Plantillas y dispositivos para el mecanizado CNC - Guía completa de ingeniería

Introducción a las plantillas y dispositivos CNC

¿Qué son las plantillas de mecanizado CNC?

Las plantillas de mecanizado CNC son herramientas diseñadas a medida que guían la herramienta de corte a la ubicación correcta en la pieza de trabajo. Proporcionan una forma fiable de posicionar la pieza durante las operaciones de mecanizado. Aunque la función principal de una plantilla es garantizar un movimiento preciso de la herramienta, también puede incluir características como casquillos para guiar la herramienta para la colocación precisa de orificios o cortes de perfil. Las plantillas son fundamentales para mantener la repetibilidad y la precisión, especialmente en series de producción de gran volumen.

¿Qué son los útiles de mecanizado CNC?

Por otro lado, los útiles de mecanizado CNC sujetan la pieza de forma segura durante las operaciones de mecanizado. A diferencia de las plantillas, los dispositivos de fijación no guían la herramienta de corte, sino que se centran en estabilizar la pieza y garantizar su alineación con las herramientas de corte de la máquina. Las fijaciones proporcionan una referencia coherente para cada pieza, lo que resulta esencial para producir piezas con una variación mínima.

Por qué los portapiezas son fundamentales en la fabricación CNC

En la fabricación CNC, la precisión del portapiezas es clave para conseguir piezas repetibles de alta calidad. Sin una plantillas y dispositivos, Las piezas pueden desplazarse durante el mecanizado, provocando errores, desalineaciones y desechos. Los dispositivos de sujeción de piezas ayudan a mitigar estos riesgos fijando la pieza en su sitio, alineándola con precisión con la herramienta de corte y evitando que se mueva durante las operaciones. Este nivel de precisión es especialmente importante cuando se consiguen tolerancias estrechas o geometrías complejas.

Diferencias entre útiles manuales, semiautomáticos y CNC

Las fijaciones pueden clasificarse en tres tipos: manuales, semiautomáticas y CNC. Las fijaciones manuales se utilizan con máquinas manuales y requieren que el operario coloque manualmente la pieza y realice los ajustes. Las fijaciones semiautomáticas ayudan al operario proporcionándole cierto grado de automatización, como la sujeción neumática o hidráulica. Las fijaciones CNC están totalmente integradas en las máquinas CNC y posicionan y sujetan automáticamente la pieza para optimizar los procesos de mecanizado.

Por qué el CNC requiere plantillas y dispositivos especializados

Fuerzas de corte a alta velocidad y vibraciones

El mecanizado CNC implica un corte a alta velocidad que genera fuerzas y vibraciones significativas. Las plantillas y los dispositivos de fijación especializados están diseñados para absorber y resistir estas fuerzas, garantizando que la pieza permanezca estable durante las operaciones. Esta estabilidad es crucial para mantener la calidad de la pieza y evitar distorsiones o imprecisiones causadas por las vibraciones.

Restricciones de movimiento multieje (3, 4, 5 ejes)

Las máquinas CNC modernas suelen tener capacidades multieje, como movimientos de 3, 4 ó 5 ejes. Los útiles para máquinas multieje deben diseñarse para adaptarse a estos movimientos complejos. El dispositivo de fijación debe sujetar la pieza de trabajo de forma segura y, al mismo tiempo, permitir que la herramienta de corte se mueva libremente en varios ejes. Las fijaciones especializadas son esenciales para garantizar que la pieza esté correctamente alineada para cada operación de mecanizado, ya sea una simple operación de 3 ejes o una compleja operación de 5 ejes.

Conseguir repetibilidad y tolerancias de ±0,001″.

El mecanizado CNC requiere repetibilidad con tolerancias extremadamente ajustadas, a menudo en el rango de ±0,001″ o mejor. Este nivel de precisión se consigue mediante el uso de plantillas y utillajes personalizados que proporcionan una referencia fija para cada pieza. Sin un sistema de sujeción de piezas preciso, sería imposible lograr niveles tan altos de uniformidad en varias piezas o series de producción.

Distorsión de la pieza de trabajo, desviación de la herramienta y efectos térmicos

Durante el mecanizado, las fuerzas de corte y la dilatación térmica pueden provocar distorsiones en la pieza o la desviación de la herramienta, lo que afecta a la calidad de la pieza. Las plantillas y los utillajes se diseñan para minimizar estos efectos sujetando firmemente la pieza en su lugar y compensando la desviación de la herramienta. Además, los útiles pueden diseñarse para adaptarse a los efectos térmicos incorporando materiales que absorben el calor o permitiendo sistemas de refrigeración para mitigar la expansión térmica.

Tipos de plantillas y dispositivos CNC

• Plantillas CNC
  
  • Plantillas de taladrado para ciclos de taladrado CNC: Estas plantillas están diseñadas para guiar la broca y garantizar que los orificios se taladran en el lugar exacto y con el ángulo correcto. Son esenciales para operaciones de taladrado de gran volumen.
    
  • Plantillas de posicionamiento para alineación robótica/CNC: Estas plantillas ayudan a alinear con precisión las piezas de trabajo para brazos robóticos o máquinas CNC, garantizando que las piezas se coloquen en la posición correcta para el mecanizado.
    
  • Plantillas modulares para montajes rápidos: Las plantillas modulares constan de componentes intercambiables que permiten una rápida reconfiguración. Estas plantillas son especialmente útiles en entornos con cambios frecuentes de piezas.
    
  • Plantillas de perforación - Tipos, aplicaciones y guía de diseño técnico: Un tipo especializado de plantilla centrada en operaciones de perforación, que ofrece una colocación y alineación precisas de los orificios para diversas aplicaciones CNC.

Fijaciones CNC

Dispositivos de fresado

• Placas base: Proporcionan una base estable para sujetar las piezas de trabajo durante las operaciones de fresado.
  
• Accesorios modulares: Permiten una rápida reconfiguración y ajuste, por lo que son ideales para talleres con piezas de distintos tamaños y operaciones de mecanizado.
  
• Fijaciones de ranura en T: Disponen de ranuras en las que se pueden colocar abrazaderas y otros componentes para sujetar la pieza de trabajo con seguridad.
  
• Accesorios montados en Vise: Fije las piezas con un tornillo de banco CNC estándar, que suele utilizarse para piezas más pequeñas o sencillas.
  

Dispositivos de torneado

• Mandíbulas blandas: Mordazas de forma personalizada que agarran las piezas sin dañarlas, a menudo utilizadas para operaciones de torneado.
  
• Mandriles: Dispositivos que sujetan firmemente una pieza de trabajo mientras gira, especialmente útiles para piezas cilíndricas.
  
• Fijaciones de pinza: Sujeta las piezas con una pinza, proporcionando un agarre seguro para las operaciones de torneado.
  

Fijaciones de 5 ejes y multiejes

• Fijaciones de muñón: Permiten girar y mecanizar piezas en varios ejes, ideal para el mecanizado CNC de 5 ejes.
  
• Accesorios Tombstone: Sujete varias piezas de trabajo simultáneamente, mejorando la eficacia en el mecanizado por varias caras.
  
• Tornillos de banco autocentrantes: Estos tornillos de banco centran automáticamente la pieza, lo que los hace ideales para operaciones de 5 ejes de alta precisión.
  
• Fijaciones de punto cero: Permiten cambios de configuración rápidos y un posicionamiento preciso para máquinas CNC de alta precisión.
  

Dispositivos de vacío (para piezas finas)

Las fijaciones de vacío utilizan la succión para sujetar piezas delgadas y planas durante el mecanizado. Son ideales para materiales delicados o flexibles que podrían dañarse con los métodos de sujeción tradicionales.

Fijaciones magnéticas (para piezas ferromagnéticas)

Las fijaciones magnéticas sujetan las piezas ferromagnéticas mediante un campo magnético, ofreciendo tiempos de preparación rápidos y una sujeción segura sin sujeción mecánica.

Dispositivos listos para la automatización (células CNC robotizadas)

Las fijaciones diseñadas para células CNC robotizadas permiten la carga y descarga automatizada de piezas. Suelen ser modulares y adaptables a piezas de distintos tamaños.

Componentes de los útiles de mecanizado CNC

Base de fijación (placa / subplaca)

La placa base proporciona una base rígida para la fijación. Debe ser plana y estable para garantizar la colocación y el mecanizado precisos de la pieza.

Localizadores (Principio 3-2-1 para CNC)

Los localizadores se utilizan para posicionar la pieza en la fijación, garantizando que esté alineada con la herramienta de corte. En Principio 3-2-1 en el que tres localizadores limitan la pieza en el espacio, garantizando un posicionamiento preciso.

Dispositivos de sujeción (manuales / hidráulicos / neumáticos)

Los dispositivos de sujeción sujetan firmemente la pieza durante el mecanizado. Pueden ser manual (por ejemplo, abrazaderas de palanca), hidráulicoo neumático, Cada uno de ellos ofrece distintas ventajas en función de la aplicación.

Para obtener más información sobre el funcionamiento de estos dispositivos con plantillas y utillajes, consulte nuestro Dispositivos de sujeción y fijación en plantillas y útiles - Guía completa.

Esta guía le ayudará a comprender cómo dispositivos de sujeción y fijación mejorar la precisión y la eficacia en el mecanizado CNC..

Soportes y almohadillas de descanso

Los elementos de apoyo ayudan a mantener la pieza en su sitio sin deformarla. Las almohadillas de apoyo evitan la deformación de piezas finas o delicadas distribuyendo uniformemente las fuerzas de sujeción.

Casquillos y elementos de guía (para plantillas)

Los casquillos guían la herramienta de corte a lo largo de una trayectoria predefinida, garantizando que operaciones como el taladrado o el fresado se realicen con precisión.

Claves de alineación y módulos de punto cero

Las chavetas de alineación garantizan que el útil esté correctamente posicionado con respecto a la máquina herramienta. Los módulos de punto cero proporcionan una referencia precisa para el posicionamiento de la fijación, lo que mejora la repetibilidad.

Columnas de fijación / Tombstones para CNC horizontales

Las columnas de fijación y las lápidas se utilizan en horizontal Máquinas CNC para sujetar varias piezas, lo que permite el mecanizado simultáneo y el aumento de la productividad.

Plantillas de mecanizado CNC a medida - Cuándo y por qué las necesita

Producción de alta mezcla y bajo volumen

Las plantillas personalizadas son ideales para series de producción de gran variedad y bajo volumen, en las que es necesario realizar cambios rápidos en la configuración de los útiles para manipular una amplia variedad de piezas.

Formas complejas que los tornillos de banco no pueden sujetar

Cuando las piezas tienen geometrías irregulares o formas complejas, es posible que los tornillos de banco y las mordazas estándar no proporcionen una sujeción adecuada. Las plantillas personalizadas se diseñan para adaptarse perfectamente a la pieza, garantizando una colocación segura durante el mecanizado.

Componentes de pared delgada o delicados

En el caso de componentes de paredes finas o delicadas, pueden diseñarse plantillas a medida para aplicar una presión mínima, evitando daños y sujetando la pieza con seguridad.

Mecanizado multioperación (3 caras, 4 caras, 6 caras)

Las plantillas a medida permiten el mecanizado multioperación al sujetar las piezas para varias operaciones de mecanizado. Estas plantillas pueden mantener la pieza en posición para varios ángulos, garantizando la uniformidad y la precisión en todos los lados.

Requisitos para robótica y automatización

Las plantillas personalizadas son esenciales en las células CNC automatizadas y robotizadas, donde las piezas deben cargarse y descargarse sin intervención del operario. Estas plantillas están diseñadas para operaciones rápidas y repetibles en sistemas automatizados.

Diseño de plantillas y útiles eficaces para el mecanizado CNCPaso 1 - Definir las operaciones de mecanizado y las trayectorias de las herramientas

El primer paso en el diseño de plantillas y utillajes es definir las operaciones de mecanizado y las trayectorias de las herramientas. Comprender las operaciones necesarias permite diseñar útiles precisos y estrategias de sujeción óptimas.

Determinar fuerzas (corte, cizalladura, sujeción)

A continuación, los ingenieros deben calcular las fuerzas que se aplicarán durante el mecanizado. Entre ellas se incluyen las fuerzas de corte, las fuerzas de cizallamiento y las fuerzas de sujeción. La fijación debe estar diseñada para soportar estas fuerzas sin provocar deformaciones ni desalineaciones.

Aplicar el principio de localización 3-2-1

Utilizando el principio 3-2-1, los ingenieros determinan el número y la colocación óptimos de los posicionadores para limitar la pieza. Este principio garantiza que la pieza se coloque con precisión y se mantenga estable durante el mecanizado.

Elija la estrategia de sujeción

Seleccionar la estrategia de sujeción adecuada es fundamental. Las opciones incluyen abrazaderas de palanca, abrazaderas autoajustables, abrazaderas hidráulicas y abrazaderas de cambio rápido. La elección depende de factores como la geometría de la pieza, la fuerza de sujeción necesaria y las necesidades de automatización.

Garantizar la separación de virutas y el flujo de refrigerante

La evacuación eficaz de las virutas y el flujo de refrigerante son esenciales para mantener la calidad de las piezas y evitar el sobrecalentamiento. Los útiles deben diseñarse con canales o aberturas que permitan una evacuación eficaz de las virutas y la distribución del refrigerante.

Optimización de la duración del ciclo

El diseño de la fijación debe centrarse en minimizar el tiempo de ciclo garantizando una carga y descarga rápidas de las piezas, una sujeción eficaz y un fácil acceso a las piezas.

Validación mediante gemelo digital/simulación CAD

Antes de fabricar la fijación, los ingenieros pueden utilizar la simulación CAD o la tecnología de gemelos digitales para validar el diseño. Este paso garantiza que la fijación funcione como se espera y cumpla todos los requisitos de precisión y estabilidad.

Materiales utilizados para plantillas y dispositivos CNC

Aluminio (ligero y de mecanizado rápido)

El aluminio se utiliza habitualmente para utillajes que requieren materiales ligeros y tiempos de mecanizado rápidos. Resulta especialmente útil para la producción de prototipos o series cortas.

Acero / Acero para herramientas (cargas CNC pesadas)

El acero, incluido el acero para herramientas, se utiliza para aplicaciones CNC de alta carga. El acero para herramientas es duradero, resistente al desgaste e ideal para útiles que deben soportar grandes fuerzas de mecanizado.

Hierro fundido (amortiguación de vibraciones)

La fundición es excelente para amortiguar las vibraciones durante el mecanizado, por lo que resulta ideal para útiles que necesitan absorber fuerzas de corte sin transferirlas a la pieza.

Insertos de acero templado

Las plaquitas de acero templado se utilizan a menudo en las zonas de mayor desgaste de los útiles, proporcionando una superficie duradera que resiste los daños de las herramientas de corte.

Fijaciones de polímero/compuesto (impresas en 3D, nailon relleno de carbono)

Los materiales poliméricos y compuestos, incluidos los componentes impresos en 3D, se utilizan para las fijaciones y plantillas personalizadas. Estos materiales ofrecen flexibilidad y rentabilidad, especialmente para piezas complejas o de bajo volumen.

Técnicas de sujeción de piezas CNC (Avanzado)

Portapiezas de punto cero (cambio rápido)

Los sistemas de portapiezas de punto cero permiten realizar cambios rápidos de utillaje. Estos sistemas utilizan puntos de referencia precisos para una alineación rápida, lo que reduce el tiempo de inactividad y mejora la eficiencia de la máquina.

Sistemas modulares de fijación

Los sistemas de fijación modulares proporcionan flexibilidad al permitir una rápida reconfiguración de los componentes de fijación para adaptarse a piezas de diferentes tamaños y formas.

Sistemas de bloqueo de bola

Los sistemas de bloqueo de bola utilizan pasadores de bloqueo para fijar los componentes de la fijación de forma rápida y precisa. Estos sistemas son ideales para grandes volúmenes de producción en los que es necesario cambiar con frecuencia las fijaciones.

Mordazas autocentrantes para 5 ejes

Los tornillos de banco autocentrantes centran automáticamente las piezas, reduciendo el tiempo de preparación y garantizando una alineación precisa para el mecanizado CNC de 5 ejes.

Portapiezas para micromecanizado

Para el micromecanizado, se necesitan fijaciones especializadas que sujeten las piezas pequeñas sin dañarlas. Estas fijaciones suelen utilizar métodos de sujeción por vacío o magnéticos.

Automatización Palés y fijación robotizada

Los sistemas de portapiezas automatizados, incluidos los palés y la fijación robotizada, agilizan la producción al permitir la carga y descarga de piezas de forma totalmente automatizada, lo que aumenta la eficacia en las células CNC.

Ejemplos de plantillas y dispositivos para el mecanizado CNC

Dispositivo de fresado de 3 ejes para soporte de aluminio

Una fijación de fresado de 3 ejes fija un soporte de aluminio para el mecanizado en los tres ejes. Esta fijación proporciona un posicionamiento preciso y estabilidad durante la operación de fresado.

Fijación de 5 ejes para impulsor aeroespacial

Se utiliza una fijación de 5 ejes para sujetar un impulsor aeroespacial y garantizar su estabilidad durante el mecanizado multieje. La fijación permite mecanizar geometrías complejas con gran precisión.

Fijación por vacío para placas finas

Una fijación de vacío se utiliza para sujetar firmemente placas metálicas finas durante el mecanizado, evitando deformaciones y garantizando cortes precisos.

Útil de mandril para el torneado de piezas tubulares

Una fijación de mandril sujeta piezas cilíndricas durante girando operaciones, proporcionando un agarre seguro a la vez que permite realizar cortes precisos a lo largo del tubo.

Fijación a medida de mandíbula blanda para contornos complejos

Para sujetar piezas con contornos complejos se ha diseñado un útil de mordazas blandas a medida, que garantiza que las piezas delicadas queden bien sujetas sin dañar su superficie.

Optimización de útiles CNC para aumentar la productividad

Reduzca el tiempo de preparación con diseños modulares

Los diseños modulares permiten una rápida reconfiguración de los dispositivos, lo que reduce el tiempo de preparación entre series de producción. Esto es especialmente valioso en entornos de producción de gran mezcla y bajo volumen.

Mejorar el acceso a la herramienta para el mecanizado en varias caras

Los útiles diseñados para el mecanizado en varias caras facilitan el acceso a todas las zonas de la pieza, mejorando la eficacia y reduciendo el tiempo de ciclo.

Reduce las vibraciones y el parloteo

Los útiles que absorben las vibraciones y evitan las vibraciones ayudan a mantener la vida útil de las herramientas y la calidad de las piezas, especialmente en las operaciones de mecanizado a alta velocidad.

Reducción del tiempo de ciclo mediante sujeción inteligente

Los sistemas de sujeción inteligentes proporcionan una fuerza de sujeción y un posicionamiento óptimos, reduciendo el tiempo de ciclo al garantizar una carga, sujeción y descarga de piezas más rápidas.

Diseño fácil de automatizar (carga robotizada)

Los dispositivos diseñados para la carga y descarga robotizada mejoran la eficacia de las células CNC automatizadas, reduciendo la necesidad de intervención manual y aumentando el rendimiento.

Problemas comunes (y soluciones) de las plantillas y útiles CNC

Deslizamiento de la pieza

Para evitar el deslizamiento de la pieza, utilice una fuerza de sujeción mayor o incorpore fijadores adicionales para estabilizar la pieza.

Desviación de la fijación

La desviación de la fijación puede minimizarse utilizando materiales más resistentes o añadiendo refuerzos en las zonas débiles.

Repetibilidad deficiente

Asegúrese de que los localizadores y los dispositivos de sujeción se colocan correctamente y se mantienen con regularidad para evitar errores de repetibilidad.

Marcas de sujeción en la pieza

Para evitar marcas de sujeción, utilice mordazas blandas o almohadillas protectoras para distribuir la fuerza de sujeción uniformemente por la pieza.

Problemas de dilatación térmica

La dilatación térmica puede resolverse utilizando materiales que absorban el calor o diseñando dispositivos con características de compensación térmica.

Localizadores de bloqueo por acumulación de virutas

Asegúrese de que las fijaciones están diseñadas con un espacio libre adecuado para evitar que los residuos interfieran con los localizadores.

Mantenimiento e inspección de dispositivos CNC

Limpieza de localizadores y abrazaderas

La limpieza periódica de los localizadores y las pinzas garantiza que permanezcan libres de residuos, que podrían afectar a la precisión y el rendimiento.

Control del desgaste de las superficies de contacto

Inspeccione las superficies de contacto en busca de desgaste y sustituya los componentes desgastados según sea necesario para mantener la precisión.

Sustitución de bujes y guías

Los casquillos y las guías deben inspeccionarse y sustituirse periódicamente para evitar su desgaste y mantener un guiado adecuado de la herramienta.

Puntos de lubricación

Asegúrese de que todas las piezas móviles de la fijación, incluidas las abrazaderas y las guías, estén correctamente lubricadas para reducir la fricción y el desgaste.

Calibración de sistemas de punto cero

La calibración periódica de los sistemas de punto cero garantiza que la fijación permanezca alineada con precisión con la Máquina-Herramienta para obtener resultados uniformes.

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Escenarios de mecanizado CNC en los que las plantillas siguen siendo útiles

Las plantillas siguen siendo útiles en operaciones como el taladrado, en las que es necesario guiar la herramienta para colocar los orificios con precisión. También son valiosas para series de producción de gran mezcla y bajo volumen.

Por qué las fijaciones dominan el fresado y torneado CNC

Los partidos dominan en Fresado CNC y torneado porque proporcionan una sujeción estable y segura de la pieza de trabajo, garantizando la precisión durante operaciones de corte complejas.

Sistemas híbridos plantilla-fijación

Los sistemas híbridos combinan las ventajas de las plantillas y los dispositivos de fijación, ofreciendo un guiado de la herramienta al tiempo que sujetan firmemente la pieza de trabajo. Estos sistemas son ideales para procesos de mecanizado multioperación.

Conclusión

Las plantillas y los dispositivos de fijación CNC son esenciales para lograr precisión, repetibilidad y eficacia en el mecanizado CNC. Fijan las piezas, guían las herramientas y reducen los errores, garantizando resultados de alta calidad con un tiempo de preparación y una habilidad del operario mínimos.

Papel en la fabricación ajustada y la automatización modernas

Las plantillas y los dispositivos de fijación desempeñan un papel crucial en la fabricación ajustada, ya que reducen los residuos, mejoran la eficacia y facilitan la producción automatizada. Su adaptabilidad y precisión los hacen esenciales en los modernos entornos de mecanizado CNC.

Preguntas frecuentes