La herramienta de fabricación automatizada conocida como Control Numérico Computarizado (CNC) opera mediante instrucciones de código programado para dar forma y cortar materiales como metal, madera, espuma y plástico. Aprender a configurar y operar equipos CNC requiere estudio y práctica, pero un dominio básico del CNC permite tanto a aficionados como a profesionales crear piezas precisas de forma eficiente.
Esta guía ofrece formación paso a paso para principiantes sin experiencia en CNC mediante explicaciones detalladas sobre la preparación y programación del flujo de trabajo CNC estándar, así como sobre los procedimientos de mecanizado y mantenimiento. El artículo proporciona información esencial sobre la terminología, los componentes del equipo y los protocolos de seguridad CNC que todo operador de CNC debe conocer.
Las máquinas CNC funcionan como herramientas automatizadas de fresado y fresado con capacidades de taladrado y corte. Utilizan controles computarizados para transformar materiales en stock en piezas y diseños personalizados. La automatización de las operaciones de mecanizado manual mediante sistemas CNC ofrece mayor precisión y velocidad, además de repetibilidad y capacidades complejas que superan las que un artesano humano podría lograr.
Las principales categorías de máquinas CNC son fresadoras, tornos, routers, cortadoras láser y cortadoras de plasma. Avanzado Máquinas CNC de 5 ejes Tienen la capacidad de ejecutar operaciones complejas de corte tridimensional. La mayoría de las máquinas CNC utilizadas por aficionados funcionan como fresadoras verticales con bancadas ajustables o pequeñas fresadoras.
● Fresadora CNC Un centro de fresado vertical versátil, controlado por computadora, generalmente con una mesa o bancada móvil a la que se fija la pieza. Las configuraciones comunes son de 3 ejes (movimiento X, Y, Z) y de 5 ejes (con ejes rotatorios).
● Enrutador CNC Una máquina de pórtico que mueve un husillo sobre una mesa fija y es ideal para fresar madera o materiales blandos. El eje Z está controlado, lo que permite crear formas intrincadas en 2D y 2,5D.
● Torno CNC - Centro de torneado computarizado de alta rigidez y precisión que gira la pieza mientras las herramientas de corte se mueven radialmente para cortar patrones complejos en los lados de la pieza de trabajo.
● Cortadora de plasma CNC Utiliza un arco de plasma controlado digitalmente para fundir y cortar materiales conductores de electricidad como acero inoxidable o aluminio. Tolerancias de hasta 1 mm.
● Cortadora láser CNC Un rayo láser de CO2 quema láminas de material mediante cortes vectoriales o patrones de trama. Ideal para cortes precisos y limpios en madera, acrílico, telas y papel.
● Corte por chorro de agua CNC - Una corriente de agua a presión extremadamente alta con abrasivos corta metal, vidrio, espumas, plásticos y compuestos a lo largo de una ruta programada sin daños por calor ni humos.
Es vital comprender los componentes físicos y las capacidades de movimiento de una máquina CNC antes de intentar operarla:
● Ejes - Las direcciones de movimiento etiquetadas X, Y, Z en las que se puede posicionar la herramienta o pieza utilizando el control de movimiento coordinado.
● Huso - El motor eléctrico de alta velocidad que hace girar la herramienta de corte o broca a RPM suficientes para el mecanizado.
● Coronilla - El mandril de sujeción en el husillo de la máquina que agarra y asegura las herramientas de corte.
● Portal - El conjunto de puente que permite el movimiento de husillos o material sobre el espacio de trabajo inferior.
● Envolvente de trabajo - La capacidad máxima de tamaño de pieza en función de los recorridos de la máquina a lo largo de cada eje.
● Controlador - La computadora y el monitor que convierten el código G generado por CAM en señales eléctricas que controlan los motores paso a paso de los ejes.
● Motores paso a paso - Actuadores digitales precisos que pueden posicionar los ejes o la velocidad del husillo en función de pulsos de entrada.
Un dispositivo CNC requiere una configuración adecuada antes de encenderlo para que cualquier operación de corte se realice de forma segura. Una configuración incorrecta de la máquina y del espacio de trabajo genera riesgos que van desde daños al equipo hasta lesiones graves por la proyección de escombros y chispas, entre otros peligros potenciales.
Debe examinar tanto el manual de operaciones como las evaluaciones de riesgos del modelo de CNC que opera, ya que contiene riesgos específicos. Los consejos generales de seguridad incluyen:
● Proteja sus ojos con gafas de seguridad y sus oídos con protección auditiva y use zapatos que cubran todo su pie mientras opera el equipo.
● Verifique la estabilidad de la máquina antes de ajustar las patas niveladoras cuando opere sobre una superficie de piso irregular.
● El área de trabajo debe tener vías abiertas para el acceso y no deben existir superficies resbaladizas.
● El cabello largo debe estar recogido y se deben quitar toda la ropa suelta, las joyas y otros objetos para evitar que queden atrapados en las partes de la máquina.
● Mantenga un botiquín de primeros auxilios y un extintor de incendios fácilmente accesibles en el área de trabajo.
● El operador de la máquina debe instalar métodos que reduzcan los riesgos según las especificaciones de la máquina y los requisitos de corte del material.
El mecanizado CNC requiere un archivo de diseño digital generado mediante software CAD que define la geometría deseada de la pieza. Los tipos de archivo más comunes son los archivos .DXF o los archivos específicos de CAM con información de la trayectoria de la herramienta. El operador debe comprender plenamente las dimensiones críticas, las geometrías, las referencias de referencia u otros detalles específicos indicados en los planos o modelos antes de intentar replicarlos físicamente.
Preste atención a los detalles sobre los tamaños de orificios necesarios, los acabados superficiales, las tolerancias o las notas que aclaran las instrucciones de configuración o los pasos de mecanizado. También puede ser necesario planificar la creación de accesorios o la elección de la sujeción.
Las piezas en bruto deben coincidir con el tipo y las dimensiones especificados en el plan de corte. Asegúrese de disponer de suficiente material para todo el trabajo o la producción, considerando la posibilidad de descartar posibles desechos y defectos. Las láminas estables deben aplanarse si están deformadas para permitir una sujeción adecuada.
La selección de herramientas de corte adecuadas también es fundamental para una extracción eficiente del material sin riesgo de fallos ni daños. Tenga en cuenta factores como los siguientes al elegir las herramientas:
● Número de flautas, ángulo de hélice, longitud y diámetro en función de las cargas de viruta óptimas
● Durabilidad del recubrimiento de la herramienta para la dureza específica del material y las duraciones de funcionamiento
● Forma y ángulo de inserción ajustados para una acción de corte eficaz
● Restricciones de saliente de la herramienta para minimizar la vibración y la deflexión
Unas herramientas afiladas y sin daños son esenciales para realizar cortes limpios y precisos y optimizar el rendimiento de la máquina.
Una vez realizadas las medidas de seguridad necesarias y programado y equipado el trabajo, puede comenzar la operación práctica del CNC. La siguiente lista de verificación de procedimientos resume los pasos clave que siguen los flujos de trabajo típicos de CNC a pequeña escala, desde el encendido hasta la fabricación de las piezas.
Localice el interruptor principal de desconexión eléctrica y colóquelo en la posición "ON" para activar el dispositivo. Luego, presione el botón de encendido para inicializar el panel de control y el sistema operativo. Es probable que los motores paso a paso deban indexar sus posiciones como parte de esta sincronización de arranque.
Según las instrucciones del fabricante, ciertos componentes críticos de la máquina pueden requerir tiempo para alcanzar temperaturas de funcionamiento estables antes de comenzar el corte. Los rodamientos del husillo, los husillos de bolas y los componentes electrónicos requieren niveles de calor y viscosidad de lubricante adecuados para funcionar con precisión y fiabilidad.
Desengrase y limpie la superficie de la mesa o la subplaca donde se montarán las piezas. Seleccione las prensas, abrazaderas, mordazas de pie o soluciones de fijación personalizadas adecuadas para sujetar firmemente las piezas en su lugar y, al mismo tiempo, controlar el escurrimiento de virutas y refrigerante.
Las piezas mal alineadas pueden provocar golpes de la herramienta, errores dimensionales, vibraciones no deseadas y otros problemas técnicos. Confirme con indicadores como los comparadores de cuadrante que la pieza esté inmóvil y orientada con precisión respecto a la posición cero de la máquina.
Los archivos .NC contienen instrucciones de control numérico para dirigir los movimientos y funciones de la máquina. Otras extensiones, como CNC o TAP, también almacenan datos de corte codificados. El software CAM convierte automáticamente los modelos 3D en trayectorias de herramientas con código G.
Utilice unidades USB, redes Ethernet o la interfaz del controlador para cargar archivos de programa creados sin conexión en la memoria del sistema CNC. Verifique que el nombre del archivo y la ruta de almacenamiento sean correctos para evitar problemas operativos.
Inserte con cuidado las brocas de corte completamente en la pinza o mandril de la máquina, evitando el contacto con las delicadas ranuras. Apriete al par de apriete adecuado con las llaves de tamaño adecuado.
Introduzca o digitalice las dimensiones radiales y los valores de longitud de punta de cada herramienta para registrarlos en el registro de compensación de la biblioteca de herramientas. Esto permite compensar las diferencias durante la ejecución del programa.
Pruebe el taladrado, el cepillado o el corte de perfiles para ajustar y validar las entradas. Refine continuamente los datos de compensación hasta que esté satisfecho con el comportamiento de la herramienta antes de iniciar el programa final.
El controlador CNC orienta todos los comandos de posicionamiento, movimientos rápidos y pasadas de corte a un sistema de coordenadas definido, vinculado a la ubicación de la pieza de trabajo y los límites del stock.
Instruya a la máquina a desplazarse a los puntos de contacto, lo que ayuda a correlacionar las coordenadas de la prensa o el accesorio con las posiciones de los ejes del espacio de trabajo reportadas. Este proceso de puesta a cero sincroniza la perspectiva de programación con la ubicación real de la punta de la herramienta.
Simule siempre la ejecución completa del programa en código G a alta velocidad sin iniciar el corte. Paso que reduce considerablemente el riesgo y la responsabilidad para validar el posicionamiento y detectar cualquier fallo.
Muchos controladores CNC avanzados incluyen un entorno gráfico 3D realista que representa toda la secuencia de mecanizado. Úselo para visualizar el comportamiento del programa.
Con un programa de trayectoria de herramienta probado y verificado, inicie con cuidado la producción completa. Supervise constantemente cualquier condición de alarma o anomalía que requiera una parada inmediata del avance o una parada completa. No se permite el funcionamiento sin supervisión.
Las velocidades de avance de control, las velocidades del husillo y otros parámetros críticos deben coincidir con la configuración del programa y la capacidad del equipo para lograr la calidad de acabado deseada y evitar la rotura de la herramienta. Un enfoque conservador es una práctica inicial inteligente.
Al completar todas las operaciones codificadas sin errores de sobrecarrera del eje, la máquina CNC indicará el estado de trabajo finalizado. Inspeccione la pieza terminada dentro de la máquina antes de retirarla.
Retire con cuidado la pieza de trabajo del soporte o tornillo de banco sin dañarla después de desconectar la alimentación. Limpie también los residuos de la herramienta y del mecanizado de los componentes móviles cerca de las tapas de paso para evitar su acumulación.
Se revisó manualmente la pieza mecanizada para detectar rebabas, rebabas de fundición o inconsistencias superficiales que deban mejorarse mediante rectificado de banco o lijado. El redondeo de cantos también ayuda a reforzar los componentes contra la propagación de grietas.
Confirme que todas las dimensiones y geometrías 3D esenciales para el funcionamiento coincidan con los requisitos de ingeniería y las especificaciones del producto antes de proceder con las operaciones secundarias o la entrega al cliente. Registre las tendencias de los datos.
Preste mucha atención a estos modos de falla de mecanizado CNC conocidos al inspeccionar piezas terminadas para verificar la precisión:
● Marcas de vibración: rigidez insuficiente durante las pasadas de corte
● Paredes cónicas: ejes de máquinas mal alineados o alineadas
● Escalones en suelos: fresas desafiladas con cargas de viruta reducidas
● Radios de sobrecorte: exceso de saliente y desviación de la herramienta
Ajuste cuidadosamente los parámetros operativos y los ajustes mecánicos hasta lograr una tolerancia y un acabado superficial satisfactorios. Elimine la causa raíz; no se limite a tratar síntomas puntuales.
Realizar un mantenimiento preventivo programado de forma regular prolonga la productividad y la vida útil de los equipos CNC. Siga las recomendaciones del fabricante original (OEM) sobre métodos de limpieza, lubricantes e intervalos de sustitución de componentes.
● Limpie las virutas y los residuos de metal cerca de los componentes móviles con aire comprimido después de las operaciones.
● Tanques de refrigerante al vacío y transportadores de virutas para evitar obstrucciones en bombas y herramientas sensibles
● Verifique que los pernos de la estructura de la máquina no estén flojos debido a la vibración.
● Lubrique los rieles lineales, los husillos de bolas y las cajas de engranajes según las instrucciones.
● Inspeccione el cableado de la máquina para detectar daños por roedores o humedad.
Reemplace o reafile las brocas de corte inmediatamente si las tolerancias comienzan a verse afectadas o la calidad del acabado se degrada. Las herramientas desgastadas aumentan el calor y las fuerzas, acelerando la fatiga de los componentes. La gestión proactiva del estado de las herramientas previene la proliferación de daños.
Importe postprocesadores de código G, interfaces de máquina y firmware de control de motores actualizados de los proveedores cuando estén disponibles para corregir errores y desbloquear nuevas funciones. Sin embargo, pruebe cuidadosamente cualquier revisión antes de usarla para producción.
Si bien la generación de trayectorias de herramientas optimizadas a partir de archivos CAD requiere experiencia en software CAM especializado, los principiantes pueden comenzar a aprender los fundamentos con estos conceptos:
Estos conjuntos de instrucciones utilizan formatos alfanuméricos para controlar el movimiento de los ejes, las acciones del husillo, el estado del refrigerante y otras funciones CNC. Dominar las estructuras de código ayuda a los operadores a programar manualmente o a solucionar problemas con los archivos.
Potentes programas de interfaz como Fusion 360, MasterCAM y SolidWorks convierten modelos 3D en operaciones de mecanizado, considerando accesorios, herramientas y material. El resultado es código G simulable.
Comprender cómo modificar velocidades, avances y selecciones de herramientas dentro de los archivos de código permite refinar los tiempos de ciclo, los factores de calidad y las cargas de las herramientas. Sin embargo, los cambios también pueden generar nuevos problemas si no se está familiarizado con los cálculos subyacentes.
Aprender a operar centros de mecanizado CNC de forma segura y eficiente requiere estudiar conceptos clave como sistemas de coordenadas y programación en código G antes de intentar cortar. Además, la preparación adecuada de las materias primas, la creación de accesorios y la selección de las herramientas de corte adecuadas son vitales para el éxito.
El seguimiento meticuloso de procedimientos importantes, como la definición del cero de la máquina, el montaje de piezas, la carga de programas y la calibración de compensaciones, desarrollará competencias clave con el tiempo. Implemente gradualmente velocidades y velocidades de avance que optimicen los tiempos de ciclo sin comprometer la calidad ni la precisión del acabado.
El mantenimiento constante de los equipos CNC y la inspección de piezas para detectar errores permiten ajustar continuamente las tolerancias y los acabados superficiales para lograr un rendimiento óptimo. Dominar estos principios fundamentales del uso del CNC es un reto, pero muy gratificante.
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