Las máquinas herramienta CNC se han creado principalmente para aumentar la eficiencia y la precisión del procesamiento al reducir o eliminar el trabajo humano físico. En momentos en que los costos laborales son cada vez más caros, el propósito natural se convierte en la producción de la mayor cantidad de bienes posible por un trabajador. Los propietarios de empresas que desean mejorar sus capacidades de producción de bienes comienzan a analizar la posibilidad de comprar una máquina CNC. Con frecuencia, eligen el precio de la máquina como criterio básico. No se dan cuenta de que las máquinas CNC se dividen en profesionales y no profesionales. Las máquinas profesionales son las máquinas que permiten generar mayores ingresos, es decir, pueden producir un producto que puede venderse por una cantidad superior al costo de producción. El costo de producción consiste en el precio del material (junto con los desechos y productos defectuosos), el costo de amortización de la máquina herramienta, el costo de la electricidad, el costo de mano de obra del operario, el costo de proporcionar tecnología y programas de mecanizado, el costo de corte herramientas. Las máquinas no profesionales son máquinas que no pueden generar ganancias debido a su diseño, los materiales de los que están hechas, las posibilidades del sistema de control y el rendimiento ampliamente entendido. Estas máquinas suelen ser un grupo de máquinas que a menudo son mucho más baratas que las profesionales. Estas máquinas son perfectas para uso individual no profesional, como, por ejemplo, para un modelista que hace modelos de aviones, barcos, etc. como una afición, hobby o pasatiempo y donde el tiempo de fabricación de las piezas o producto no es esencial.
Vale la pena enfatizar que generalmente los tiempos de fabricación de la misma pieza mecanizada en una máquina profesional y en una no profesional difieren en más de una docena el tiempo de fabricación, pero la fabricación en una máquina profesional es una docena de veces más rápido, lo que permite generar unos beneficios considerables. Mientras fabricamos la misma pieza en una máquina no profesional, podemos sufrir grandes pérdidas. Esto se debe al hecho de que casi todos los factores responsables del costo de producción de una pieza determinada dependen del tiempo de mecanizado y los tiempos intermedios o tiempos muertos, es decir, de la eficiencia y productividad de la máquina.
Entonces, ¿cómo distinguir una máquina profesional de una no profesional? El precio no siempre es el factor determinante, porque algunas de las compañías, especialmente aquellas con una marca, producen máquinas no profesionales que no son baratas en absoluto y el usuario paga principalmente por el logotipo conocido en la carcasa de la máquina. También hay máquinas que se ofrecen como profesionales, pero solo parecen profesionales, lo que es para alentar a los clientes potenciales a realizar una compra. Para evitar una situación en la que ha realizado la compra y la máquina parece no cumplir con sus expectativas, debe examinar cuidadosamente las características y posibilidades reales de la máquina que le interesa.
En primer lugar, la cuestión fundamental es visitar la empresa que ofrece dicha máquina. Es mejor ir al fabricante, porque además de la demostración de la máquina, podremos evaluar cómo y en qué hardware se fabrican estas máquinas, y cuáles son las condiciones de montaje en la línea fabricación. Las compañías comerciales generalmente ofrecen ver la máquina en funcionamiento en las instalaciones de otro cliente, lo que puede hacer que las solicitudes de demostración de todas las capacidades de la máquina sean bastante embarazosas. Con mayor frecuencia provoca la presunción de que la máquina realiza el tratamiento correctamente, lo que no significa que realmente lo hará. Durante las negociaciones en la planta del fabricante, generalmente el cliente puede ser más quisquilloso, porque ambas partes se preocupan por la transacción y tienen mayor disponibilidad para realizar pruebas y ver la calidad de los componentes de la máquina que no están cerrados por el carenado.
Cuando miramos la máquina, debemos prestar atención a los siguientes detalles. Una máquina profesional debe fabricarse sobre la base de una construcción de acero que contenga la menor cantidad posible de elementos de conexión (pernos, abrazaderas, tornillos, etc.). Debe ser una estructura espacial cerrada que proporcione una alta rigidez de la máquina. Los perfiles de aluminio conectados a través de elementos retorcidos son a menudo inestables, propensos a deformaciones durante el transporte y pueden perder la geometría de la máquina porque todos los elementos se mantienen por fricción. La situación en la que las máquinas se importan en partes y se ensamblan en la casa del cliente es un error total.
Es ideal cuando la máquina está compuesta por la cantidad mínima de piezas, es decir, la estructura principal de la máquina es monolítico y la puerta no es una pieza extraíble. Es cierto que obliga al fabricante a tener máquinas enormes que permiten mecanizar elementos tan grandes en una sola sujeción, pero solo entonces el usuario tiene la garantía de que tendrá una máquina con la geometría correcta durante muchos años.
Todos los componentes que se mueven entre sí deben estar libres de elementos deslizantes en favor de los rodamientos. Esto proporciona muchos años de vida útil sin reemplazar los componentes que se desgastan de forma natural.
El rodamiento de cada eje debe estar en al menos dos guías y cuatro carros. La conversión del accionamiento giratorio en accionamiento lineal debe realizarse mediante husillo sin fin con tuerca de recirculación de bolas. ¡En el caso del accionamiento de un pórtico móvil, el pórtico móvil debe ser alimentado por dos husillos sin fin de recirculación de bolas que están sincronizados para mantener la perpendicularidad correcta de los ejes! Es muy importante porque, de lo contrario, el pórtico tendrá una rigidez torsional muy baja.
Los husillos sin fin con tuerca de recirculación de bolas son engranajes de precisión y, por lo tanto, deben protegerse del polvo y las virutas que se producen durante el mecanizado. Los husillos sin fin con tuerca de recirculación de bolas que están expuestos al posible contacto directo de viruta, aceite y taladrina deben estar protegidos obligatoriamente por cubiertas de seguridad.
La máquina debe ser robusta y pesar lo suficiente para que tenga rigidez. Si somos capaces de levantar la máquina desde ambos lados solo la fuerza humana, debe ser un juguete, a excepción de las máquinas de laboratorio CNC. Los pesos de las máquinas industriales se miden en toneladas.
En cuanto a los accionamientos que se utilizan en tales máquinas, las mejores soluciones son los servo accionamientos digitales que funcionan en el sistema DPC (Control de Posición Directo) y que se caracterizan por un movimiento de alta precisión en estados dinámicos. Es muy importante porque la precisión de las máquinas generalmente se da en estados estáticos, lo que no permite estimar la precisión real de mecanizado.
Las máquinas que funcionan con servomotores deben alcanzar velocidades de 300 mm / s y superiores. Los motores paso a paso no se deben utilizar para aplicaciones profesionales, pero esto es aceptable en las máquinas más ligeras, siempre que se utilicen motores bien adaptados con controladores y la aplicación del sistema de amortiguación de resonancias. Deben alcanzar una velocidad de 100-150 mm / s.
Un buen sistema de control es la empleada en las máquinas del segmento medio. La tasa de crecimiento de este segmento de mercado hace que las máquinas de marcas conocidas de varios años de antigüedad no sean aptas para usar debido al sistema de control obsoleto, aunque todavía están en perfectas condiciones. Por lo tanto, es muy importante que el sistema de control CNC permita actualizaciones posteriores para que se ajuste a los estándares futuros.
Otro aspecto relacionado con el sistema de control es su velocidad. La velocidad del sistema de control de una máquina CNC es la capacidad de leer y procesar un cierto número de bloques de un programa en una unidad de tiempo. La velocidad del sistema de control es principalmente importante en el trabajo en el que hay formas complejas que consisten en una gran cantidad de vectores y estos se procesan principalmente en máquinas CNC.
En esta situación, otro parámetro del sistema de control, que es la posibilidad de analizar más de un bloque de un programa a la vez, se vuelve muy importante. Al analizar varios miles de vectores hacia adelante en un segundo, podemos ajustar la velocidad entre los vectores para que en caso de ángulos pequeños entre ellos sea posible cubrirlos con una velocidad mayor que cero. Esta forma de rendimiento del interpolador se denomina «Análisis Dinámico de Vectores».
Otro aspecto del sistema de control también se aplica al rendimiento del interpolador. En primer lugar, el ordenador PC no es adecuada para una interpolación directa de movimientos para máquinas CNC. Los recursos de hardware de una PC no están equipados con un temporizador preciso que podría ser la base del tiempo para el interpolador. Además, la mayoría de los sistemas operativos como Windows y Linux no son sistemas en tiempo real, lo que significa que los impulsos generados directamente por el ordenador PC, por ejemplo, al puerto de la impresora, puede retrasarse un valor no especificado. Esto hace que los movimientos generados de esta manera siempre tengan una calidad muy baja (vibraciones, oscilaciones, sacudidas), que es causada por impulsos generadores irregulares. La solución a este problema es utilizar un interpolador de hardware que funcione en un procesador completamente diferente. Suelen ser procesadores DSP muy rápidos. En este caso, la PC se usa solo como una interfaz de usuario en lugar de un interpolador.
Para garantizar la comunicación entre estas dos partes del sistema en tiempo real, deben estar conectadas a un bus de datos muy rápido. Las soluciones como puerto serie, puerto paralelo o USB no son adecuadas para eso. La única opción posible es Ethernet, generalmente en una capa de transporte modificada.
Un buen sistema de control también debería permitir una regulación suave y precisa de la velocidad de avance y accionamiento de los ejes de la máquina desde cero hasta la velocidad preestablecida. Debería permitir generar automáticamente la trayectoria de la herramienta basada en dibujos en formato dxf, etc., incluida la corrección del diámetro de la herramienta, la extracción de cavidades, la detección de islas y la taladrar agujeros. Se recomienda que el sistema pueda mostrar todos los datos relacionados con el programa de mecanizado con la visualización del progreso del mecanizado en la pantalla en tiempo real.
Para conocer las posibilidades de la máquina CNC, es esencial realizar tratamientos de prueba, cuyos resultados ayudarán a responder la mayoría de las preguntas sobre la razonabilidad de la compra de una máquina determinada.
Deberíamos pedir la realización de varias figuras geométricas, es decir: un cuadrado, un triángulo, un círculo y una elipse, del tamaño de 100 mm y el grosor de 5-8 mm, con una velocidad de al menos 50 mm / s, en materiales al menos tan duros como los que queremos mecanizar en esta máquina.
Primero, fresamos un cuadrado y luego examinamos sus esquinas en particular. Deben ser rectos y afilados, y no deben ser redondeados. Cualquier ondulación no debe ser visible cerca de las esquinas. Al examinar el material, debemos prestar atención que la fresa no se haya movido demasiado en las esquinas. Si notamos los efectos mencionados, significa que la máquina no tiene suficiente rigidez.
Medimos la dimensión en ambas direcciones usando un calibrador electrónico. Si la desviación es de 0,03 mm en el caso de fresadoras o máquinas de grabado y de 0,05 mm en el caso de plotters de fresado, el resultado es satisfactorio. Pero la diferencia entre las dos dimensiones no debe exceder 0.02 mm y 0.04 mm respectivamente.
Mirando a contra la luz entre la barra de ángulo y el cuadrado, no deberíamos ver ningún espacio libre. También podemos mecanizar dos cuadrados y colocarlos juntos después de voltear uno de ellos. Idealmente deberían coincidir entre sí. Si no coinciden, significa que no hay perpendicularidad de los ejes XY en la máquina.
Luego mecanizamos un triángulo. Aquí, aparte de las esquinas, llamamos nuestra atención hacia paredes inclinadas que requieren el movimiento simultáneo de dos ejes. Ahora evaluamos la calidad de la interpolación. Cuanto más rugosa es la superficie, peor funcionan el interpolador y las unidades.
Ahora mecanizamos un círculo. Al mecanizar el círculo, debemos prestar especial atención a la velocidad de fresado y a las posibles vibraciones, atascos y otros incidentes que pueden causar, por ejemplo: Disminución significativa de la velocidad de avance en comparación con mecanizar un cuadrado. Si notamos que el círculo se mecaniza más lentamente que el cuadrado, a pesar de que la velocidad preestablecida es la misma, esto significa que el sistema no puede seguir procesando grandes cantidades de vectores, o emula una interpolación circular con baja resolución. Esto puede reconocerse en superficies planas que forman este círculo y que son visibles en el costado del círculo. El círculo debe ser redondo. Lo medimos usando un calibrador electrónico en varios ángulos y verificamos las dimensiones, así como en el caso del cuadrado.
Ahora es el momento de una elipse. Aquí, los problemas más comunes ocurren con la velocidad de procesamiento de datos en el sistema de control y, por lo tanto, durante el tratamiento de una elipse, debemos prestar atención principalmente a la velocidad y suavidad del movimiento de la máquina.