La fabricación sustractiva es uno de los tipos de fabricación de precisión más comunes y utilizados. En concreto, en la fabricación sustractiva, a diferencia de la impresión 3D, se parte de un bloque sólido o una estructura de material y se recorta con una máquina hasta obtener la figura deseada. Los escultores también lo hacen, aunque en la fabricación sustractiva se reemplaza la escultura por una máquina o un brazo robótico.
Torneado CNC y fresado CNC Son las formas de fabricación más comunes en la fabricación sustractiva. Si bien en el lenguaje común se pueden usar indistintamente, en realidad son diferentes y tienen sus propias ventajas, desventajas y usos. En las siguientes líneas, esperamos brindar información básica e introductoria sobre el uso de las máquinas CNC para ayudarle en su próximo proyecto.
¿Qué es el torneado CNC?
El proceso de torneado CNC consiste en sujetar una barra de material en un mandril y hacerla girar a cierta velocidad mientras una herramienta de torneado se introduce en el material, a lo largo de la forma deseada, y se extrae del mismo. Este proceso se describe con diferentes características, en particular debido al movimiento que se describe: la pieza de trabajo gira mientras la herramienta corta. En este proceso específico, la herramienta de corte permanece en una posición mientras gira y se mueve a lo largo de los otros ejes.
El torneado CNC se realiza en una máquina llamada torno o centro de torneado. Dado que el material gira en un husillo, el torneado CNC está diseñado para crear piezas cilíndricas o tubulares. Si necesita producir un eje básico, una pata decorativa para una mesa o un conector complejo para ingeniería aeroespacial, el torneado suele ser el método de mecanizado preferido.
El proceso de torneado CNC
Para iniciar el proceso de torneado, se utiliza una barra redonda. Esta barra se monta en el husillo del torno. El husillo es el componente principal, ya que proporciona el movimiento de rotación necesario.
Primero, se activa el husillo y la pieza gira a miles de revoluciones por minuto (RPM). Una herramienta montada en una torreta se acerca a la superficie de la pieza. Mientras el husillo corta, la herramienta se mueve linealmente paralela al cilindro y retira las virutas de la pieza.
Como la herramienta está en contacto de corte en todo momento, el proceso es bastante rápido y se pueden producir cortes muy limpios. De hecho, es por esto que las operaciones de torneado CNC suelen ser reconocidas por su eficiencia y excelentes acabados superficiales.
Tipos de operación de torneado CNC
El término “torneado” se puede utilizar para describir todas las operaciones de un torno CNC, pero dependiendo de la herramienta y el patrón de movimiento de la máquina, se pueden hacer algunas cosas.
- Refrentado: Esta operación se utiliza para que la herramienta pueda despejar el extremo de la pieza de trabajo y crear una superficie perpendicular al eje de rotación. Esta superficie suele ser necesaria para realizar operaciones posteriores en una pieza de dimensión conocida.
- Torneado Exterior: La herramienta se desplaza a lo largo de la pieza para reducir su diámetro y obtener la forma cilíndrica principal.
- Mandrinado: para obtener medidas de diámetro interno específicas, una herramienta se mueve axialmente a través de la pieza de trabajo para agrandar un agujero previamente perforado.
- Roscado: Esta función hace que la máquina herramienta se mueva y corte a través del exterior o el interior de la pieza de trabajo a velocidades de avance específicas calculadas en función de la velocidad de rotación del husillo que corta las roscas de los tornillos en la pieza de trabajo.
- Ranurado: En esta pieza de trabajo, la máquina herramienta quita una porción de un lado de la pieza de trabajo cortándola radialmente, lo que da como resultado un canal o una ranura.
- Moleteado: Herramienta especial que no quita material sino que presiona un patrón de superficie (generalmente algunos diamantes o diseños de líneas rectas) en la pieza de trabajo con el fin de crear un mejor agarre en la superficie de una pieza de trabajo.
Materiales compatibles con torneado CNC
El torneado CNC permite procesar una gran variedad de materiales. Utiliza un objeto giratorio con una herramienta de corte rígida. Los plásticos blandos y las superaleaciones endurecidas se pueden manipular con el torneado CNC.
Los metales que se pueden utilizar incluyen: aluminio (6061, 7075), latón, acero con bajo contenido de carbono, acero inoxidable (303, 304, 316), titanio y magnesio.
Los plásticos que se pueden utilizar incluyen: ABS, nailon, policarbonato, PEEK, PTFE (teflón) y acrílico.
El material elegido suele determinar la velocidad de corte y el tipo de herramienta utilizada. Al utilizar aluminio blando, el torneado es más rápido y la herramienta se desgasta menos. A diferencia del torneado de acero inoxidable tratado térmicamente.
Beneficios y desventajas del torneado
Beneficios:
- Velocidad:Para piezas cilíndricas, el torneado es significativamente más rápido que el fresado porque la acción de corte continua elimina el material rápidamente.
- Acabado de la superficie:La rotación continua permite acabados excepcionalmente suaves y de alta calidad sin las marcas de herramientas visibles que a menudo deja el fresado.
- Rentabilidad:Para piezas redondas, los tornos son generalmente más económicos de operar y configurar que las fresadoras complejas.
- Precisión:Excelente para lograr tolerancias estrictas en diámetros y concentricidad.
Inconvenientes:
- Limitaciones geométricas:Estás limitado en gran medida a piezas rotacionalmente simétricas. No es fácil girar una caja cuadrada ni una forma orgánica compleja sin eje central.
- Desgaste de herramientas:El contacto constante puede generar acumulación de calor, lo que requiere estrategias de enfriamiento robustas y un desgaste potencialmente más rápido de la herramienta en materiales más duros.
¿Qué es el fresado CNC?
Al fresar algo con CNC, hago lo contrario de tornear. En lugar de girar, la pieza permanece estacionaria y una herramienta de corte se mueve sobre ella en un movimiento de vaivén para retirar material.
En el ámbito de la fabricación, las fresadoras son las máquinas más versátiles. Pueden crear cualquier superficie plana, además de ranuras, agujeros y contornos tridimensionales en zigzag. Al convertir piezas de la máquina en cilindros, la fresadora crea cubos y cualquier forma que no sea redonda. Permite crear soportes, carcasas y cualquier forma inusual.
El número de ejes que pueden mover las fresadoras también es un aspecto importante a la hora de clasificarlas.
- Fresado de 3 ejes: En tres de los ejes, la herramienta puede moverse en X (izquierda o derecha), Y (adelante o atrás), y Z (arriba o abajo). Este tipo de fresado es estándar para piezas menos complejas.
- Fresado de 5 ejes: En los 3 ejes ya descritos, y en dos más en las direcciones X e Y, la máquina cuenta con un eje de rotación o un mecanismo de inclinación, ya sea en la herramienta de corte o en la mesa de la máquina. Esta configuración permite que la fresa se acerque a la pieza desde prácticamente cualquier dirección, lo que explica la fabricación de geometrías complejas, como álabes de turbinas e implantes médicos complejos.
El proceso de fresado CNC
En el fresado CNC, el proceso implica primero una pieza de materia prima, denominada pieza bruta, que se fija a la mesa de la máquina con un tornillo de banco, como se muestra en la imagen superior derecha. En una fresadora básica de 3 ejes, el material se sujeta rígidamente, como en un torno.
A continuación, una fresa cilíndrica, que prácticamente se asemeja a un taladro, pero puede cortar lateralmente, gira a alta velocidad en el husillo de una máquina. La computadora CNC dirige el husillo a un conjunto de coordenadas. Mientras la herramienta gira, presiona el material. La herramienta entonces corta parte del material.
El proceso también se diferencia por ser intermitente. La herramienta está construida con múltiples filos de corte, y cada filo de la flauta puede cortar, pero debe salir de la pieza para dejar espacio al husillo para centrarla. En un torno, el proceso es un corte continuo, lo cual es imposible con esta herramienta.
Tipos de operaciones de fresado CNC
Al igual que el torneado, el fresado también describe una serie de operaciones específicas que se pueden realizar para proporcionar características específicas a una pieza.
- Fresado frontal: Existen fresas de gran diámetro que giran sobre un eje perpendicular a las superficies de la pieza. Su objetivo principal es nivelar la cara superior de la pieza para obtener un acabado liso.
- Fresado de losas: Este tipo de fresado tiene la fresa paralela a la pieza de trabajo. Se utiliza para retirar grandes volúmenes de material rápidamente.
- Fresado angular: La herramienta realiza chaflanes, ranuras o colas de milano en un ángulo determinado con respecto a la pieza de trabajo.
- Fresado de formas: utiliza una fresa especial que es un positivo de la forma deseada (por ejemplo, un radio curvo positivo) para cortar diferentes formas en una pasada.
- Fresado a horcajadas: se montan dos o más fresas en el mismo mandril para mecanizar dos superficies paralelas simultáneamente.
- Fresado en grupo: es similar al fresado a horcajadas, pero con múltiples fresas que realizan varias operaciones diferentes al mismo tiempo.
Materiales compatibles con fresado CNC
Los materiales que utilizan las fresadoras y los tornos son prácticamente los mismos. Dado que las piezas son fijas, es más seguro y sencillo fresar objetos grandes, difíciles de manejar o pesados que serían demasiado peligrosos para girar en un torno.
- Metales: Acero y sus aleaciones, acero para herramientas, aluminio, latón, cobre, titanio e inconel.
- Plásticos: Delrin, nailon, HDPE, UHMW y PVC.
- Compuestos: fibra de carbono y fibra de vidrio, aunque son abrasivos y probablemente necesiten herramientas especiales.
Beneficios y desventajas del fresado
Beneficios:
Versatilidad: La capacidad de crear cualquier forma.
Capacidad de múltiples funciones: Una sola configuración permite realizar una amplia variedad de tareas: taladrado, mandrinado y roscado.
Escalabilidad: puede crear toneladas de duplicados y cambiar fácilmente para crear algo nuevo.
Inconvenientes:
Costo: Son caras de operar y comprar, especialmente las máquinas de 5 ejes. También son más caras de programar que los tornos.
Residuos: Las fábricas suelen generar grandes cantidades de residuos de materiales costosos en forma de chatarra.
Marcas de herramientas: Los cortes pueden ser muy visibles y pueden ser necesarios procesos adicionales para suavizar la superficie.
Diferencias clave: torneado CNC vs. fresado CNC
Ambas son formas de fabricación CNC sustractiva, pero existen diferencias entre el torneado y el fresado. Conocer estas diferencias puede ayudarle a mejorar la eficiencia de su línea de producción.
1.Movimiento
La principal diferencia es qué elemento de la fresadora se mueve.
-Torneado significa que la pieza gira y la máquina herramienta permanece quieta.
-El fresado significa que la pieza permanece quieta y la máquina gira la herramienta.
Esta diferencia por sí sola es suficiente para alterar el rendimiento de la tienda.
2.Herramientas
El torneado utiliza herramientas de corte de una sola punta. Tenga en cuenta que solo una punta afilada de la herramienta hace contacto con el material. Así se logran cortes suaves y continuos.
El fresado utiliza herramientas de corte multipunta. Ejemplos de ello son las fresas de extremo y las fresas de planear, que tienen filos de corte a lo largo de la ranura de la herramienta. De esta manera, se puede eliminar material no cilíndrico en grandes volúmenes.
3. Formas de las piezas
El torneado solo se aplica a piezas con simetría de rotación, como cilindros, tubos y esferas. Si ambas piezas tienen secciones transversales idénticas, independientemente de su posición a lo largo del eje de rotación, están listas para el torneado.
El fresado es lo opuesto. Esto incluye bloques 3D, placas y otras formas asimétricas complejas. Si una pieza tiene muchas características 2D, como caras planas y cortes variados, probablemente sea apta para fresado.
4. Formación de virutas
El torneado produce virutas continuas, largas y fibrosas. Esto es resultado del roce constante de la herramienta. A menudo, estas virutas pueden enrollarse alrededor de la herramienta, un efecto conocido como "anidación de pájaro".
Fresado: Produce virutas cortas y rotas debido al corte intermitente. Estas son más fáciles de evacuar de la zona de corte.
Cómo elegir el proceso adecuado para su proyecto
Elegir entre fresado CNC o torneado CNC no siempre es una decisión binaria. La mayoría de las máquinas actuales son centros de fresado-torneado que incorporan ambas funcionalidades. Permiten rotar la pieza para operaciones de torneado mientras utilizan portaherramientas motorizados para fresar superficies planas o taladrar agujeros laterales.
Sin embargo, si tiene que tomar una decisión sobre un proceso primario, debe tener en cuenta los siguientes factores:
Forma de la pieza
Considere el diseño. ¿Es circular o redondo? ¿Tiene forma de tornillo, perno o pistón? En caso afirmativo, debería empezar por el torneado. Si la pieza es cuadrada, rectangular o tiene formas asimétricas, como soportes, colectores o tapas personalizadas, debería empezar por el fresado.
Volumen de Producción
Con un volumen similar, el torneado es más rápido y económico para producciones de gran volumen que incluyen piezas cilíndricas. El torno suizo es un tipo de centro de torneado que produce miles de piezas precisas en una hora y es muy especializado. El fresado tiende a ser más lento, incluso para grandes volúmenes, ya que es necesario para geometrías más complejas.
Recursos financieros
Las fresadoras de 3, 4 o 5 ejes son más caras en cuanto a configuración y programación que los centros de torneado. Si diseña su pieza de forma que se tornee en lugar de fresar, probablemente ahorrará en costos de producción.
Conclusión
Este conocimiento sobre la fabricación CNC le permite diseñar con mayor eficiencia. Puede adaptar sus piezas al proceso de mecanizado específico que se utilizará para eliminar la producción innecesaria, aumentar la velocidad de producción y reducir costos. Conocer las diferencias entre la precisión rotacional de un torno y la capacidad general de contorneado de una fresadora le permite seleccionar la herramienta de mecanizado adecuada para su tarea.
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Preguntas Frecuentes sobre Comida y Bebida al Por Mayor
Q: ¿Existe interpolación de fresado en torneado?
R: Sí, existe un método llamado torneado por interpolación, en el que una fresadora puede imitar un torno, aunque a un ritmo significativamente más lento y con menos precisión.
Q: ¿El torneado CNC cuesta menos?
R: Generalmente no. Para la mayoría de las piezas adecuadas (cilíndricas) con un presupuesto determinado, el torneado es más eficiente y económico. El fresado se reserva para las piezas que no se pueden tornear.
Q: ¿Qué es una máquina fresadora-torneadora?
A: Un centro de mecanizado híbrido capaz de realizar operaciones de torneado y fresado en una sola configuración. La pieza gira para el torneado y la máquina también cuenta con herramientas rotativas de suministro para taladrar o fresar características sin necesidad de transferir la pieza a otra máquina.
Q: ¿Qué proceso tiene el mejor acabado?
R: El torneado ofrece un mejor acabado en piezas cilíndricas porque el corte es continuo. El fresado deja marcas de herramienta donde la fresa gira constantemente.
