¿Qué son las máquinas CNC?

La historia de las máquinas CNC
John T. Parsons (1913-2007) de Parsons Corporation en Traverse City, MI, es considerado el pionero del control numérico, el precursor de la moderna máquina CNC.Por su trabajo, John Parsons ha sido llamado el padre de la segunda revolución industrial.Necesitaba fabricar complejas palas de helicóptero y rápidamente se dio cuenta de que el futuro de la fabricación era conectar máquinas a computadoras.Hoy en día, las piezas fabricadas con CNC se pueden encontrar en casi todas las industrias.Gracias a las máquinas CNC, tenemos productos menos costosos, una defensa nacional más sólida y un nivel de vida más alto del que es posible en un mundo no industrializado.En este artículo, exploraremos los orígenes de la máquina CNC, los diferentes tipos de máquinas CNC, los programas de máquinas CNC y las prácticas comunes de los talleres de máquinas CNC.

Las máquinas se encuentran con la computadora
En 1946, la palabra "computadora" significaba una máquina de cálculo operada con tarjetas perforadas.Aunque Parsons Corporation sólo había fabricado una hélice antes, John Parsons convenció a Sikorsky Helicopter de que podían producir plantillas extremadamente precisas para el montaje y la fabricación de hélices.Terminó inventando un método informático de tarjeta perforada para calcular puntos en la pala del rotor de un helicóptero.Luego hizo que los operadores giraran las ruedas hacia esos puntos en una fresadora de Cincinnati.Realizó un concurso para elegir el nombre de este nuevo proceso y entregó 50 dólares a la persona que acuñó “Control Numérico” o NC.

En 1958, presentó una patente para conectar la computadora a la máquina.Su solicitud de patente llegó tres meses antes que el MIT, que estaba trabajando en el concepto que él había iniciado.El MIT utilizó sus conceptos para fabricar el equipo original y el licenciatario del Sr. Parsons (Bendix) otorgó sublicencias a IBM, Fujitusu y GE, entre otros.El concepto NC tardó en ponerse de moda.Según el Sr. Parsons, las personas que vendían la idea eran informáticos en lugar de fabricantes.Sin embargo, a principios de la década de 1970, el propio ejército estadounidense popularizó el uso de computadoras NC al construirlas y alquilarlas a numerosos fabricantes.El controlador CNC evolucionó en paralelo con la computadora, impulsando cada vez más productividad y automatización en los procesos de fabricación, especialmente el mecanizado.

¿Qué es el mecanizado CNC?
Las máquinas CNC fabrican piezas en todo el mundo para casi todas las industrias.Crean cosas a partir de plásticos, metales, aluminio, madera y muchos otros materiales duros.La palabra “CNC” significa Control Numérico por Computadora, pero hoy en día todo el mundo lo llama CNC.Entonces, ¿cómo se define una máquina CNC?Todas las máquinas automatizadas de control de movimiento tienen tres componentes principales: una función de comando, un sistema de conducción/movimiento y un sistema de retroalimentación.El mecanizado CNC es el proceso de utilizar una máquina herramienta impulsada por computadora para producir una pieza a partir de material sólido con una forma diferente.

El CNC depende de instrucciones digitales generalmente realizadas con software de fabricación asistida por computadora (CAM) o diseño asistido por computadora (CAD) como SolidWorks o MasterCAM.El software escribe código G que el controlador de la máquina CNC puede leer.El programa de computadora en el controlador interpreta el diseño y mueve las herramientas de corte y/o la pieza de trabajo en múltiples ejes para cortar la forma deseada de la pieza de trabajo.El proceso de corte automatizado es mucho más rápido y preciso que el movimiento manual de herramientas y piezas de trabajo que se realiza con palancas y engranajes en equipos más antiguos.Las máquinas CNC modernas contienen múltiples herramientas y realizan muchos tipos de cortes.La cantidad de planos de movimiento (ejes) y la cantidad y tipos de herramientas a las que la máquina puede acceder automáticamente durante el proceso de mecanizado determinan qué tan compleja puede ser una pieza de trabajo con un CNC.

¿Cómo utilizar una máquina CNC?
Los maquinistas CNC deben adquirir habilidades tanto en programación como en trabajo de metales para aprovechar al máximo la potencia de una máquina CNC.Las escuelas de oficios técnicos y los programas de aprendizaje a menudo inician a los estudiantes en tornos manuales para que tengan una idea de cómo cortar metal.El maquinista debería poder visualizar las tres dimensiones.Hoy en día, el software hace que sea más fácil que nunca crear piezas complejas, porque la forma de la pieza se puede dibujar virtualmente y luego el software puede sugerir trayectorias de herramientas para fabricar esas piezas.

Tipo de software comúnmente utilizado en el proceso de mecanizado CNC
Dibujo asistido por computadora (CAD)
El software CAD es el punto de partida para la mayoría de los proyectos CNC.Existen muchos paquetes de software CAD diferentes, pero todos se utilizan para crear diseños.Los programas CAD populares incluyen AutoCAD, SolidWorks y Rhino3D.También existen soluciones CAD basadas en la nube y algunas ofrecen capacidades CAM o se integran con el software CAM mejor que otras.

Fabricación asistida por computadora (CAM)
Las máquinas CNC suelen utilizar programas creados por software CAM.CAM permite a los usuarios configurar un "árbol de trabajos" para organizar el flujo de trabajo, establecer rutas de herramientas y ejecutar simulaciones de corte antes de que la máquina realice un corte real.A menudo, los programas CAM funcionan como complementos del software CAD y generan un código G que indica a las herramientas CNC y a las piezas móviles de la pieza de trabajo dónde ir.Los asistentes del software CAM hacen que sea más fácil que nunca programar una máquina CNC.El software CAM popular incluye Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks y Solidcam.Mastercam y Edgecam representan casi el 50% de la cuota de mercado de CAM de alta gama según un informe de 2015.

¿Qué es un control numérico distribuido?
Control Numérico Directo que pasó a ser Control Numérico Distribuido (DNC)
Se utilizaron controles numéricos directos para gestionar los programas NC y los parámetros de la máquina.Permitió que los programas se trasladaran a través de una red desde una computadora central a computadoras integradas conocidas como unidades de control de máquinas (MCU).Originalmente llamado “Control Numérico Directo”, evitó la necesidad de cinta de papel, pero cuando la computadora dejó de funcionar, todas sus máquinas dejaron de funcionar.

El control numérico distribuido utiliza una red de computadoras para coordinar la operación de múltiples máquinas alimentando un programa al CNC.La memoria del CNC contiene el programa y el operador puede recopilar, editar y devolver el programa.

Los programas DNC modernos pueden hacer lo siguiente:
● Edición: puede ejecutar un programa NC mientras se editan otros.
● Comparar: compare programas NC originales y editados uno al lado del otro y vea las ediciones.
● Reiniciar: cuando una herramienta se estropea, el programa se puede detener y reiniciar donde lo dejó.
● Seguimiento de trabajos: los operadores pueden registrar trabajos y realizar un seguimiento de la configuración y el tiempo de ejecución, por ejemplo.
● Visualización de dibujos: muestre fotografías y dibujos CAD de herramientas, accesorios y piezas de acabado.
● Interfaces de pantalla avanzadas: mecanizado con un solo toque.
● Gestión avanzada de bases de datos: organiza y mantiene datos donde se pueden recuperar fácilmente.

Recopilación de datos de fabricación (MDC)
El software MDC puede incluir todas las funciones del software DNC, además de recopilar datos adicionales y analizarlos para determinar la efectividad general del equipo (OEE).La eficacia general del equipo depende de lo siguiente: Calidad: la cantidad de productos que cumplen con los estándares de calidad de todos los productos producidos Disponibilidad: porcentaje del tiempo planificado en el que el equipo específico está funcionando o produciendo piezas Rendimiento: velocidad de funcionamiento real en comparación con el funcionamiento planificado o ideal tasa del equipo.

OEE = Calidad x Disponibilidad x Rendimiento
OEE es una métrica de rendimiento clave (KPI) para muchos talleres mecánicos.

Soluciones de monitoreo de máquinas
El software de monitoreo de máquinas puede integrarse en el software DNC o MDC o adquirirse por separado.Con las soluciones de monitoreo de máquinas, los datos de las máquinas, como la configuración, el tiempo de ejecución y el tiempo de inactividad, se recopilan y combinan automáticamente con datos humanos, como códigos de motivo, para proporcionar una comprensión histórica y en tiempo real de cómo se ejecutan los trabajos.Las máquinas CNC modernas recopilan hasta 200 tipos de datos, y el software de monitoreo de máquinas puede hacer que esos datos sean útiles para todos, desde el taller hasta el último piso.Empresas como Memex ofrecen software (Tempus) que toma datos de cualquier tipo de máquina CNC y los coloca en un formato de base de datos estandarizado que se puede mostrar en cuadros y gráficos significativos.Un estándar de datos utilizado por la mayoría de las soluciones de monitorización de máquinas que ha ganado terreno en EE.UU. se llama MTConnect.Hoy en día, muchas máquinas herramienta CNC nuevas vienen equipadas para proporcionar datos en este formato.Las máquinas más antiguas aún pueden proporcionar información valiosa con adaptadores.La monitorización de máquinas CNC se ha generalizado apenas en los últimos años y siempre se están desarrollando nuevas soluciones de software.

¿Cuáles son los diferentes tipos de máquinas CNC?
En la actualidad existen innumerables tipos diferentes de máquinas CNC.Las máquinas CNC son máquinas herramienta que cortan o mueven material según lo programado en el controlador, como se describe anteriormente.El tipo de corte puede variar desde corte por plasma hasta corte por láser, fresado, fresado y tornos.Las máquinas CNC pueden incluso recoger y mover artículos en una línea de montaje.

A continuación se muestran los tipos básicos de máquinas CNC:
Tornos:Este tipo de CNC gira la pieza de trabajo y mueve la herramienta de corte hacia la pieza de trabajo.Un torno básico es de 2 ejes, pero se pueden agregar muchos más ejes para aumentar la complejidad del corte posible.El material gira sobre un eje y se presiona contra una herramienta de esmerilado o tallado que le da la forma deseada.Los tornos se utilizan para fabricar objetos simétricos como esferas, conos o cilindros.Muchas máquinas CNC son multifunción y combinan todo tipo de corte.

Enrutadores:Las fresadoras CNC se suelen utilizar para cortar grandes dimensiones en madera, metal, láminas y plásticos.Las fresadoras estándar funcionan con coordenadas de 3 ejes, por lo que pueden cortar en tres dimensiones.Sin embargo, también se pueden comprar máquinas de 4,5 y 6 ejes para modelos prototipo y formas complejas.

Molienda:Las fresadoras manuales utilizan volantes y tornillos de avance para articular una herramienta de corte en una pieza de trabajo.En una fresadora CNC, el CNC mueve husillos de bolas de alta precisión a las coordenadas exactas programadas.Las fresadoras CNC vienen en una amplia gama de tamaños y tipos y pueden funcionar en múltiples ejes.

Cortadoras de plasma:La cortadora de plasma CNC utiliza un potente láser para cortar.La mayoría de las cortadoras de plasma cortan formas programadas en láminas o placas.

impresora 3d:Una impresora 3D utiliza el programa para indicarle dónde colocar pequeños trozos de material para construir la forma deseada.Las piezas 3D se construyen capa por capa con un láser para solidificar el líquido o alimentarlo a medida que crecen las capas.

Máquina de recogida y colocación:Una máquina CNC de “recoger y colocar” funciona de manera similar a un enrutador CNC, pero en lugar de cortar material, la máquina tiene muchas boquillas pequeñas que recogen los componentes mediante una aspiradora, los mueven a la ubicación deseada y los depositan.Estos se utilizan para fabricar mesas, placas base de computadoras y otros conjuntos eléctricos (entre otras cosas).

Las máquinas CNC pueden hacer muchas cosas.Hoy en día, la tecnología informática se puede instalar en casi todas las máquinas imaginables.El CNC reemplaza la interfaz humana necesaria para mover las piezas de la máquina para obtener el resultado deseado.Los CNC actuales son capaces de comenzar con materia prima, como un bloque de acero, y fabricar una pieza muy compleja con tolerancias precisas y una repetibilidad asombrosa.

Poniéndolo todo junto: cómo los talleres de máquinas CNC fabrican piezas
Operar un CNC implica tanto la computadora (controlador) como una configuración física.Un proceso típico de taller mecánico se ve así:

Un ingeniero de diseño crea el diseño en el programa CAD y lo envía a un programador CNC.El programador abre el archivo en el programa CAM para decidir las herramientas necesarias y crear el programa NC para el CNC.Él o ella envía el programa NC a la máquina CNC y proporciona una lista de la configuración correcta de herramientas a un operador.Un operador de preparación carga las herramientas según las instrucciones y carga la materia prima (o pieza de trabajo).Luego, procesa piezas de muestra y las mide con herramientas de control de calidad para verificar que la máquina CNC esté fabricando piezas de acuerdo con las especificaciones.Normalmente, el operador de instalación proporciona una primera pieza del artículo al departamento de calidad, quien verifica todas las dimensiones y aprueba la instalación.La máquina CNC o las máquinas asociadas se cargan con suficiente materia prima para fabricar la cantidad deseada de piezas, y un operador de la máquina está presente para garantizar que la máquina siga funcionando y fabricando las piezas según las especificaciones.y tiene materia prima.Dependiendo del trabajo, a menudo es posible hacer funcionar las máquinas CNC sin ningún operador presente.Las piezas terminadas se trasladan automáticamente a un área designada.

Los fabricantes de hoy pueden automatizar casi cualquier proceso con suficiente tiempo, recursos e imaginación.La materia prima puede entrar en una máquina y las piezas terminadas pueden salir empaquetadas y listas para usar.Los fabricantes dependen de una amplia gama de máquinas CNC para fabricar cosas de forma rápida, precisa y rentable.