EL FUNCIONAMIENTO DE LA FRESADORA CNC
La introducción del control numérico computarizado (CNC) ha
ampliado exponencialmente las aplicaciones de las máquinas industriales
mediante la automatización programable de la producción y el logro de
movimientos imposibles de efectuar manualmente, como círculos, líneas
diagonales y otras figuras más complicadas que posibilitan la
fabricación de piezas con perfiles sumamente complejos. Esto también se
traduce en la optimización de muchas variables esenciales de todo
proceso de manufactura: productividad, precisión, seguridad, rapidez,
repetitividad, flexibilidad y reducción de desechos.
La multiplicidad de fresadoras
que existen hoy en día se ha expandido cómodamente hacia la
proliferación de sus pares equipadas con CNC. De hecho, también existen
kits especiales para transformar las viejas fresadoras en una fresadora
CNC.
Básicamente, las fresadoras CNC son muy similares a las convencionales y poseen las mismas partes móviles, es decir, la mesa, el cabezal de corte, el husillo y los carros de desplazamiento lateral y transversal. Sin embargo, no presentan palancas ni manivelas para accionar estas partes móviles, sino una pantalla inserta en un panel repleto de controles y una caja metálica
donde se alojan los componentes eléctricos y electrónicos que regulan
el funcionamiento de motores destinados a efectuar el mismo trabajo que
hacían las palancas y manivelas de las viejas máquinas. Entre estos
componentes se encuentra el CNC, que es una computadora
principalmente responsable de los movimientos de la fresadora a través
del correspondiente software. La combinación de electrónica y motores o
servomotores de accionamiento es capaz de lograr todas las operaciones
de fresado posibles.
Para comprender el control de movimientos que ejerce el CNC, vamos a
repasar brevemente cómo funciona una fresadora convencional.
La figura esquematiza una fresadora típica. En este tipo de máquinas,
las manivelas accionan las partes móviles en forma manual para que la
herramienta de corte (fresa) se desplace linealmente en por lo menos tres ejes, que reciben el nombre de ejes principales:
Eje X: horizontal y
paralelo a la superficie de sujeción de la pieza. Se asocia con el
movimiento en el plano horizontal longitudinal de la mesa de fresado.
Eje Y: forma un
triedro de sentido directo con los ejes X y Z. Se asocia con el
movimiento en el plano horizontal transversal de la mesa de fresado.
Eje Z: donde va
montada la fresa, es el que posee la potencia de corte y puede adoptar
distintas posiciones según las posibilidades del cabezal. Se asocia con
el desplazamiento vertical del cabezal de la máquina.
Si la fresadora dispone de una mesa fija, estos tres desplazamientos son ejecutados por el cabezal.
Ahora bien, es claro que el fresado de piezas más complejas requerirá
un mayor número de ejes cuya trayectoria no sea únicamente lineal, sino
también rotatoria. En este punto es donde el concepto de CNC entra en juego, dando origen a una multiplicidad de ejes complementarios controlados de forma independiente y determinados por el movimiento de mesas giratorias y/o cabezales orientables.
Esto origina una diversidad de modelos de máquinas que posibilitan el
mecanizado de la pieza por diferentes planos y ángulos de aproximación.
En la siguiente figura vemos un ejemplo de fresadora CNC con sus
componentes básicos y ejes principales (X, Y, Z) y complementarios (B,
W).
1 – Columna
2 – Pieza de trabajo
3 – Mesa de fresado, con desplazamiento en los ejes X e Y
4 – Fresa
5 – Cabezal de corte que incluye el motor del husillo
6 – Panel de control CNC
7 – Mangueras para líquido refrigerante
X, Y, Z – Ejes principales de desplazamiento
B – Eje complementario de desplazamiento giratorio del cabezal de corte
W – Eje complementario de desplazamiento longitudinal del cabezal de corte
La función primordial del CNC es la de controlar los desplazamientos
de la mesa, los carros transversales y longitudinales y/o el husillo a
lo largo de sus respectivos ejes mediante datos numéricos. Sin embargo,
esto no es todo, porque el control de estos desplazamientos para lograr
el resultado final deseado requiere el perfecto ajuste y la correcta
sincronización entre distintos dispositivos y sistemas que forman parte
de todo proceso CNC. Estos incluyen los ejes principales y
complementarios, el sistema de transmisión, los sistemas de sujeción de
la pieza y los cambiadores de herramientas, cada uno de los cuales
presenta sus modalidades y variables que también deben estipularse
adecuadamente.
Este riguroso control lo efectúa un software que se suministra con la
fresadora y que está basado en alguno de los lenguajes de programación
numérica CNC, como ISO, HEIDENHAIN, Fagor, Fanuc, SINUMERIK y Siemens.
Este software contiene números, letras y otros símbolos -por ejemplo,
los códigos G y M– que se codifican en un formato apropiado
para definir un programa de instrucciones capaz de desarrollar una tarea
concreta. Los códigos G son funciones de movimiento de la máquina (movimientos rápidos, avances, avances radiales, pausas, ciclos), mientras que los códigos M
son las funciones misceláneas que se requieren para el maquinado de
piezas, pero no son de movimiento de la máquina (arranque y paro del
husillo, cambio de herramienta, refrigerante, paro de programa, etc.).
De esto se desprende que para operar y programar este tipo de máquinas
se requieren conocimientos básicos en operaciones de mecanizado en
equipo convencional, conocimientos elementales de matemática, dibujo
técnico y manejo de instrumentos de medición.
En la actualidad el uso de programas CAD (diseño asistido por computadora) y CAM
(fabricación asistida por computadora) es un complemento casi obligado
de toda máquina CNC, por lo que, generalmente, la manufactura de una
pieza implica la combinación de tres tipos de software:
- CAD: realiza el diseño de la pieza.
- CAM: calcula los desplazamientos de los ejes para el maquinado de la pieza y agrega las velocidades de avance, velocidades de giros y diferentes herramientas de corte.
- Software de control (incluido con la máquina): recibe las instrucciones del CAM y ejecuta las órdenes de desplazamiento de las partes móviles de la fresadora de acuerdo con dichas instrucciones.
El siguiente video ilustra la manufactura de una pieza mediante CAD/CAM:
Las fresadoras CNC están adaptadas especialmente para el fresado de
perfiles, cavidades, contornos de superficies y operaciones de tallado
de dados, en las que se deben controlar simultáneamente dos o tres ejes
de la mesa de fresado. Aunque, dependiendo de la complejidad de la
máquina y de la programación efectuada, las fresadoras CNC pueden
funcionar de manera automática, normalmente se necesita un operador para
cambiar las fresas, así como para montar y desmontar las piezas de
trabajo.
Entre las industrias que emplean habitualmente fresadoras CNC se
encuentran la automovilística (diseño de bloques de motor, moldes y
componentes diversos), la aeroespacial (turbinas de aviones) y la
electrónica (elaboración de moldes y prototipos), además de las
dedicadas a la fabricación de maquinaria, instrumental y componentes
eléctricos.
Veamos en este video algunos tipos de fresadoras CNC, así como ejemplos de funcionamiento.
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