran escala.

• Material compatible grande

El proceso es compatible con muchos materiales compatibles, por ejemplo, plástico, materiales compuestos y metales. Por lo tanto, el fresado CNC puede ser el proceso perfecto una vez que tenga un bloque de material.  

• Amplias capacidades de diseño

El fresado CNC permite realizar una amplia gama de diseños, desde formas sencillas hasta formas tridimensionales complejas. Su avanzado funcionamiento multieje permite crear geometrías complejas que serían difíciles o imposibles de lograr con los métodos de mecanizado convencionales.

• Versatilidad en Material

Este proceso de fresado se adapta a una amplia variedad de materiales, incluidos metales, plásticos, vidrio, madera y piedra. Esta versatilidad permite a los fabricantes seleccionar el material más adecuado para sus aplicaciones específicas, mejorando así la calidad general del producto.

Desventajas

• Desperdicio de materiales

El proceso es sustractivo, es decir, se elimina material para formar la pieza deseada. Por lo tanto, en comparación con otros métodos de fabricación como Servicios de impresión 3D, hay mucho desperdicio material.   

• Alto nivel de mantenimiento

Las fresadoras CNC requieren un alto nivel de mantenimiento para que sigan funcionando bien. La máquina es cara. Por lo tanto, el mantenimiento es importante.   

• Configuración compleja:

La configuración y programación iniciales de las máquinas CNC pueden ser complejas y requerir muchos recursos, lo que las hace menos ideales para tiradas de producción más pequeñas debido a los costos asociados y los compromisos de tiempo.

• Ineficiencias en la producción por lotes

El fresado CNC se destaca en la producción de componentes individuales, pero puede resultar ineficiente para la producción de lotes más grandes, ya que muchas máquinas están diseñadas para procesar un artículo a la vez, lo que genera velocidades de producción más lentas.

Aplicaciones de la técnica de fresado CNC

El fresado es altamente exacto, preciso y con alta tolerancia. Por lo tanto, tiene una amplia gama de aplicaciones. A continuación se muestran algunas de sus aplicaciones industriales.

Aeroespacial

El fresado por control numérico por computadora es aplicable en la fabricación de muchos componentes aeronáuticos utilizando materiales como el titanio y el aluminio. Estos materiales son ligeros y duraderos. Debido a la gran necesidad de exactitud y precisión, el proceso se considera adecuado.  

Automóvil

La industria automotriz utiliza el mecanizado por fresado debido a la necesidad de lograr eficiencia sin perder precisión. Por lo tanto, es adecuado para productos fabricados mediante este proceso, incluidos paneles interiores, culatas, ejes de transmisión, componentes de suspensión, piezas de escape y cajas de cambios.  

Agricultura

El mecanizado por fresado CNC es adecuado para fabricar piezas y componentes de uso general, como engranajes y ejes, tuercas y tornillos y bridas. Además, es adecuado tanto para capacidades de producción a gran escala como a corto plazo.

Médico

Las piezas médicas, como las prótesis, requieren diseños precisos y únicos. Por lo tanto, el fresado CNC es el mejor método para este tipo de piezas. Se conserva el diseño y hay productividad y eficiencia.

¿Cuánto cuesta el fresado CNC?

El costo del fresado CNC depende de factores como el costo de los materiales, el diseño y la máquina. A continuación se presenta un breve análisis de los factores y sus efectos.  

Diseño de la Pieza

Diseñar la pieza es muy caro. Puede subcontratar el archivo CAD a un diseñador o hacerlo usted mismo para evitar el costo. Además, debe tener en cuenta el costo de un ingeniero de fabricación que verificará y autenticará la pieza y el programador que convierte el archivo CAD en un archivo CAM. Sin embargo, muchos servicios de fresado CNC lo han incorporado en sus plataformas de cotización.  

Complejidad del diseño

Un diseño de producto complejo requiere una máquina que pueda moler el producto de manera efectiva. Cuanto mayor sea la complejidad, mayor será la sofisticación de la fresadora y mayor será el costo.

Además, un diseño complejo aumentará el tiempo necesario para completar la producción y, dado que los servicios de fresado CNC utilizan una tarifa por hora, el costo aumentará.

Para las empresas que tienen una fresadora CNC, la cantidad de energía que consume la máquina aumentará.

Volumen de producción

Los pedidos grandes son menos costosos que los pedidos pequeños cuando se subcontratan servicios de fresado CNC debido a la reducción del costo por pieza fresada. Esto se basa en economías de escala. El fresado CNC es altamente repetible, lo que reduce el tiempo de producción.

Fresadoras CNC 

Hay muchos tipos de fresadoras CNC, cada una con diferentes atributos y costos. El factor más importante que determina el tipo de máquina que utiliza es la complejidad del diseño explicada anteriormente.

El servicio de fresado CNC establece el costo de las fresadoras en una tarifa por hora (a veces con el costo del operador). El servicio calcula el costo de usar una fresadora a partir del costo de compra y cuánto tiempo debe funcionar al año. Por ejemplo, en Europa, las máquinas de 3 ejes cuestan alrededor de $40 por hora, mientras que las máquinas de 4 y 5 ejes cuestan entre $75 y $120 por hora.

Sin embargo, hay situaciones en las que pueden ser menos costosos. Por ejemplo, los servicios chinos de fresado CNC como RapidDirect ofrecen máquinas de 3 ejes por $8-$10 por hora y máquinas de 5 ejes por $30 por hora.

Material

La disponibilidad, el costo de mercado y la maquinabilidad son propiedades importantes que influyen en el costo del material. El costo del material es por bloque.

Hay dos tipos principales de materiales CNC: plástico y metales. Por un lado, el plástico es barato, muy mecanizable y de alta disponibilidad. Por lo tanto, tienen un bajo costo de material. Algunos ejemplos son el ABS ($17), el Delrin ($27) y el nailon 6 ($30). Por otro lado, los metales son más costosos que los plásticos. Algunos ejemplos comunes son el aluminio 6061 ($25), el aluminio 7075 ($80) y el acero inoxidable 304 ($90) por bloque.

Opción de acabado de superficie

Opciones de acabado como anodizado  y recubrimiento en polvo ayudar a eliminar los signos del fresado CNC o mejorar la estética de la pieza. Sin embargo, también se sumarán a su costo de fresado CNC.  

Costos adicionales de finalización

El costo de envío también se suma al costo total del fresado CNC. El costo de envío depende de la distancia desde el servicio de fresado CNC, la fecha límite y el peso del material.

Los factores anteriores juegan un papel importante en el costo del fresado CNC y deben tenerse muy en cuenta al hacer un presupuesto. Sin embargo, si todavía se pregunta sobre el costo y cómo reducirlo, debe verificar cuánto Cálculo de costos de mecanizado CNC, habla con un experto o obtener un instante cotización inicial.

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Preguntas Frecuentes