Tendencias de mecanizado CNC para 2023

El desarrollo de máquinas herramienta CNC (Control Numérico Computarizado), es decir, máquinas rápidas, precisas, complejas, inteligentes, abiertas, paralelas, en red y extremas, se ha convertido en la tendencia y dirección de su desarrollo. ¿Cómo evolucionarán estas tendencias en 2023? ¿En qué dirección se desarrollará el mecanizado? ¿Las nuevas tecnologías mejorarán en gran medida los servicios CNC? Los expertos de Trame, técnicos docalizados en el mecanizado de piezas CNC, nos explican sobre esto a continuación

Mayor velocidad en el CNC

Con el rápido desarrollo de industrias como la automotriz, de defensa, aeroespacial y el uso de nuevos materiales como las aleaciones de aluminio, los requisitos para el mecanizado CNC están aumentando. Las máquinas CNC ofrecen en estos casos:

• Velocidad del husillo: la máquina herramienta tiene un husillo eléctrico (motor de husillo incorporado), la velocidad máxima del husillo es de 200.000 rpm.
• Velocidad de alimentación: La resolución es de 0,01 μm, y la máquina herramienta puede alcanzar una velocidad de avance máxima de 240 m/min para superficies complejas y mecanizadas con precisión.
• Velocidad de cálculo: La evolución dinámica de los microprocesadores garantiza un progreso rápido y preciso de los sistemas de control numérico. Como resultado, los procesadores están evolucionando hacia sistemas de control numérico de 32 bits y 64 bits, cuyas frecuencias aumentan a cientos de megahercios y gigahercios. Con el uso de ordenadores, las velocidades han mejorado considerablemente, y todavía se pueden alcanzar velocidades de alimentación de hasta 24-240 m / min a resoluciones de 0.1 μm y 0.01 μm.
• Velocidad de cambio de herramienta: El tiempo de cambio de herramienta externa avanzado actual es generalmente de aproximadamente 1s, y el tiempo máximo puede alcanzar 0.5s.

Precisión mejorada en CNC

Los requisitos de precisión para las máquinas herramienta CNC no se limitan a la precisión de la geometría estática: cada vez se presta más atención a la precisión del movimiento de la máquina, la deformación térmica, el monitoreo y la compensación de vibraciones. Los nuevos desafíos en este año pueden requerir que implemente elementos adicionales desde la perspectiva del fresado:

• Mejora de la precisión del mecanizado CNC: uso de tecnología de interpolación de alta velocidad para realizar la alimentación continua de pequeños segmentos de programa para mejorar la unidad de control CNC, y uso de un dispositivo de detección de posición de alta resolución para mejorar la precisión de detección de posición.
• Uso de tecnología de compensación de fallos: compensación de reacción, fallas de cabeceo, fallas de herramientas y otras tecnologías se utilizan para compensar fallas de deformación térmica y fallas de espacio de hardware. Los resultados de la prueba muestran que la tecnología integral de compensación de errores puede reducir el error de procesamiento del 60% al 80%.
• Predicción de la precisión del mecanizado de las máquinas herramienta mediante simulaciones para garantizar la precisión y la repetibilidad del posicionamiento. La rejilla se utiliza para comprobar y mejorar la precisión de la trayectoria del centro de mecanizado. Es capaz de funcionar durante un largo período de tiempo y puede realizar diversas tareas de mecanizado en diferentes condiciones de funcionamiento para garantizar la calidad de las piezas mecanizadas.

Mecanizado de materiales compuestos en CNC

El procesamiento de materiales compuestos se refiere a la realización o fabricación de varios componentes que procesan piezas semiacabadas hasta el producto final en la medida de lo posible. Las relaciones de proceso pueden derivarse de las características estructurales.

• El mecanizado de máquinas herramienta complejas, como centros complejos de taladrado, fresado, taladrado y mecanizado, centros de torneado, centros de torneado y fresado, centros de fresado, taladrado y taladrado, centros de mecanizado automático híbrido, etc.;
• Máquinas herramienta complejas, como el mecanizado de juntas multisuperficie y multieje, máquinas herramienta complejas y centros de torneado de doble husillo.
• El mecanizado en máquinas híbridas reduce el tiempo dedicado a cargar y descargar piezas de trabajo, cambiar herramientas y configurar herramientas adicionales.

Monitoreo apropiado

Para satisfacer la necesidad de desarrollo de flexibilidad y automatización de la producción, la calidad de las máquinas herramienta CNC se mejora constantemente. Esto se puede ver en los siguientes aspectos:

• Tecnología de control de procesos adaptativos: Al monitorear información como la fuerza de corte, la potencia del husillo y del motor de alimentación, la corriente y el voltaje durante el mecanizado, se utilizan algoritmos de detección convencionales o modernos para determinar la condición de tensión, desgaste y fractura de la herramienta, así como la condición de la máquina herramienta en términos de su estabilidad durante el mecanizado. De acuerdo con estas condiciones, los parámetros de mecanizado (velocidad del husillo, velocidad de avance) y las instrucciones de mecanizado se ajustan en tiempo real, de modo que el equipo pueda mejorar la precisión del mecanizado, reducir la rugosidad de la superficie y aumentar la precisión del mecanizado. Además, los dispositivos son más seguros de usar.
• Tecnología inteligente de autodiagnóstico y autorreparación: Sobre la base de la información de fallas existente, se utilizan medios inteligentes modernos para localizar fallas de forma rápida y precisa.
• Tecnología inteligente de reproducción de fallas y simulación de fallas: puede registrar completamente información diversa del sistema, reproducir y simular varias fallas y accidentes de máquinas herramienta CNC, determinar la causa de la falla, encontrar soluciones de problemas y obtener experiencia de producción.
• Servovariador de CA inteligente: puede detectar automáticamente la carga y ajustar los parámetros del sistema inteligente, incluido el accionamiento inteligente del husillo de CA y el servoaccionamiento inteligente. Este tipo de dispositivo de accionamiento puede detectar automáticamente el momento de inercia del motor y la carga, y optimizar y ajustar automáticamente los parámetros del sistema de control, para que el sistema de accionamiento pueda lograr el mejor funcionamiento.
• Sistema inteligente CNC 4M: Se integra con el proceso de producción, procesamiento y prueba de una manera práctica para realizar una producción rápida, pruebas, reacción, medición, modelado y procesamiento. Las cuatro operaciones están integradas en el sistema 4M para intercambiar información y facilitar la integración de medición, modelado, mecanizado, sujeción y operación.

Hibridación de fabricación CNC con tecnologías aditivas

El mecanizado CNC sustractivo y la impresión 3D aditiva son dos procesos diferentes. La máquina CNC elimina el material de la pieza de trabajo. En la impresión 3D, los objetos tridimensionales se construyen capa por capa. Los dos procesos también se pueden combinar eficazmente con principios funcionales inversos. Muchos fabricantes de máquinas han introducido la «fabricación híbrida«, que combina el fresado y torneado CNC con procesos de fabricación incrementales. Cada vez más empresas se plantean cómo pueden combinar máquinas CNC e impresoras 3D para acelerar los proyectos. Se pueden lograr tolerancias de menos de 0,01 mm con máquinas CNC, lo que las hace ideales para aplicaciones donde la precisión es clave. Sin embargo, las impresoras 3D tienen una precisión de 0,1 mm, que es una de las razones por las que la fabricación incremental se utiliza ampliamente en la creación de prototipos. Los prototipos se pueden imprimir con una impresora 3D. Una máquina CNC puede terminar el producto.

Producción bajo demanda y precios instantáneos

Han surgido estrategias de fabricación conocidas como «fabricación bajo demanda» o «fabricación en la nube». El coronavirus, la guerra en Ucrania y los problemas de suministro con China han acelerado este desarrollo. El término «fabricación bajo demanda» describe un método de producción en el que los productos se fabrican exactamente cuando se necesitan, en la cantidad deseada. En contraste, la fabricación tradicional requiere costosa maquinaria de producción interna, producción en masa de bienes o dependencia de socios de producción locales. La fabricación bajo demanda reduce la inversión de capital, aumenta la velocidad de entrega y mejora la resiliencia.

Varios otros factores, como el menor costo de las piezas mecanizadas CNC y los pedidos rápidos a través del software de cotización instantánea, han contribuido a la adopción generalizada de la fabricación bajo demanda. Las carcasas a medida son fiables para empresas de todos los tamaños. Los consumidores, las empresas y el medio ambiente pueden beneficiarse del programa. Aquí hay tres beneficios clave que las empresas pueden obtener de la fabricación bajo demanda:

• Menores costes de producción
• Flujos de trabajo flexibles gracias a una adquisición más rápida y una mayor disponibilidad de diversas tecnologías de producción
• Fácil acceso a los recursos de producción globales

Mejora del mecanizado CNC con gemelos digitales

Los gemelos digitales se utilizan para obtener una comprensión más profunda de cómo funcionan los dispositivos y procesos. En la mayoría de los casos, un gemelo digital es una copia exacta de su contraparte física. Además, las simulaciones a menudo muestran solo una característica, mientras que los gemelos digitales son más completos. Pueden proporcionar información sobre muchos procesos diferentes al mismo tiempo. Los gemelos digitales en la fabricación CNC se pueden utilizar en la planificación de procesos, el mecanizado, la creación de modelos y los bucles de retroalimentación. En función de varios parámetros de entrada, como la alimentación, el material de la herramienta y la fuerza de sujeción, puede implementar un modelo de predicción de rugosidad de la superficie mediante máquinas de vectores de soporte, generar trayectorias de herramienta, realizar experimentos y alimentar los resultados en su modelo (SVM), método gaussiano (GPR) y redes neuronales profundas totalmente conectadas (FCDNN). Las tecnologías de gemelos digitales mejoran la capacidad de toma de decisiones de los planificadores de procesos y los operadores de máquinas para controlar los parámetros de mecanizado durante la planificación y el mecanizado del proceso.

Mayor inversión en automatización

La automatización también afecta al proceso de mecanizado CNC de muchas maneras. Su importancia ha aumentado en los últimos años, y esta tendencia continuará en el futuro. La automatización, por otro lado, se centra en el procesamiento individual. Por ejemplo, la colaboración entre Mitsubishi y AIST ha llevado al desarrollo de soluciones de máquinas CNC que integran inteligencia artificial y procesos automatizados. Este es un método de corrección de errores que utiliza inteligencia artificial para estimar la diferencia entre la posición actual de una máquina herramienta CNC y su punto de ajuste. Los resultados de la prueba muestran que la estrategia logra un 51% más de precisión en comparación con una solución de inteligencia no artificial. La tecnología también se puede mejorar durante el mecanizado dinámico, ahorrando tiempo y garantizando una alta calidad. La tendencia es automatizar toda la fábrica. Los beneficios son obvios: ahorro en costos laborales, aumento de la productividad y consistencia. Comenzando con robots controlados por cámara para cargar y descargar automáticamente máquinas CNC, las fábricas establecerán estaciones de trabajo adicionales para marcar, medir y empacar para aprovechar las fábricas autónomas. Al desarrollar una fábrica automatizada, se deben hacer varias preguntas:

• ¿La mezcla actual de piezas es adecuada para la producción automatizada?
• ¿Existen funciones de máquina, herramientas y sistemas de control adecuados que permitan a las empresas trabajar sin iluminación?
• ¿Cómo se logran herramientas flexibles y fáciles de automatizar y transportar piezas?
• ¿Cómo se garantiza la supervisión, el mantenimiento y la resolución de problemas remotos?
• ¿Cómo se pueden detectar automáticamente errores como el tiempo de inactividad de la máquina, el fallo de la herramienta o los errores de software?

Un taller de mecanizado bien implementado tiene un gran potencial para revolucionar la forma en que se realiza el mecanizado, pero los talleres deben estar dispuestos a invertir y mejorar sus procesos. Por supuesto, este alto grado de automatización solo es adecuado para la producción de piezas grandes y repetitivas, pero no para la creación de prototipos y la producción de series pequeñas, que requieren optimización humana, creatividad y practicidad.

Desarrollo de soluciones ecológicamente sostenibles

Los fabricantes de CNC deben comenzar a rastrear y reducir la huella de carbono de sus procesos de fabricación y cadenas de suministro para satisfacer la creciente demanda de los clientes de productos más ecológicos. Los esfuerzos nuevos o intensificados para reducir las emisiones de carbono a través de los servicios de mecanizado CNC continuarán satisfaciendo la demanda de los consumidores, el apoyo a la responsabilidad corporativa y las regulaciones de las agencias gubernamentales. Las empresas manufactureras necesitan utilizar cadenas de datos de producción y suministro más fácilmente disponibles para evaluar con mayor precisión la huella de CO2 de sus productos y encontrar nuevas formas de producir y enviar sus productos de una manera más respetuosa con el medio ambiente.