¿Conoces el proceso de mecanizado de piezas de precisión a alta velocidad en un centro de mecanizado?

Análisis del flujo de procesamiento de piezas de precisión de alta velocidad en centros de mecanizado

I. Introducción
Los centros de mecanizado desempeñan un papel crucial en el procesamiento de piezas de precisión a alta velocidad. Controlan las máquinas herramienta mediante información digital, lo que les permite ejecutar automáticamente las tareas de procesamiento especificadas. Este método de procesamiento garantiza una precisión extremadamente alta y una calidad estable, facilita la automatización y ofrece ventajas como una alta productividad y un ciclo de producción corto. Además, reduce el uso de equipos de proceso, satisface las necesidades de renovación y reemplazo rápido de productos y está estrechamente conectado con el CAD para lograr la transformación del diseño al producto final. Para quienes aprenden el flujo de procesamiento de piezas de precisión a alta velocidad en centros de mecanizado, es fundamental comprender las conexiones entre cada proceso y la importancia de cada paso. Este artículo detallará todo el flujo de procesamiento, desde el análisis del producto hasta la inspección, y lo demostrará mediante casos prácticos. Los materiales de los casos prácticos son paneles bicolor o plexiglás.

 

II. Análisis del producto
(A) Obtención de información sobre la composición
El análisis del producto es el punto de partida de todo el flujo de procesamiento. En esta etapa, es necesario obtener suficiente información sobre la composición. Para los diferentes tipos de piezas, existen numerosas fuentes de información sobre la composición. Por ejemplo, si se trata de una pieza de estructura mecánica, es necesario comprender su forma y tamaño, incluyendo datos de dimensiones geométricas como longitud, anchura, altura, diámetro del orificio y diámetro del eje. Estos datos determinarán la estructura básica del procesamiento posterior. Si se trata de una pieza con superficies curvas complejas, como un álabe de motor de avión, se requieren datos precisos del contorno de la superficie curva, que pueden obtenerse mediante tecnologías avanzadas como el escaneado 3D. Además, los requisitos de tolerancia de las piezas también son clave en la información sobre la composición, ya que estipulan el rango de precisión del procesamiento, como la tolerancia dimensional, la tolerancia de forma (redondez, rectitud, etc.) y la tolerancia de posición (paralelismo, perpendicularidad, etc.).

 

(B) Definición de requisitos de procesamiento
Además de la información sobre la composición, los requisitos de procesamiento también son el foco del análisis del producto. Esto incluye las características del material de las piezas. Las propiedades de los diferentes materiales, como la dureza, la tenacidad y la ductilidad, influirán en la elección de la tecnología de procesamiento. Por ejemplo, el procesamiento de piezas de acero aleado de alta dureza puede requerir el uso de herramientas de corte y parámetros de corte especiales. Los requisitos de calidad superficial también son un aspecto importante. Por ejemplo, el requisito de rugosidad superficial es tal que, para algunas piezas ópticas de alta precisión, puede requerirse que esta alcance el nivel nanométrico. Además, existen requisitos especiales, como la resistencia a la corrosión y al desgaste de las piezas. Estos requisitos pueden requerir procesos de tratamiento adicionales después del procesamiento.

 

III. Diseño gráfico
(A) Base de diseño basada en el análisis del producto
El diseño gráfico se basa en un análisis detallado del producto. Tomando como ejemplo el procesamiento de sellos, primero, la fuente debe determinarse de acuerdo con los requisitos de procesamiento. Si se trata de un sello oficial formal, se puede usar la tipografía Song estándar o una imitación de la misma; si se trata de un sello artístico, la selección de fuentes es más diversificada, y puede ser escritura de sello, escritura clerical, etc., que tienen un sentido artístico. El tamaño del texto debe determinarse de acuerdo con el tamaño general y el propósito del sello. Por ejemplo, el tamaño del texto de un sello personal pequeño es relativamente pequeño, mientras que el tamaño del texto de un sello oficial de una gran empresa es relativamente grande. El tipo de sello también es crucial. Hay diferentes formas, como circular, cuadrada y ovalada. El diseño de cada forma debe considerar la disposición del texto interno y los patrones.

 

(B) Creación de gráficos utilizando software profesional
Tras determinar estos elementos básicos, es necesario utilizar software profesional de diseño gráfico para crear gráficos. Para gráficos bidimensionales sencillos, se puede utilizar software como AutoCAD. Este software permite dibujar con precisión el contorno de la pieza y configurar el grosor, el color, etc. de las líneas. Para gráficos tridimensionales complejos, se utiliza software de modelado tridimensional como SolidWorks y UG. Este software permite crear modelos de piezas con superficies curvas complejas y estructuras sólidas, además de realizar diseño paramétrico, lo que facilita la modificación y optimización de los gráficos. Durante el proceso de diseño gráfico, también deben considerarse los requisitos de la tecnología de procesamiento posterior. Por ejemplo, para facilitar la generación de trayectorias de herramientas, los gráficos deben tener una estructura de capas y particionamiento razonable.

 

IV. Planificación de procesos
(A) Pasos del procesamiento de la planificación desde una perspectiva global
La planificación del proceso consiste en establecer razonablemente cada paso del procesamiento desde una perspectiva global, basándose en un análisis exhaustivo de la apariencia y los requisitos de procesamiento de la pieza. Esto requiere considerar la secuencia de procesamiento, los métodos de procesamiento, y las herramientas de corte y accesorios que se utilizarán. Para piezas con múltiples características, es necesario determinar qué característica procesar primero y cuál procesar después. Por ejemplo, para una pieza con agujeros y planos, normalmente se procesa primero el plano para proporcionar una superficie de referencia estable para el posterior procesamiento de agujeros. La elección del método de procesamiento depende del material y la forma de la pieza. Por ejemplo, para el procesamiento de superficies circulares externas, se puede optar por torneado, rectificado, etc.; para el procesamiento de agujeros interiores, se puede adoptar el taladrado, el mandrinado, etc.

 

(B) Selección de herramientas y accesorios de corte adecuados
La selección de herramientas de corte y accesorios es una parte importante de la planificación del proceso. Existen diversos tipos de herramientas de corte, como herramientas de torneado, fresado, brocas, mandrinado, etc., y cada una tiene diferentes modelos y parámetros. Al seleccionar las herramientas de corte, se deben considerar factores como el material de la pieza, la precisión del procesamiento y la calidad de la superficie. Por ejemplo, se pueden utilizar herramientas de corte de acero rápido para procesar piezas de aleación de aluminio, mientras que se requieren herramientas de corte de carburo o cerámica para procesar piezas de acero endurecido. La función de los accesorios es fijar la pieza de trabajo para garantizar su estabilidad y precisión durante el proceso. Los tipos de accesorios más comunes incluyen mandriles de tres y cuatro mordazas, y alicates de boca plana. Para piezas con formas irregulares, puede ser necesario diseñar accesorios especiales. En la planificación del proceso, se deben seleccionar los accesorios adecuados según la forma y los requisitos de procesamiento de la pieza para garantizar que la pieza no se desplace ni se deforme durante el proceso.

 

V. Generación de trayectorias
(A) Implementación de la planificación de procesos a través del software
La generación de trayectorias consiste en implementar específicamente la planificación de procesos mediante software. En este proceso, los gráficos diseñados y los parámetros del proceso planificados deben introducirse en software de control numérico como MasterCAM y Cimatron. Este software generará trayectorias de herramientas según la información de entrada. Al generar trayectorias de herramientas, se deben considerar factores como el tipo, el tamaño y los parámetros de corte de las herramientas. Por ejemplo, para el fresado, se deben configurar el diámetro, la velocidad de rotación, el avance y la profundidad de corte de la herramienta. El software calculará la trayectoria de la herramienta de corte sobre la pieza de trabajo según estos parámetros y generará los códigos G y M correspondientes. Estos códigos guiarán la máquina herramienta durante el proceso.

 

(B) Optimización de los parámetros de la trayectoria de la herramienta
Al mismo tiempo, los parámetros de la trayectoria de la herramienta se optimizan mediante la configuración de parámetros. Optimizar la trayectoria de la herramienta puede mejorar la eficiencia, los costos y la calidad del procesamiento. Por ejemplo, el tiempo de procesamiento se puede reducir ajustando los parámetros de corte, garantizando al mismo tiempo la precisión. Una trayectoria de herramienta razonable debe minimizar el recorrido en vacío y mantener la herramienta de corte en movimiento continuo durante el proceso. Además, al optimizar la trayectoria, se puede reducir el desgaste de la herramienta de corte y prolongar su vida útil. Por ejemplo, al adoptar una secuencia y dirección de corte razonables, se puede evitar que la herramienta de corte corte hacia adentro y hacia afuera con frecuencia durante el procesamiento, lo que reduce el impacto en la herramienta de corte.

 

VI. Simulación de trayectoria
(A) Comprobación de posibles problemas
Tras generar la trayectoria, no solemos tener una idea intuitiva de su rendimiento final en la máquina herramienta. La simulación de trayectorias sirve para detectar posibles problemas y reducir la tasa de desperdicios en el procesamiento real. Durante el proceso, se suele comprobar el efecto en la apariencia de la pieza. Mediante la simulación, se puede observar si la superficie de la pieza procesada es lisa y si presenta marcas de herramienta, arañazos u otros defectos. Al mismo tiempo, es necesario comprobar si hay sobrecorte o subcorte. El sobrecorte reduce el tamaño de la pieza al tamaño de diseño, lo que afecta al rendimiento de la pieza; el subcorte aumenta el tamaño de la pieza y puede requerir un segundo procesamiento.

 

(B) Evaluación de la racionalidad de la planificación de procesos
Además, es necesario evaluar si la planificación del proceso de la trayectoria es razonable. Por ejemplo, es necesario verificar si hay giros irrazonables, paradas repentinas, etc. en la trayectoria de la herramienta. Estas situaciones pueden dañar la herramienta de corte y reducir la precisión del procesamiento. Mediante la simulación de trayectoria, se puede optimizar aún más la planificación del proceso y ajustar la trayectoria de la herramienta y los parámetros de procesamiento para garantizar que la pieza se procese correctamente durante el proceso real y garantizar la calidad del procesamiento.

 

VII. Salida de ruta
(A) El vínculo entre el software y la máquina herramienta
La salida de la trayectoria es un paso necesario para la implementación de la programación del diseño de software en la máquina herramienta. Establece una conexión entre el software y la máquina herramienta. Durante el proceso de salida de la trayectoria, los códigos G y M generados deben transmitirse al sistema de control de la máquina herramienta mediante métodos de transmisión específicos. Los métodos de transmisión más comunes incluyen la comunicación por puerto serie RS232, la comunicación Ethernet y la transmisión por interfaz USB. Durante el proceso de transmisión, es necesario garantizar la precisión e integridad de los códigos para evitar pérdidas o errores.

 

(B) Comprensión del posprocesamiento de la trayectoria de la herramienta
Para quienes se capacitan en control numérico, la salida de trayectoria puede entenderse como el posprocesamiento de la trayectoria de la herramienta. El propósito del posprocesamiento es convertir los códigos generados por software de control numérico general en códigos que el sistema de control de una máquina herramienta específica pueda reconocer. Los diferentes tipos de sistemas de control de máquinas herramienta tienen diferentes requisitos en cuanto al formato y las instrucciones de los códigos, por lo que se requiere posprocesamiento. Durante el posprocesamiento, es necesario realizar ajustes según factores como el modelo de la máquina herramienta y el tipo de sistema de control para garantizar que los códigos de salida controlen correctamente la máquina herramienta que se va a procesar.

 

VIII. Procesamiento
(A) Preparación de la máquina herramienta y ajuste de parámetros
Tras generar la trayectoria, se inicia la etapa de procesamiento. En primer lugar, es necesario preparar la máquina herramienta, lo que incluye verificar el correcto funcionamiento de cada componente, como el husillo, el riel guía y el husillo. A continuación, se configuran los parámetros de la máquina herramienta según los requisitos de procesamiento, como la velocidad de rotación del husillo, el avance y la profundidad de corte. Estos parámetros deben coincidir con los definidos durante la generación de la trayectoria para garantizar que el procesamiento se realice según la trayectoria predeterminada. Al mismo tiempo, la pieza de trabajo debe instalarse correctamente en el dispositivo de fijación para garantizar su precisión de posicionamiento.

 

(B) Monitoreo y ajuste del proceso de procesamiento
Durante el proceso de procesamiento, es necesario supervisar el estado de funcionamiento de la máquina herramienta. A través de la pantalla, se pueden observar en tiempo real los cambios en los parámetros de procesamiento, como la carga del husillo y la fuerza de corte. Si se detecta un parámetro anormal, como una carga excesiva en el husillo, puede deberse a factores como el desgaste de la herramienta y parámetros de corte inadecuados, y debe ajustarse de inmediato. Al mismo tiempo, se debe prestar atención al ruido y la vibración durante el proceso de procesamiento. Los ruidos y vibraciones anormales pueden indicar un problema con la máquina herramienta o la herramienta de corte. Durante el proceso de procesamiento, también es necesario muestrear e inspeccionar la calidad del mismo, por ejemplo, utilizando herramientas de medición para medir el tamaño del proceso y observando la calidad de la superficie, para detectar problemas rápidamente y tomar medidas para mejorarlos.

 

IX. Inspección
(A) Utilización de múltiples medios de inspección
La inspección es la última etapa de todo el flujo de procesamiento y un paso crucial para garantizar la calidad del producto. Durante el proceso de inspección, se requieren diversos métodos. Para verificar la precisión dimensional, se pueden utilizar herramientas como calibradores Vernier, micrómetros e instrumentos de medición de tres coordenadas. Los calibradores Vernier y los micrómetros son adecuados para medir dimensiones lineales simples, mientras que los instrumentos de medición de tres coordenadas permiten medir con precisión las dimensiones tridimensionales y los errores de forma en piezas complejas. Para inspeccionar la calidad de la superficie, se puede utilizar un rugosímetro para medir la rugosidad superficial, y un microscopio óptico o electrónico para observar la morfología microscópica de la superficie y comprobar si hay grietas, poros u otros defectos.

 

(B) Evaluación de calidad y retroalimentación
Según los resultados de la inspección, se evalúa la calidad del producto. Si cumple con los requisitos de diseño, puede pasar al siguiente proceso o empaquetarse y almacenarse. Si no cumple con los requisitos, se deben analizar las causas. Esto puede deberse a problemas en el proceso, las herramientas o las máquinas herramienta, entre otros, durante el procesamiento. Se deben tomar medidas de mejora, como ajustar los parámetros del proceso, reemplazar herramientas o reparar máquinas herramienta, y posteriormente, la pieza se reprocesa hasta que se cumpla la calidad del producto. Al mismo tiempo, los resultados de la inspección se incorporan al flujo de procesamiento anterior para sentar las bases para la optimización del proceso y la mejora de la calidad.

 

X. Resumen
El flujo de procesamiento de piezas de precisión de alta velocidad en centros de mecanizado es un sistema complejo y riguroso. Cada etapa, desde el análisis del producto hasta la inspección, está interconectada y se influye mutuamente. Solo mediante una comprensión profunda de la importancia y los métodos de operación de cada etapa y prestando atención a la conexión entre ellas, se pueden procesar piezas de precisión de alta velocidad de forma eficiente y con alta calidad. Los aprendices deben adquirir experiencia y mejorar sus habilidades de procesamiento combinando el aprendizaje teórico con la práctica durante el proceso de aprendizaje para satisfacer las necesidades de la fabricación moderna en el procesamiento de piezas de precisión de alta velocidad. A su vez, con el continuo desarrollo de la ciencia y la tecnología, la tecnología de los centros de mecanizado se actualiza constantemente, y el flujo de procesamiento también debe optimizarse y mejorarse continuamente para mejorar la eficiencia y la calidad del procesamiento, reducir costos e impulsar el desarrollo de la industria manufacturera.