Kitabı oku: «Mecanizado CNC 4.0», sayfa 3
¿Recuerdas que, al principio del libro, hablábamos de que los talleres cada vez se parecen más a un laboratorio que a una mina de carbón? Pues esto se encuentra directamente relacionado con las máquinas.
Las máquinas antiguas, ya sean máquinas convencionales o CNC, apenas disponen de cierres, chapas, carcasas o carenados que eviten que, al utilizarlas, la viruta, la taladrina, los aceites de corte, etc. salgan despedidos en todas direcciones y ensucien cuanto rodea a la máquina.
Las máquinas modernas, por lo general, se fabrican con carenados, que hacen que la máquina sea estanca y la viruta y la suciedad que se producen al trabajar se queden dentro de la máquina y, así, mantener la zona de trabajo limpia.
Por supuesto, hay excepciones. Las máquinas de grandes dimensiones, ya sean tornos o fresadoras, suelen permanecer al aire.
Antes de empezar a hablar sobre las máquinas CNC, vamos a intentar entender qué máquinas hacen los distintos tipos de trabajos. Esta explicación también sirve para las máquinas convencionales que acabamos de ver.
Imagen de Haas Automation Inc.
Imagen de Ibarmia.
¿Qué diferencia un torno de una fresadora?
Básicamente, un torno puede fabricar piezas de revolución. «Pieza de revolución» se llama a una pieza cilíndrica; no debe confundirse con una pieza redonda. Una pieza redonda es, por ejemplo, un balón, y una pieza cilíndrica, un bate de béisbol.
Y, en una fresadora, vamos a fabricar piezas cuadradas, hexagonales, cilíndricas o casi con cualquier forma.
En un torno, la pieza se sujeta a un plato que la hace girar, mientras la herramienta se mueve a lo largo y ancho de la pieza, mecanizándola.
En una fresadora, la pieza se mantiene quieta, sujeta a la mesa, y es la herramienta la que gira y se mueve alrededor de la pieza, mecanizándola.
Esta explicación que te acabo de dar es demasiado simple y general. Vamos a dejar esta definición para los tornos y fresas convencionales, ya que, en máquinas CNC, puedo hacer casi cualquier trabajo en ambas máquinas.
En estas imágenes, puedes ver tornos CNC de la marca CMZ, un fabricante de tornos español y uno de los mejores a nivel mundial.
Como puedes observar, este torno TTL se encuentra realizando un fresado, pero no un fresado normal: un fresado con 2 torretas, 24 posiciones motorizadas y mecanizando hasta 12 000 rpm.
Imágenes de CMZ.
Imagen de LNS.
Por si pensabas que los tornos modernos no son suficientemente autónomos, también puedes acoplar un avanzabarras automático que, conectado al torno, permite la alimentación del material que se vaya a mecanizar.
Una vez lo recargas con las barras a diferentes medidas, en función del modelo, se integra con el torno y le proporciona un suministro continuo de material.
Imagen de Haas Automation Inc.
El fabricante Haas Automation ofrece su propio cargador automático de piezas para sus tornos.
Se integra directamente sobre el control del torno; de esta forma, podemos conseguir una alta producción cuando mecanizamos grandes series de piezas.
Y, por supuesto, también podemos situar un brazo robotizado al lado del torno o la fresadora para realizar el cambio de pieza. Este sistema tiene un precio elevado y, por el momento, solo lo emplean fábricas donde se realizan grandes lotes de piezas iguales.
Existen en el mercado gran variedad de tornos en virtud del trabajo que se realice, ya que no se utiliza el mismo tipo de máquina para piezas pequeñas y en grandes cantidades que para fabricar piezas de grandes dimensiones.
Los tornos de bancada horizontal son los más habituales con los que te encontrarás en cualquier taller. Permiten un amplio abanico de posibilidades en cuanto a trabajos para realizar y poseen una gran estabilidad; son fiables y potentes y ofrecen una alta productividad. Este tipo de tornos nos permiten el uso de contrapuntos y lunetas, lo que garantiza unos mecanizados precisos y un gran arranque de viruta.
Los tornos verticales son perfectos para el mecanizado de piezas de gran tamaño y pesadas. Por lo tanto, suelen ser máquinas voluminosas y potentes, que no aportan grandes velocidades de corte, pero, gracias a las nuevas tecnologías, cada vez pueden hacer más funciones.
Los centros de torneado presentan capacidades multifunción, además de varios ejes añadidos.
En la torreta de las herramientas, se pueden incluir herramientas motorizadas, gracias a las cuales podremos hacer trabajos de fresado, taladrado y roscado en distintas caras de la pieza.
También pueden incluir un subhusillo o husillo secundario, el cual se posiciona en la zona donde habitualmente se encuentra el contrapunto y, gracias al cual, podremos cambiar la pieza de un husillo a otro de forma automática, lo que permite el mecanizado de todas las caras de la pieza y la realización de un trabajo completo, sin necesidad de girar la pieza de forma manual.
Imagen de CMZ.
También tenemos los tornos multihusillo, que suelen ser máquinas de dimensiones reducidas, pero que permiten altas velocidades de trabajo y resultan ideales para grandes series.
Como te iba diciendo, hoy día, las máquinas son cada vez más versátiles y pueden hacer trabajos que parecen imposibles. Para que esto sea posible, dependemos de los ejes que tenga nuestra máquina.
¿Qué es eso de los ejes? Los ejes de una máquina son los mecanismos que tiene, para hacer que las partes internas de la máquina se puedan mover en una dirección u otra.
El movimiento de derecha a izquierda corresponde a un eje; el movimiento de adelante y atrás corresponde a otro, y así sucesivamente.
Pues bien, a medida que incluyamos ejes en la máquina, iremos haciendo movimientos más complejos y llegaremos a sitios más difíciles.
Para empezar por lo más básico, vete recordando los tres ejes principales: eje X, eje Y y eje Z.
Solemos distinguir, en las máquinas de fresado, dos tipos: principalmente, las fresadoras y los centros de mecanizado.
Para que te hagas una idea general, llamamos centro de mecanizado a una fresadora de pequeñas dimensiones, que normalmente suele ser la que cuenta con unos recorridos en sus ejes de hasta dos metros en el eje X, o sea, en la mesa de trabajo.
Son máquinas que siempre están carenadas y muestran grandes velocidades de corte, desplazamientos y husillos, que pueden llegar a altas revoluciones.
Y llamaremos fresadora a aquella máquina cuya mesa mida más de dos metros de longitud.
Estas fresadoras, por lo general, son algo más lentas que los centros de mecanizado, ya que sirven para trabajar con piezas más grandes y pesadas y tienen un cabezal para trabajar que aporta menos revoluciones que el husillo de un centro de mecanizado, pero ofrecen mucha más potencia de arranque de viruta.
Como siempre te digo, esta es una definición general. Los fabricantes cada día nos sorprenden con nuevos conceptos de máquinas y, a veces, resulta difícil definir con precisión si estamos ante un centro de mecanizado grande o una fresadora pequeña, un torno fresadora o una fresadora con módulo de torneado…
Un centro de mecanizado vertical básico cuenta con los tres ejes principales para realizar los trabajos anteriormente nombrados.
A medida que se le incorporan más ejes, podemos trabajar con un plato divisor, el cual nos permitirá el mecanizado por cuatro caras distintas de una sola atada, o puede incorporar una mesa con giro, una bancada oscilante o un cabezal multiposición, gracias al cual conseguimos hasta cinco ejes en movimiento continuo para fabricar álabes de turbina, entre otros muchísimos trabajos.
MULTIPROCESS+.
Esta máquina del fabricante Ibarmia es capaz de fresar en cinco ejes, tornear y rectificar.
Nos encontramos en el inicio, donde cada día será más habitual ver fresadoras de última generación que incorporen cabezales especiales para poder imprimir metales en tres dimensiones.
Podremos imprimir la pieza y, sin moverla de la máquina, hacer el mecanizado necesario para conseguir los ajustes y tolerancias precisos.
Estas imágenes pertenecen a Ibarmia, fabricante español de centros de mecanizado de alta tecnología.
LMD son las siglas de Laser Metal Deposition.
Si todavía no estás impresionado, aquí tienes unas máquinas realmente sorprendentes del fabricante Soraluce. Son capaces de fresar, tornear, mandrinar, taladrar y roscar en una sola atada.
Disponen, igualmente, de cambios automáticos de cabezales e incluso de máquinas dúplex. Es como trabajar con dos máquinas a la vez sobre la misma pieza.
Presentan, asimismo, una tecnología, unos diseños y una estética espectacular. Esto sí que es industria 4.0.
Imágenes de Soraluce.
Soraluce cuenta con un sistema patentado que reduce el consumo de electricidad en un 20 %.
Es el compromiso del Grupo Danobat con el desarrollo sostenible y la innovación.
Los centros de mecanizado horizontales presentan las funciones principales de un centro vertical, a diferencia de que el husillo se encuentra situado con respecto a la horizontal de la mesa, e incluyen una mesa que permite el giro. Básicamente, constituyen una especie de mandrinadora en pequeño. Suelen ser muy habituales en la fabricación de piezas para el sector automovilístico, porque permiten trabajar con cambiadores de palés, lo cual aumenta notablemente la producción, ya que la máquina apenas se encuentra parada entre cambio y cambio de trabajo.
Por último, te voy a hablar sobre las máquinas multitarea, las cuales son la suma de un torno horizontal y un centro de mecanizado vertical con el cabezal de una fresadora. ¡Vaya lío!, ¿no?
Imagen de Haas Automation Inc.
Este tipo de máquinas cada vez están más extendidas, ya que ofrecen la mayor versatilidad del mercado para trabajos variados en general. En principio, su funcionamiento es como el de un torno normal, pero, en lugar de tener una torreta con las herramientas, cuenta con un cabezal de fresado, en el cual se añaden las herramientas gracias a un almacén y se tornea la pieza de forma habitual. Una vez se han terminado los procesos de torneado, podremos utilizar las herramientas de fresado y comenzar a mecanizar la pieza, creando todo tipo de formas y consiguiendo la realización de una pieza completa en una sola máquina y de una sola atada, lo que garantiza unas tolerancias, unos paralelismos y una concentricidad entre las caras que mecanizar perfectas.
Imagen de Ibarmia.
En este libro nos centramos, principalmente, en los tornos y las fresadoras como máquinas de control numérico, pero existen infinidad de máquinas que, ya sea para arranque de viruta u otros trabajos, también son máquinas de control numérico.
Imagen de Haas Automation Inc.
En la imagen anterior te muestro la bancada de una máquina CNC. Quiero que entiendas que la base principal de una buena máquina parte de su estructura. En este caso, sería el equivalente del chasis de nuestro coche. La bancada se fabrica en fundición y aporta peso y, especialmente, rigidez para poder absorber las fuerzas, las aceleraciones y el gran esfuerzo al que someteremos a nuestra máquina a lo largo de muchas horas de funcionamiento.
Aunque pueda parecerte increíble, a la hora de mecanizar, es tanta la fuerza que se produce que la máquina tiende a doblarse y retorcerse. Por eso, las máquinas de grandes dimensiones necesitan anclarse al suelo con grandes pernos y sobre cimientos capaces de soportar el peso de muchas toneladas.
Cuanto más pesada y robusta sea la bancada de una máquina, mejor resultado podrá aportar a su trabajo.
Los coches antiguos contaban con una mecánica y electricidad relativamente sencillas. Cualquier persona, con unos conocimientos básicos de mecánica o electricidad, podía realizar un cambio de aceite, una sustitución de bujías o reemplazar una bombilla fundida, así como acometer cualquier reparación sencilla.
Sin embargo, hoy día, los coches modernos cuentan con una mecánica que, en principio, no difiere mucho de los modelos anteriores, pero a la que se ha incorporado mucha electricidad y electrónica. El acceso cada vez es más complicado, y ya no podemos hacer ni tan siquiera un cambio de aceite o, en muchos casos, no somos capaces de cambiar ni una sola bombilla sin herramientas especiales o incluso un ordenador conectado a la centralita del coche.
Imagen de Metosa Group.
¿Por qué te cuento esto? Pues bien, en las máquinas CNC modernas ocurre lo mismo.
Debemos hacernos cargo en exclusiva de un mantenimiento básico, de revisar los niveles, de engrasar determinadas partes o de realizar la limpieza y verificación…, pero poco más. Se podría decir que casi el 100 % de los mecanismos internos de la máquina se encuentran controlados y gestionados mediante sensores y captadores, que continuamente envían información a la centralita de nuestra máquina. Esa centralita, o control, nos informa de cualquier error o mal funcionamiento, pero, en la mayoría de las ocasiones, no podremos hacer nada. Es necesario que un técnico especializado en la marca acuda a nuestro taller.
Antiguamente, cualquier trabajador, ya fuera tornero o fresador, desmontaba su máquina y reparaba las piezas desgastadas o rotas. Eso ya es historia.
De todas formas, se aconseja disponer de unos conocimientos mínimos sobre mecánica, por si se necesita apretar un tornillo, cambiar una manguera, extraer el depósito de taladrina o limpiar el recogevirutas.
La mayoría de los talleres no disponen de un servicio técnico cerca, y eso quiere decir que, ante una avería, nuestra máquina va a estar parada más tiempo del que nos gustaría. Una máquina parada no produce.
Vivimos de la producción que sale de las máquinas; por esa razón, resulta importante mentalizarse para cuidar de nuestras máquinas, haciendo mantenimientos precisos, verificando el correcto funcionamiento de todas las partes y tratando a la máquina como lo que es: nuestro medio de vida.
El trabajo es duro; todos los trabajos lo son. Pero, gracias a las nuevas tecnologías, cada día se hace más llevadero.
A todos nos gustaría poder conducir un Ferrari a diario. Piensa esto: es muy probable que la máquina con la que trabajas tenga tanta potencia, tecnología, ingeniería y seguramente cueste más dinero que un Ferrari; algunas incluso más que un Fórmula 1.
Necesitamos ser buenos pilotos y disponer de grandes conocimientos para estar al volante.
Nunca dejes de formarte y aprender. Disfruta y enorgullécete de tu trabajo.
Imagen de Wikipedia.
Estoy seguro de que te suena esta tabla de la imagen.
Se trata de la tabla periódica de los elementos, una disposición de los elementos químicos en forma de tabla ordenados por su número atómico.
Pues bien, esta tabla que todos estudiamos en el colegio constituye la base a partir de la cual se crean la mayoría de los materiales con los que vamos a trabajar.
La mayoría de los elementos son metales y, al igual que un cocinero utiliza ingredientes para cocinar su comida y darle un sabor, un color o una textura, así es como se crean los materiales.
Nunca tendremos la oportunidad de trabajar con un material puro. Todos los materiales son mezclas de diferentes elementos y te puedes hacer una idea de la grandísima cantidad de materiales distintos que se pueden crear.
Sería casi imposible meter en un solo libro toda la información acerca de los materiales y definir sus cualidades, usos, capacidades o tratamientos.
Siguiendo en nuestra línea de hablar un poco en general y para darte un punto de partida, te explicaré los tipos de materiales más comunes con los que vamos a trabajar. Pero no olvides que, dentro de cada uno de ellos, se produce una infinidad de aleaciones distintas.
El más corriente y de uso generalizado, por supuesto, es el acero.
Aquí tenemos que abrir un gran paréntesis, puesto que llamamos «acero» a una aleación de hierro y carbono en un determinado porcentaje. Dependiendo de si añadimos más ingredientes a nuestro pastel, se crearán aceros más duros, blandos, fáciles de mecanizar, inoxidables, antidesgaste…
Algunos de estos ingredientes pueden ser el cromo, el molibdeno, el níquel o el wolframio.
Como ya sabes que me gusta ponértelo fácil, te voy a mostrar otra tabla.
La principal diferencia con la tabla periódica de los elementos estriba en que, con esta tabla, trabajarás todos los días, ya que es la empleada por los fabricantes de herramientas para definir, de una forma más genérica, el tipo de material que puede cortar cada herramienta.
Imágenes de Hoffmann Group.
Como puedes ver en las imágenes, este fabricante emplea unos anillos de colores para identificar, claramente, las distintas herramientas.
Cada color corresponde a un grupo de materiales que la herramienta es capaz de mecanizar.
A continuación, veremos de manera resumida las características y detalles más importantes que debes conocer sobre cada grupo de material.
El color azul muestra los aceros que, con más frecuencia, se usan en la industria, es decir, con los que nos pegaremos todos los días.
Acuérdate de que, dentro de cada acero, existen muchas aleaciones distintas, en función del uso que se les dé. Tenemos aceros especiales para fabricar herramientas (más resistentes) o aceros para fabricar muelles (más elásticos).
Por lo general, estos materiales los podremos mecanizar bastante bien, aunque percibiremos diferencias en virtud de la dureza del material.
Estos materiales crean una viruta cuyo control resulta relativamente sencillo.
La potencia de máquina que necesitamos para mecanizar entra dentro de un rango medio.
Con el color amarillo, se designa a los aceros inoxidables que, dependiendo de su aleación, utilizaremos en el sector de la alimentación o en la fabricación de electrodomésticos, joyas, tubos de escape, etc.
Todos ellos contienen, como mínimo, un 12 % de cromo.
Durante el mecanizado de estos materiales, se producirán altas temperaturas en la zona de corte, gran desgaste del filo de corte en las herramientas y también material de aportación en el filo.
En los aceros inoxidables, también nos encontraremos con viruta larga, pero su control será un poco más complicado que en los aceros al carbono.
La potencia de máquina que necesitamos es algo superior a la media.
El color rojo incluye las fundiciones. Tendremos distintas aleaciones, según el uso.
Diferenciamos cinco tipos principales de fundición: gris (GCI), maleable (MCI), nodular (NCI), de grafito compacto (CGI) y dúctil austemperizada (ADI).
Los dos primeros tipos de fundición (la gris y la maleable) son muy fáciles de mecanizar.
Sin embargo, los tres tipos restantes no resultarán tan fáciles de trabajar.
Todas las fundiciones, en general, producen una viruta corta durante el proceso de mecanizado, fácil de evacuar y controlar.
Estas fundiciones provocan un rápido desgaste en los filos de la herramienta, por ser un material muy abrasivo.
La potencia de máquina necesaria para el mecanizado es similar a los aceros al carbono.
En el color verde, hallamos todas las aleaciones de aluminio y de cobre.
Dentro de las aleaciones de cobre, se sitúan el bronce y el latón, empleados habitualmente en la fabricación de casquillos y tuercas, gracias a su capacidad de deslizamiento sobre otras piezas de acero.
La mayoría de estas aleaciones crean materiales blandos, los cuales mecanizaremos utilizando filos de corte muy agudos y grandes velocidades de corte, en conjunción con una buena refrigeración y lubricación, para evitar que se produzca aportación de material sobre el filo de corte.
La viruta que se genera es larga y su control resulta sencillo, aunque existen excepciones.
Necesitaremos emplear poca potencia de máquina para mecanizar este grupo de materiales.
El color naranja nos muestra las superaleaciones termorresistentes y el titanio.
El titanio es muy empleado en la fabricación de prótesis, debido a que se trata de un material que nuestro cuerpo no rechaza; además, es muy resistente y extremadamente ligero.
Estas superaleaciones presentan una gran resistencia a la corrosión y a las altas temperaturas.
El mecanizado de este grupo de materiales resulta complejo. Se producen elevadas temperaturas y debemos emplear profundidades de corte pequeñas, como consecuencia de las grandes fuerzas que se generan, lo que provoca un desgaste rápido del filo de la herramienta.
Debemos utilizar calidades altas en las plaquitas de metal duro, siendo aconsejables las geometrías redondas. En muchas ocasiones, se precisa también el uso de plaquitas cerámicas.
Generan una viruta larga, difícil de controlar.
Necesitaremos una potencia de máquina bastante alta.
Con color azul claro, se indican los materiales extraduros.
Hablamos de aceros que han sido fabricados para trabajar, por ejemplo, en máquinas punzonadoras o troqueladoras. También nos referimos, simplemente, a aceros al carbono del primer grupo, que han pasado por un tratamiento térmico para cambiar su estructura y darles mayor dureza, normalmente comprendida entre 45 y 65 HRc.
El mecanizado se suele centrar en operaciones de acabado, ya que es muy difícil hacer grandes desbastes de material.
Lo más habitual es que, una vez mecanizado y dada la forma requerida a un acero al carbono más o menos duro, se le añada un tratamiento térmico y, por eso, este mecanizado solo consistirá en un pequeño ajuste final.
Gracias al empleo cada vez más habitual de las máquinas de corte por hilo, no importa lo duro que sea el material, ya que, cuanto más, mejor será el resultado final.
Estos materiales también producen una viruta larga, que no es tan complicada de controlar como la del grupo anterior.
Precisaremos de una gran potencia de máquina para el mecanizado.
Y, por supuesto, necesitamos emplear herramientas especiales, capaces de cortar estos materiales y resistir grandes temperaturas que se producen en el filo de corte.
Imagen de Hoffmann Group.
Digamos, de una forma muy resumida, que tenemos una tabla donde se nos muestran los materiales con los que trabajaremos, pero está claro que aquí falta mucho por añadir.
No están los plásticos, los composites, las maderas… que cada día se abren un hueco más grande en la industria, gracias a sus cualidades de resistencia, unidas a un peso menor que el acero.
