El fresado CNC es un método ampliamente utilizado en la fabricación moderna. Consiste en cortar material de una pieza de trabajo para darle la forma deseada. Una fresadora CNC puede realizar diversas operaciones para crear diseños tanto simples como complejos. Cada operación elimina el material de forma diferente y utiliza herramientas y movimientos específicos.
En este artículo, explicaremos cómo funciona el fresado CNC y describiremos los principales tipos de operaciones de fresado. Aprenderá las ventajas y los usos comunes de cada método. Al finalizar, comprenderá cómo seleccionar la operación de fresado adecuada para su proyecto.
Cómo funciona el fresado CNC
El fresado CNC comienza con un archivo de diseño que contiene un modelo digital de la pieza. Los diseñadores crean estos modelos 3D utilizando Software CADLos programadores luego traducen el archivo CAD en un conjunto de instrucciones que el máquina CNC Puede leer. Estas instrucciones, a menudo llamadas códigos G y códigos M, indican a la máquina cómo moverse, a qué velocidad girar la herramienta de corte y cuánto material retirar en cada paso.
Los siguientes componentes hacen posible este proceso:
- Panel de Control:El panel de control lee el código G y código M archivos. Permite al operador configurar la velocidad del husillo, la velocidad de avance, la profundidad de corte y otros parámetros de mecanizado.
- Huso: Los huso Sujeta una herramienta de corte en un mandril o pinza. El husillo gira la herramienta a distintas velocidades. Un motor eléctrico y un conjunto de rodamientos impulsan el husillo. La máquina puede mover el husillo en los ejes X, Y y Z para alcanzar diferentes zonas de la pieza.
- Mesa de trabajoLa mesa de trabajo es una superficie plana donde los técnicos sujetan o fijan la pieza de trabajo. Ranuras en T o abrazaderas especiales mantienen la pieza de trabajo estable. La mesa puede moverse horizontal o verticalmente, según el diseño de la máquina.
- ColumnaLa columna es una estructura de soporte rígida. Sostiene el conjunto del husillo y guía su movimiento vertical. Una columna robusta evita la deflexión de la herramienta durante el corte.
- SillínEl soporte se ubica entre la columna y la mesa de trabajo. Mueve la mesa de trabajo en dirección Y (de adelante hacia atrás). Este movimiento permite que la herramienta alcance diferentes áreas de la pieza sin necesidad de reajustarla.
- CenadorUn mandril es un eje que sostiene varias herramientas de corte simultáneamente. Se extiende desde el husillo. El uso de un mandril permite que una máquina utilice varias herramientas de corte en secuencia sin detenerse para cambiarlas.
- Herramientas de corte: Herramientas de corte de fresado Retiran material de la pieza de trabajo. Tienen bordes afilados de carburo, acero de alta velocidad u otros materiales resistentes. Ejemplos comunes son las fresas de extremo, las fresas de planear, las fresas de punta esférica y las brocas para ranurar.
El proceso de fresado CNC siempre comienza con un archivo de diseño. Tras el diseño, los técnicos cargan las herramientas y preparan la pieza.
Tipos de operaciones de fresado
La amplia gama de operaciones de fresado se debe a las múltiples maneras en que las fresas y las piezas pueden interactuar. Algunos procesos buscan alisar una superficie extensa, mientras que otros forman cavidades o conforman cantos. Algunas operaciones producen ranuras, mientras que otras cortan roscas o engranajes.
A continuación se muestra un cuadro de resumen rápido que muestra 19 operaciones de fresado, una breve descripción de cada una, algunas de sus principales ventajas y usos comunes.
| Operación de fresado | Mareas Ideales para Lecciones | Ventajas | Aplicaciones principales |
|---|---|---|---|
| Fresado frontal | Corta una superficie plana en la parte superior de una pieza de trabajo. | Alta tasa de eliminación de material; acabado suave | Superficies planas, moldes, bases de máquinas. |
| Fresado simple (de losa) | Se utiliza para cortar un área plana completa, a menudo para realizar cortes gruesos. | Eliminación de material consistente; rentable | Eliminación de grandes cantidades de material; cortes bastos |
| Fresado lateral | Corta a lo largo del borde o del costado de una pieza de trabajo. | Crea perfiles laterales planos y precisos | Ranuras, ranuras, hombros |
| Fresado a horcajadas | Fresa dos superficies paralelas a la vez. | Producción rápida de ranuras paralelas | Plantillas, accesorios, espacios para engranajes |
| Molienda de pandillas | Utiliza múltiples cortadores en un eje para diversas operaciones. | Múltiples funciones en una sola configuración | Bloques de motor, carcasas de transmisión |
| Fresado de ángulo | Cortes en ángulos o chaflanes específicos. | Superficies angulares precisas; biseles | Ranuras en T, chaflanes, características angulares |
| Fresado de formas | Da forma a contornos o perfiles irregulares. | Formas complejas y precisas | Álabes de turbina, implantes ortopédicos |
| Fresado final | Introduce la pieza de trabajo en una fresadora para obtener distintas formas. | Ideal para perfiles detallados; buen acabado. | Bolsillos, ranuras, bolsillos complejos. |
| Aserrado | Utiliza un cortador circular grande para cortar ranuras. | Eficaz para ranuras profundas y tronzado. | Corte de piezas; ranurado |
| Fresado de engranajes | Corta dientes de engranajes utilizando herramientas de conformado o fresas madre. | Formas de engranajes muy precisas | Todo tipo de producción de engranajes. |
| Fresado de rosca | Corta roscas internas o externas mediante interpolación. | Tamaños de rosca flexibles; sin atascos de viruta | Elementos de fijación, roscas internas en motores |
| Fresado CAM | Da forma a perfiles de levas para levas mecánicas. | Geometría de leva precisa; superficies lisas | Levas en motores y maquinaria |
| Fresado de perfiles | Sigue un contorno definido en una pieza de trabajo. | Corte preciso de bordes y contornos | Contornos de piezas complejas, bordes decorativos |
| Fresado en escuadra | Crea un hombro o escalón en la pieza de trabajo. | Esquinas cuadradas; escalones de altura precisa | Hombros, rasgos escalonados |
| Fresado cilíndrico | Produce formas redondas o cilíndricas. | Perfiles redondos precisos; tamaños consistentes | Ejes, rodillos, piezas de carcasa cilíndrica |
| Microfresado | Utiliza cortadores muy pequeños para obtener detalles finos. | Alta precisión en características diminutas | Micropiezas, componentes electrónicos |
| Fresado por inmersión | Sumerge el cortador directamente en el material. | Embolsado rápido; preparación de agujeros profundos | Bolsillos profundos, agujeros de entrada iniciales |
| Fresado helicoidal | Corta agujeros o características en un patrón helicoidal. | Paredes de agujeros lisas; tamaños de agujeros flexibles | Realización de agujeros grandes, corte de ranuras helicoidales |
| Fresado de ranuras | Utiliza una fresa giratoria para hacer una ranura recta en una pieza de trabajo. | Alta tasa de eliminación de material para un ranurado eficiente | Ranuras, surcos |
Las siguientes secciones explican cada operación con más detalle con ejemplos sencillos.
1. Fresado frontal
El planeado Esta operación utiliza una fresa con múltiples dientes dispuestos en su periferia y cara. La fresa gira perpendicularmente a la superficie de la pieza. El objetivo principal de esta operación es aplanar o alisar una superficie plana y extensa. Los filos de corte eliminan el material en dirección radial. El proceso permite procesar grandes profundidades de corte simultáneamente. Esto hace que el planeado sea ideal para eliminar grandes cantidades de material rápidamente.
Muchos fabricantes utilizan el fresado frontal para preparar piezas fundidas o forjadas en bruto para su posterior mecanizado. La principal ventaja del fresado frontal es la alta velocidad de corte. El operario puede lograr un acabado fino al optimizar la velocidad de avance y la velocidad del husillo. Los valores típicos de rugosidad superficial oscilan entre 0.8 y 3.2 μm en Ra.
2. Fresado simple (de losa)
El fresado plano, también llamado fresado de losas, es muy similar al planeado. La principal diferencia radica en que el fresado plano utiliza una fresa con filos de corte únicamente en su periferia. Esto significa que la cara de la fresa no corta; solo el filo maneja el material. La pieza de trabajo se desplaza a lo largo de la mesa, pasando por la fresa giratoria.
Esto elimina el material en una tira más uniforme. El proceso produce una superficie plana, pero suele dejar un acabado ligeramente más rugoso que el planeado. La rugosidad superficial típica para el fresado plano oscila entre 1.6 y 6.3 μm en Ra.
3. Fresado lateral
Fresado lateral Utiliza los dientes laterales de la fresa para mecanizar una cara, hombro o ranura vertical. La fresa gira paralela a la superficie de trabajo y la pieza se mueve contra el lateral de la fresa. Esto crea una pared vertical o casi vertical precisa.
El fresado lateral es valioso cuando el operador necesita formar perfiles laterales planos, ranuras para chavetas o ranuras para juntas tóricas. Los filos de corte laterales de la herramienta ayudan a mantener tolerancias ajustadas. Un rango típico de rugosidad para el fresado lateral es de 1.6 a 3.2 μm en Ra.
4. Fresado a horcajadas
El fresado a horcajadas utiliza dos fresas idénticas montadas en el mismo mandril o husillo. Las fresas están enfrentadas y tienen un espacio entre ellas. La pieza de trabajo pasa entre ellas y cada fresa retira material de lados opuestos.
Esto significa que la máquina produce dos caras paralelas a la vez. La distancia entre las fresas controla el ancho de la ranura o la distancia entre superficies. El fresado transversal es muy eficiente para crear superficies paralelas sin necesidad de realizar dos pasadas separadas.
5. Fresado en grupo
El fresado múltiple monta varias fresas diferentes en un mismo mandril. Cada fresa realiza una operación distinta en una sola pasada. Por ejemplo, la primera fresa puede desbastar una superficie, la segunda puede formar una ranura y la tercera puede biselar un borde. Dado que la pieza de trabajo solo se mueve una vez, este método ahorra tiempo.
El operador puede formar características complejas, como cavidades y ranuras, con gran rapidez. La disposición de las fresas requiere una planificación cuidadosa para evitar interferencias. Las herramientas típicas incluyen fresas de planear, brocas para ranuras y fresas de chaflanes en una sola configuración.
6. Fresado en ángulo
Fresado de ángulo Utiliza una fresa montada en un ángulo preciso respecto a la superficie de la pieza. Los dientes de la fresa apuntan a lo largo de un perfil helicoidal o angular. Esta operación produce chaflanes, biseles o bordes angulados. La configuración de la máquina garantiza que el eje de la fresa se incline para alcanzar el ángulo deseado.
El fresado angular requiere un control minucioso de la posición de la pieza. La operación no debe permitir holgura adicional, ya que el ángulo se desviará. Sus usos típicos incluyen la creación de ranuras en V para uniones soldadas o la creación de bordes angulares con fines estéticos o funcionales.
7. Fresado de formas
Fresado de formas Utiliza fresas especiales con un perfil que se adapta a un segmento de la forma de la pieza. El perfil de la fresa puede ser convexo, cóncavo o personalizado. La máquina mueve la fresa a lo largo de una trayectoria que permite que su forma presione la pieza. Como resultado, la superficie mecanizada se ajusta exactamente al perfil de la fresa.
Este método es ideal para producir formas complejas o curvas con un mínimo de pasadas. Los fabricantes suelen utilizar el fresado de formas para dar forma a álabes de turbinas, engranajes con perfiles no estándar o implantes ortopédicos a medida.
8. Fresado final
Fresado final Introduce la pieza de trabajo en la cara o el lateral de una fresa giratoria. El eje de la fresa es perpendicular a la superficie de trabajo y la herramienta puede moverse en las direcciones x, y y z. Las fresas vienen en diversas formas, como punta plana, punta esférica o radio de esquina. El operador elige la forma según la característica deseada.
Esta operación permite crear cavidades, ranuras y formas de contorno. El proceso ofrece una gran flexibilidad y permite producir características detalladas en una sola configuración. Una fresa de punta esférica, por ejemplo, es ideal para un acabado suave en superficies curvas.
9. Aserrado
El aserradero utiliza una fresa circular grande, a menudo llamada sierra de corte o sierra de corte. La fresa gira a altas revoluciones por minuto y corta una ranura estrecha o partes de la pieza de trabajo. El operador ajusta la profundidad y el avance para determinar el ancho o la separación de la ranura. Este método es ideal para cortar piezas terminadas o dividir piezas grandes en secciones más pequeñas. También crea ranuras rectas que actúan como chaveteros o guías.
10. Fresado de engranajes
El fresado de engranajes se basa en fresas madre especiales que tienen la forma inversa de los dientes del engranaje. La fresa y la pieza de trabajo giran sincronizadas. Cada rotación de la pieza de trabajo y la fresa elimina una pequeña cantidad de material del espacio entre los dientes del engranaje. Este proceso continúa hasta obtener la forma final del engranaje.
11. Fresado de roscas
Fresado de rosca Corta roscas en un orificio o en una varilla mediante el movimiento de una fresa espiral a lo largo de una trayectoria helicoidal. La fresa se mueve alrededor del eje del orificio para cortar roscas internas o a lo largo de una trayectoria helicoidal en una varilla para cortar roscas externas. El operador puede ajustar la profundidad y el paso programando la trayectoria de la herramienta.
El fresado de roscas ofrece una mejor calidad de rosca en agujeros de gran diámetro, ya que la fresa puede eliminar las virutas con mayor eficiencia. Además, la fresa mantiene contacto con solo una parte de la forma de la rosca, lo que reduce la tensión de la herramienta.
12. Fresado CAM
El fresado CAM consiste en conformar un perfil de leva, una forma curva o compleja que convierte el movimiento rotatorio en lineal. El proceso utiliza una fresa especializada que se adapta a parte del perfil de la leva, o puede emplearse una fresa de punta esférica o de contorno. La máquina sigue una trayectoria programada que traza el contorno de la leva.
Esta operación exige alta precisión, ya que la forma de la leva controla el movimiento en los sistemas mecánicos. Un perfil de leva bien diseñado garantiza un movimiento suave, mínimo ruido y una larga vida útil de los componentes.
13. Fresado de perfiles
Fresado de perfiles Sigue un contorno en la superficie de la pieza. La forma de la fresa puede variar; por ejemplo, una fresa plana simple o una fresa de punta esférica. La máquina mueve la fresa a lo largo de una trayectoria programada que traza el perfil de la pieza.
Esta operación puede realizarse sobre una superficie plana o una forma tridimensional. El fresado de perfiles es crucial para generar contornos complejos en piezas como soportes, carcasas o molduras decorativas. El operador selecciona cuidadosamente la profundidad y el paso para equilibrar la calidad del acabado y la duración del ciclo.
14. Fresado de hombros
El fresado en escuadra utiliza una fresa dentada en la periferia y la cara para crear un escalón vertical, u "escuadra", en la pieza de trabajo. El diámetro de la fresa coincide aproximadamente con el ancho de la escuadra. La máquina mueve la fresa vertical y horizontalmente para cortar la escuadra con dientes laterales y frontales.
La operación produce un ángulo agudo de 90 grados entre las superficies horizontales y verticales. El operador debe mantener avances y velocidades moderados para evitar astillas en el ángulo. La precisión en el control de profundidad también es importante para mantener la altura del hombro.
15. Fresado cilíndrico
El fresado cilíndrico mecaniza las superficies cilíndricas externas o internas de una pieza. Una fresa rotatoria sigue la superficie curva mientras la pieza gira o indexa en un dispositivo de fijación. La fresa puede tener un perfil convexo o cóncavo para adaptarse a la geometría de la pieza.
16. Microfresado
El microfresado es el proceso que utiliza fresas muy pequeñas, a menudo de menos de 1 mm de diámetro, para crear características en piezas diminutas. La fresa gira a velocidades extremadamente altas, a veces hasta 100,000 XNUMX RPM o más. Las velocidades de avance son muy bajas para evitar la rotura de la herramienta.
Esta operación es ideal para mecanizar características precisas en dispositivos médicos, electrónica y micromoldes. El operador debe considerar la fragilidad de la herramienta y asegurar una buena evacuación de virutas. Incluso virutas pequeñas pueden dañar una herramienta diminuta o arruinar la superficie de una pieza pequeña.
17. Fresado por inmersión
El fresado por penetración, también llamado fresado en el eje Z, introduce la fresa directamente en la pieza de trabajo con un movimiento vertical. La fresa penetra el material al penetrar, eliminando un patrón circular de metal. Tras penetrar a profundidad, la fresa puede moverse lateralmente para ensanchar la cavidad. Luego, se retrae y repite el proceso de penetración vertical en una nueva ubicación.
Este método reduce las fuerzas de corte y es adecuado para desbastar cavidades en materiales tenaces. El proceso también permite una evacuación de viruta más eficaz, ya que esta se fragmenta en segmentos más pequeños durante cada penetración.
18. Fresado helicoidal
Fresado helicoidal Es una variante del fresado por inmersión donde la fresa se mueve en una trayectoria espiral o helicoidal. La operación comienza posicionando la fresa en el centro del agujero. A continuación, la fresa se mueve hacia abajo en el eje Z, girando simultáneamente alrededor del centro del agujero con un radio constante. Esta combinación de movimientos verticales y circulares crea un movimiento helicoidal que corta el material en capas. El fresado helicoidal produce agujeros redondos sin necesidad de taladro.
19. Fresado de ranuras
Fresado de ranuras Crea ranuras o zanjas en una pieza de trabajo mediante una fresa de ranuras, una hoja casi circular, similar a una sierra, que corta el material lateralmente. La fresa avanza a lo largo de la pieza para crear un canal del ancho y la profundidad requeridos. En algunos casos, los operarios utilizan una fresa de extremo: sus ranuras laterales retiran el material lateralmente mientras su cara corta hacia abajo. El fresado de ranuras se utiliza comúnmente para formar chaveteros (las ranuras que alojan una chaveta en un eje) y otras ranuras similares necesarias para ensamblajes mecánicos o componentes de montaje.
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Cómo elegir la operación de fresado adecuada
Elegir la mejor operación de fresado para un proyecto requiere considerar varios factores. Cada uno afecta directamente las dimensiones, el acabado superficial y la función de la pieza final. A continuación, se presentan las principales consideraciones que ayudan a guiar el proceso de selección.
Tipo De Material
Las propiedades del material de la pieza de trabajo, como la dureza, la tenacidad y la conductividad térmica, afectan la selección de la herramienta y el tipo de operación. Los materiales duros, como el acero inoxidable, pueden requerir velocidades de corte más bajas y subir fresado Para reducir el desgaste de la herramienta. Los materiales más blandos, como el aluminio, suelen mecanizarse más rápido con procesos convencionales.
Requisitos de acabado superficial
Diferentes operaciones dan lugar a distintos valores de rugosidad superficial (Ra). Los ingenieros deben adaptar la operación al acabado deseado:
- Fresado frontal: Ra 0.8 – 3.2 μm
- Fresado final: Ra 0.8 – 6.3 μm
- Fresado de ranuras: Ra 1.6 – 6.3 μm
- Fresado de rosca: Ra 1.6 – 3.2 μm
- Fresado de engranajes: Ra 1.6 – 3.2 μm
Si una pieza necesita una superficie muy lisa, los operadores pueden optar por un fresado frontal para planos anchos o una fresa de extremo fino para características más pequeñas.
Complejidad geométrica
Las formas simples, como superficies planas y ranuras rectas, pueden utilizar operaciones básicas como el fresado simple o planeado. Los contornos, las cavidades o los perfiles de leva intrincados requieren fresado de forma, fresado de remates o fresado CAM. Analizar el modelo 3D y considerar las estrategias de trayectoria de la herramienta ayuda a determinar si una sola operación puede lograr la geometría deseada o si se deben combinar varias.
Capacidades y configuraciones de la máquina
Los parámetros de la máquina CNC (velocidad del husillo [RPM], velocidad de avance [mm/min] o [pulg./min]) y profundidad de corte [mm/pulg.] por pasada) influyen directamente en la velocidad de producción y la calidad de la pieza. Los operarios deben confirmar que el recorrido del eje, la capacidad de sujeción y la rigidez de la máquina sean adecuados para la operación elegida. Por ejemplo, las ranuras profundas suelen requerir una máquina con suficiente recorrido del eje Z y una configuración rígida para evitar deflexiones.
Tipos de operaciones de fresado según los mecanismos de corte
Las fresadoras también se clasifican según el modo en que la fresa se acopla a la pieza. Los dos métodos principales de avance son el fresado convencional y el fresado ascendente. También se distingue entre operaciones manuales y CNC.
Fresado Manual
En el fresado manual, el operario prepara la pieza y la herramienta manualmente. El operador utiliza volantes para mover la mesa y la herramienta de corte. El operario ajusta parámetros como la profundidad de corte, la velocidad del husillo y el avance basándose en su experiencia y en indicaciones visuales.
Si bien el fresado manual ofrece flexibilidad y bajo costo, depende en gran medida de la habilidad del operador. El tiempo de preparación suele ser mayor y los niveles de precisión suelen ser inferiores a los que pueden alcanzar las máquinas CNC modernas.
CNC fresado
El fresado CNC utiliza un sistema de control informático para mover la fresa y la pieza de trabajo automáticamente. Un programa CAM produce G-código que lee el controlador CNC. La máquina sigue velocidades de avance y de husillo exactas, y trayectorias de herramientas sin intervención humana. Las máquinas de 3 ejes pueden moverse en los ejes X, Y y Z, mientras que las máquinas de 4 o 5 ejes agregan rotación o inclinación.
Fresado convencional vs. fresado ascendente
Tanto en el fresado manual como en el CNC, los técnicos pueden utilizar dos métodos de alimentación diferentes: fresado convencional y fresado ascendente. La elección del método afecta el acabado superficial, la vida útil de la herramienta y las fuerzas de corte.
A continuación se muestra una tabla comparativa que resume estos dos métodos de fresado:
| Elemento | Fresado convencional | Fresado de subida |
|---|---|---|
| Dirección de corte | El cortador gira contra la alimentación | El cortador gira con el avance |
| Perfil de espesor de viruta | Empieza pequeño, termina grande | Empieza grande, termina pequeño |
| Acabado de la superficie | Más áspero | más suave |
| Desgaste de la herramienta | Más alto (debido al roce) | Inferior (debido al cizallamiento) |
| Estabilidad de la pieza de trabajo | Puede levantar el material ligeramente | Tiende a tirar la pieza de trabajo hacia abajo |
| Materiales adecuados | Más blando (por ejemplo, aluminio, latón) | Más duro (por ejemplo, acero, acero inoxidable) |
| Requisito de la máquina | Máquina menos rígida, ok | Se necesita una máquina rígida para evitar el juego. |
Fresado vertical vs. fresado horizontal
Fresado verticalEl husillo de la fresadora está orientado verticalmente (arriba-abajo). La mesa de trabajo se mueve en los ejes X e Y. Fresadoras verticales Incluyen fresadoras de rodilla, fresadoras de bancada y fresadoras de columna.
Fresado horizontalEl husillo de la fresadora está orientado horizontalmente (izquierda-derecha). La mesa de trabajo se mueve en el eje vertical (eje Z) y en un eje horizontal. Las fresadoras horizontales suelen tener un soporte de mandril grande para sujetar fresas pesadas.
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Conclusión
El fresado CNC ofrece un conjunto versátil de operaciones que permite manejar una amplia gama de geometrías, desde superficies planas hasta levas y engranajes complejos. Los ingenieros deben adaptar cuidadosamente las propiedades del material, los requisitos de acabado superficial y la complejidad geométrica al proceso de fresado adecuado. Al tomar decisiones informadas sobre las operaciones y herramientas de fresado, los fabricantes pueden lograr alta precisión y una larga vida útil de las herramientas, a la vez que minimizan el tiempo de ciclo y los costos.
Preguntas Frecuentes
El fresado de engranajes tiende a tener el costo más alto debido a las fresas especializadas, los largos tiempos de ciclo y las configuraciones precisas necesarias para producir dientes de engranaje precisos.
El fresado simple o de losas suele ser el más económico. Utiliza fresas cilíndricas sencillas, elimina grandes cantidades de material rápidamente y requiere una preparación mínima.
Este artículo fue escrito por ingenieros del equipo de BOYI TECHNOLOGY. Fuquan Chen es ingeniero y técnico con 20 años de experiencia en prototipado rápido y fabricación de piezas metálicas y plásticas.
