Título	Reporte: Router CNC / Marina Cabezas, Martin Tomasello, Benjamín González
Asignatura	Taller de Fabricación
Del Curso	Taller de Fabricación 2022
Carreras	Diseño, Diseño Industrial"Diseño Industrial" is not in the list (Arquitectura, Diseño, Magíster, Otra) of allowed values for the "Carreras Relacionadas" property.
Nº	7
Alumno(s)	Marina Cabezas, Martin Tomasello, Benjamin Gonzalez Fuenzalida

CNC (Control Numérico Computarizado)

Es el uso computacional para controlar y motorizar los movimientos de una máquina operada por comandos programados en un medio de almacenaje. Esta tecnología tiene una gran ventaja en procesos con herramientas de corte al brindar una mayor velocidad de producción y la fabricación de varias piezas simultáneamente, sin ninguna diferencia entre ellas.

Elementos principales de la maquinaria:

• El dispositivo de entrada

• La unidad de control

• La máquina herramienta

• El sistema de accionamiento

• Los dispositivos de realimentación

• Un monitor

Ventajas:

Los cortes permiten mejores acabados en la superficie del material, debido a la versatilidad y flexibilidad que permite su motorización. Además cuenta con una reconfiguración fácil para realizar diferentes tareas sobre una misma pieza, permitiendo también la fabricación de varias piezas con la misma medida y en un corto periodo de tiempo.

Tipos de máquinas CNC

A continuación presentamos los tipos de router CNC según los materiales que pueden trabajar, y según la libertad de movimiento que tengan, es decir, según los ejes.

Según los materiales

Máquina CNC para metal

La máquina CNC para metal es aquella cuyas herramientas pueden trabajar con este tipo de materiales y sus aleaciones. La cantidad de materiales metálicos con los que pueda trabajar una máquina dependerá del modelo y de las herramientas que pueda manejar. Pero suelen ser materiales muy empleados para fabricar todo tipo de piezas por sus propiedades mecánicas. Los metales y aleaciones metálicas adecuadas para el mecanizado por CNC deben tener unas propiedades mecánicas específicas que incluyen como la resistencia, flexibilidad, dureza, etc.

Entre los metales más populares para CNC destacan:

Aluminio: es un metal bastante rentable para mecanizado CNC. Es ligero, es fácil de mecanizar, es resistente, y puede tener una amplia variedad de aplicaciones, desde ventanas, puertas, estructuras de vehículos, disipadores térmicos, etc. Entre los tipos de aluminio más empleados están:

Aluminio 6061: buena resistencia a las condiciones climáticas, aunque no tanto a químicos y agua salada. Muy empleado para revestimientos, puertas, ventanas, etc.
Aluminio 7075: muy dúctil, resistente, y resistente a la fatiga por lo que se suele usar para vehículos y la industria aeroespacial, aunque es más complicado de mecanizar (no es fácil crear piezas tan complejas).

Acero inoxidable: es menos fácil de mecanizar, pero combina fantásticas características como su bajo coste, su resistencia, y su infinidad de usos. Ciertamente estamos rodeados de piezas de acero si miramos a nuestro alrededor. En el CNC, los tipos más habituales son:

304: es muy común, y se puede usar en múltiples aplicaciones domésticas, desde revestimientos y estructuras de electrodomésticos, hasta utensilios de cocina, pasando por tuberías, etc. Tiene una buena soldabilidad y formabilidad.
303: por sus propiedades de resistencia a la corrosión, dureza y durabilidad, este acero tratado con azufre se emplea para crear ejes, engranajes, accesorios de vehículos de todo tipo, etc.
316: es un acero increíblemente fuerte y resistente a la corrosión, por lo que es útil para algunos implantes médicos, para la industria aeroespacial, etc.

Acero: esta aleación de hierro-carbono es muy económica, incluso más que el acero inoxidable. No ofrece la misma resistencia a la corrosión, pero tiene propiedades similares en otros aspectos. Entre los tipos más usados para mecanizado CNC está:

Acero 4140: un acero con inferior contenido en carbono, pero aleado con manganeso, cromo y molibdeno. Destaca por su alta resistencia a la fatiga, tenacidad, y resistencia al impacto. Por este motivo, es muy atractivo para multitud de aplicaciones industriales, como el sector de la construcción.

Titanio: es un metal muy caro, pero tiene propiedades excelentes, como su baja conductividad térmica, su alta resistencia, y su ligereza, aunque no permite un mecanizado tan fácil como los anteriores. Por ejemplo:

Ti6AI4V de Grado 5: esta aleación tiene una excelente relación resistencia-peso, resiste bien a los químicos y a la temperatura. Por eso se usa para aplicaciones expuestas a condiciones extremas, implantes médicos, en el sector aeroespacial, y en los vehículos de alta gama o motorsport.

Latón: esta aleación de cobre y zinc permite un mecanizado muy fácil, aunque no sea de los metales más baratos. Tiene una dureza media y alta resistencia a la tracción, por lo que es bueno para aplicaciones eléctricas, médicas y automotrices. Cobre: es un metal que permite un excelente mecanizado, pero tiene un alto coste. Sus propiedades lo hacen fantástico para la industria eléctrica y electrónica y para la térmica, ya que es un gran conductor eléctrico y térmico. Por ejemplo, se pueden hacer piezas conductoras de electricidad, o disipadores de calor al igual que ocurría con el aluminio.

Magnesio: es uno de los metales más fáciles de mecanizar debido a sus propiedades mecánicas. También tiene una alta conductividad térmica, y es ligero (un 35% más que el aluminio), por lo que es fantástico para piezas del sector del automóvil y aeroespacial. El mayor inconveniente es que es un metal inflamable, por lo que el polvo, virutas, etc., se pueden inflamar y producir incendios. El magnesio se puede quemar bajo el agua, el CO2 y el nitrógeno. Un ejemplo usado para CNC es:

AZ31: excelente para el mecanizado y de grado aeroespacial.

Otros: por supuesto, existen otros muchos metales puros y aleaciones que se pueden trabajar en CNC, aunque estos descritos son los más populares. Durante el proceso de diseño por CAD de estas piezas metálicas hay que tener en cuenta las características de estos metales. Además, las máquinas CNC para trabajarlos deben tener las herramientas adecuadas y la potencia necesaria para hacerlo. Por otro lado, a la hora de mecanizar un metal por CNC se deben tener en cuenta algunos factores: uso previsto/propiedades necesarias y coste total (coste de material + coste del mecanizado). Por otro lado, el objetivo de muchas máquinas CNC es producir una alta cantidad de piezas con el coste más bajo posible y en el menor tiempo posible. Mientras más fácil de mecanizar sea el metal, menos tiempo y coste tendrá, aunque esto también dependerá de la complejidad de la pieza.

Por último, nos gustaría destacar que también es importante el acabado y los procesamientos posteriores que se le pueda dar a los metales tras el mecanizado CNC. Por ejemplo, algunas piezas necesitarán pulidos para eliminar marcas producidas por las herramientas CNC, eliminar las rebabas tras los cortes, tratamientos superficiales (galvanizado, pintado,…) para evitar la corrosión o por motivos estéticos, etc.

Máquina CNC para madera

Existen una gran cantidad de maderas disponibles en el mercado, incluso tableros de partículas, MDF, contrachapados, etc. La madera, por lo general, permite un mecanizado bastante fácil, por lo que es muy empleada para el fresado, corte y torneado. Además, es un material relativamente barato, y abundante. Por otro lado, suele ser uno de los materiales más empleados también para las máquinas CNC domésticas que usan algunos makers y aficionados al DIY o bricolaje.

Algunos ejemplos de maderas para trabajar con CNC son:

Maderas duras: suelen ser maderas exóticas y con una gran durabilidad y calidad. Son caras, pero sus vetas apretadas las hacen muy resistentes para multitud de aplicaciones. Estas necesitan de herramientas más rígidas y duras para trabajarla, y puede llevar un mayor tiempo. Sin embargo, pueden ser mejores que las blandas cuando se trata de tallados complejos o formas intrincadas. Algunos ejemplos habituales son:

Fresno: madera de color claro, pesada, con excelentes propiedades mecánicas como la rigidez y dureza. Se puede usar para sillas, mesas, palos de hockey, bates de béisbol, raquetas de tenis, etc.
Haya: similar al anterior en términos de resistencia, pero es más flexible. Por tanto, puedes construir piezas de muebles con formas curvas sin que se astille. Al ser inodora, también se puede usar para cucharas, platos, vasos, tablas de cortar, etc. Eso sí, esta madera no es recomendable para tallar.
Abedul: es muy dura, similar a la de roble o nogal. Su color es claro, no se abolla fácilmente, tiene buena resistencia, y sujeta bien los tornillos. Por tanto, se puede usar para refuerzos de estructuras de muebles.
Cerezo: tiene un color marrón rojizo claro, buena resistencia, no se deforma fácilmente, fácil de tallar, y es dura. Por tanto, se puede usar para adornos tallados, muebles, instrumentos musicales, etc. Pero hay que tener precaución a la hora de trabajarla con herramientas poco afiladas, ya que podrían generar marcas de quemaduras por el rozamiento.
Olmo: con un tono marrón rojizo claro-medio, gran dureza, y fantástica para tablas de cortar, muebles, paneles decorativos, bates y palos de hockey, etc. Eso sí, se puede estropear si se usa un husillo de baja potencia para cortarla por sus fibras.
Caoba: es muy popular por su aspecto y solidez, con un tono marrón rojizo intenso. Es muy resistente al daño por agua y es apta para construir embarcaciones, cálices, muebles, instrumentos musicales, pavimentación de suelos (parqué), etc.
Arce: es una de las más duras y duraderas, y no necesitan demasiado tratamiento tras el mecanizado. Ideal para escritorios, mesas de trabajo, suelos, tablas de corte para carniceros, y otros instrumentos que deben resistir «maltrato».
Roble: una madera resistente a las roturas, resistente a la humedad e intemperie, y pesada, además de interesante desde el punto de vista estético. Por eso puede servir para muebles de exterior, construcción naval, etc. Debido a sus características de vetas cruzadas, deberás hacer pases poco profundos para su corte, y usar mejor cortadores con punta de carburo.
Nogal: es una madera cara, con color marrón fuerte. Pero es resistente a los golpes, es dura, no se quema fácilmente durante el mecanizado, aunque se deberán hacer pasadas poco profundas para los cortes para evitar que se rompa. Las aplicaciones para este material pueden ser desde culatas de armas, hasta esculturas y tallas de relieve, pasando por cuencos torneados, muebles e instrumentos musicales.

Maderas blandas: son una buena opción para principiantes o tipos de máquinas CNC que no sean demasiado potentes. Además, al ser más económicas y fáciles de encontrar, pueden ser recomendables para carpintería low-cost. Incluso tienen otro aspecto positivo, y es que no producen tanto desgaste en las herramientas. Sin embargo, no tienen las mismas propiedades que las duras. Algunos ejemplos habituales son:

Cedro: tiene un aroma agradable, y un tono marrón rojizo bastante bonito, con nudos que pueden dificultar el fresado. Es resistente a la intemperie, por lo que podrás hacer muebles para exteriores, botes, vallas, postes, etc. No se quema fácilmente a velocidades lentas de maquinado como las duras.
Ciprés: tiene buena resistencia a la descomposición, es blanda, fácil de trabajar, aunque tiene nudos que pueden dificultar este trabajo en bloques grandes. Se puede usar para armarios, muebles, ventanas, molduras y paneles.
Abeto: madera fácil de trabajar, con patrón consistente, blanda, y durable. A pesar de no estar entre las maderas duras, se puede usar también para suelos.
Pino: es una madera barata, con un color pálido y peso ligero. Mantiene bien su forma y no se encoje demasiado. Es suficientemente dura para dificultar el mecanizado de tallado. Se debe reducir la longitud de los cortes para evitar el astillado, y se deben usar velocidades de husillo más rápidas para evitar desperfectos.
Secoya: madera con un tono rojo, muy resistente a la descomposición y a la luz solar. Es fácil de mecanizar y el resultado es muy suave. Puede ser una buena elección para tallar, crear detalles complejos, o para objetos que vayan a estar a la intemperie. Eso sí, se debe usar herramientas muy afiladas para evitar el astillado y desgarre.
Abeto: es una de las más duras dentro del espectro de maderas blandas. Es liviana, pero susceptible a la descomposición. Se trabaja fácil, y es asequible. Puede ser buena como paneles, instrumentos musicales, muebles, etc.
MDF: estas siglas hacen referencia a un tablero de fibra de densidad media, un tipo de madera de ingeniería (hecha por el hombre) que se usa para muebles, puertas, etc. Es muy barata ya que está hecha de residuos de madera dura y blanda combinados con cera y resinas. Es más denso que el contrachapado y se trabaja fácilmente, sin que se astille o se rompa fácilmente (la velocidad de husillo y alimentación deben ser adecuadas, ya que se calientan con bastante rapidez y pueden quemarse), y tendrá un acabado suave. Sin embargo, puede tener mejor resistencia en una dirección que en otra, algo que no es positivo para piezas que deban ser robustas o para estructuras. Otro detalle importante es el estético, ya que no ofrece las vetas de la madera natural, por lo que requiere pintura, o uso de láminas decorativas. Como precaución decir que las partículas finas que se inhalan durante los procesos con MDF son dañinas para la salud, ya que no es solo madera. Se debe usar mascarilla.
Contrachapado: está hecha de múltiples láminas delgadas de madera que se pegan entre sí. Pesa menos que otras maderas macizas, y puede ser apropiado para armarios colgantes, y para otras cosas de bajo coste y bajo precio. Tienes que tener precauciones al trabajarla con cualquier tipo de máquinas CNC, ya que tiende a astillarse

También deberían considerarse otros aspectos importantes a la hora de elegir la madera adecuada para el proyecto:

Tamaño de grano: el grano fino pertenece a las maderas blandas, el grano grueso a las duras. La de grano fino es más fácil de fresar, pero la de grano grueso ofrece mayor suavidad y mejor acabado.

Contenido de humedad: interfiere en la flexión y durabilidad de la madera, además del acabado durante el tallado y las velocidades de avance que puedes lograr. Lo ideal para tallar son maderas entre el 6-8% de humedad. La humedad también determinará la temperatura de la herramienta durante el proceso, y por cada 1% de humedad que se sube, la temperatura aumentará unos 21ºC. Además, un bajo grado de humedad puede hacer que la superficie se desgarre excesivamente y demasiada humedad puede causar superficies más difusas.

Nudos: son zonas donde se unen las ramas con el tronco, y suelen tener fibras en diferentes direcciones y son más duras y oscuras. Cuando se está trabajando con una máquina CNC, el cambio repentino de dureza podría producir una carga de choque, por lo que deberías usar parámetros adecuados o usar direcciones en las que se eviten estos nudos.

Tasa de avance: es la velocidad de avance a la que la herramienta pasa sobre la superficie de la pieza. Si es demasiado baja puede causar quemaduras en la superficie de la madera, y si es demasiado alta puede causar astillas. La mayoría de modelos de máquinas suelen tener diferentes ajustes para trabajar con múltiples materiales, otras necesitarán que los ajustes manualmente.

Herramientas: además de elegir máquinas CNC con husillos con al menos 1 a 1.5 CV (0.75 a 1.11 kW) para conseguir las velocidades de mecanizado adecuadas para la madera, también es importante la herramienta usada (y la sustitución cuando esté desgastada o desafilada):

Corte ascendente: eliminan las virutas en dirección ascendente, y pueden rasgar el borde superior de la pieza.
Corte descendente: empujan la madera cortada hacia abajo, lo que brinda un borde superior liso, aunque puede generar rasgado en el borde inferior.
Corte recto: no están en ángulo con respecto a la superficie de corte, por lo que ofrecen un equilibrio entre las dos anteriores. En contra tienen que la velocidad de eliminación del material no es tan rápida y suelen calentarse más.
Compresión: es un tipo de herramienta que tiene una longitud de pocos milímetros y que puede lograr corte hacia arriba o hacia abajo controlando la profundidad de corte. Esto permite acabados de bordes superiores e inferiores lisos.

Otros materiales

Por supuesto, existen máquinas CNC que pueden trabajar con múltiples materiales intercambiando las herramientas. También otros tipos de máquinas CNC que van más allá de la madera y el metal. Algunos otros ejemplos de materiales aptos para CNC son:

Nailon: un polímero termoplástico de baja fricción que se puede usar como alternativa al metal en algunos casos. Es un material rígido, fuerte, resistente a impactos, con buena resistencia química, y sorprendentemente elástico. Se puede emplear para depósitos,piezas para electrónica, engranajes, etc.
Espumas: un material que puede tener diferentes valores de rigidez y es muy ligera y durable.
Otros plásticos: como el POM, PMMA, acrílico, ABS, policarbonato o PC, y polipropileno o PP, poliuretano, PVC, caucho, vinilo, goma…
Cerámicas y vidrios: alúmina, SiO2, cristal templado, arcilla, feldespato, porcelana, gres, etc.
Fibras: fibra de vidrio, fibra de carbono…
Multimaterial: ACM o paneles de sándwich.
Papel y cartón
Mármol, granito, piedra, silicio,…
Cuero y otros tejidos

Según los ejes

Los tipos de máquinas CNC según sus ejes determinarán la cantidad de grados de libertad de movimientos y la complejidad de las piezas que puede labrar. Las más destacadas son:

Máquina CNC de 3 ejes

El mecanizado de 3 ejes, o máquinas CNC de 3 ejes, permite que la herramienta de trabajo pueda operar en tres dimensiones o direcciones denominadas X, Y y Z. Este tipo de máquinas se suelen usar para el mecanizado de geometría 2D, 2.5D, y 3D. Muchas de las máquinas CNC baratas suelen tener esta configuración de ejes, y también muchas industriales, ya que es una de las configuraciones más habituales.

Eje X e Y: estos dos ejes trabajarán la pieza de forma horizontal.
Eje Z: permite a la herramienta grados de libertad vertical.

El mecanizado CNC de 3 ejes fue una evolución a partir del torneado rotativo. La pieza ocupará una posición estacionaria mientras la herramienta de corte se mueve a lo largo de estos tres ejes. Ideal para piezas sin detalles complejos ni profundidad.

Máquina CNC de 4 ejes

Las máquinas CNC de 4 ejes son similar a las anteriores, pero se agrega un eje adicional para la rotación de la pieza. El cuarto eje se denomina eje A y girará mientras la máquina no está labrando el material. Una vez colocada la pieza en la posición correcta, se aplica un freno a dicho eje y los ejes XYZ siguen labrando la pieza. Existen algunas máquinas que permiten mover XYZA de forma simultánea, y se conocen como máquinas CNC de mecanizado continuo.

Este tipo de máquinas CNC pueden crear mayor grado de detalle que las anteriores, y pueden ser aptas para piezas con cavidades, arcos, cilindros, etc. Este tipo de máquinas suelen tener dos problemas, como es el desgaste del engranaje helicoidal si se usa de forma intensa, y que puede haber holgura en el eje que pueda afectar a la precisión o fiabilidad de la máquina por las vibraciones.

Máquina CNC de 5 ejes

Una máquina CNC de 5 ejes se basa en una herramienta con 5 grados de libertad o direcciones diferentes. Además de X, Y, y Z, hay que agregar la rotación con el eje A como en la de cuatro ejes, y otro eje adicional denominado eje B. Esto consigue que las herramientas se puedan acercar a la pieza en todas direcciones en una sola operación, sin la necesidad de re-posicionar manualmente la pieza entre operaciones. El eje A y B estarán destinados a aproximar la pieza de trabajo a la herramienta que se moverá en XYZ.

Este tipo de máquinas fueron introducidas en el siglo XXI, permitiendo mayor grado de complejidad y alta precisión. Suelen ser muy usadas en aplicaciones médicas, investigación y desarrollo, arquitectura, industria militar, en el sector del automóvil, etc. La mayor desventaja es que el diseño CAD/CAM puede ser complicado, además suelen ser máquinas caras, y necesitan operadores altamente cualificados.

Otros (hasta 12 ejes)

Además de las de 3, 4 y 5 ejes, existen tipos de máquinas CNC con más ejes, incluso hasta 12. Se trata de máquinas más avanzadas y caras, aunque no tan comunes. Algunos ejemplos son:

7 ejes: permite crear piezas largas, delgadas y con mucho detalle. En estos tipos de máquinas CNC tenemos los ejes para movimientos derecha-izquierda, arriba-abajo, atrás-adelante, giro de la herramienta, rotación de la pieza, rotación del cabezal de la herramienta, y movimiento para sujetar la pieza.

9 ejes: este tipo combina un torno con el mecanizado de 5 ejes. El resultado es que se puede tornear y fresar a lo largo de varios planos con una sola configuración, y con gran precisión. Además, no necesita de accesorios secundarios ni carga manual.

12 ejes: tienen dos cabezales VMC y HMC, cada uno de ellos permitiendo movimientos en los ejes X, Y, Z, A, B y C. Este tipo de máquinas ofrecen mejorar la productividad y la precisión.

Según la herramienta

Según la herramienta que monte la máquina CNC, podemos diferenciar entre:

Solo una herramienta: son aquellas que solo montan una única herramienta, ya sea una broca para perforación, una fresa, cuchilla, etc. Algunas de estas máquinas solo pueden realizar un tipo de tarea, y no se les puede intercambiar la herramienta por otro. Otras sí que es posible cambiarle la herramienta, pero se tiene que hacer manualmente.

Multiherramientas automáticas: tienen un cabezal con varias herramientas, y ellas mismas pueden cambiar de una a otra automáticamente según se necesite.

Ventajas de utilizar una Router CNC

Trabajo continuo: las máquinas CNC trabajan conforme la configuración que tú elijas para el reloj. Sólo dejan de funcionar cuando necesitan mantenimiento o reparación.
Escalabilidad: Al introducir los parámetros de diseño y las especificaciones en una máquina CNC como un láser o una Router CNC, puedes ejecutar grandes cantidades – estamos hablando de miles de repeticiones.
Más capacidades: Cuando se utilizan junto con software de diseño avanzado, las máquinas CNC pueden crear salidas que no pueden ser replicadas por máquinas manuales.
Supervisión: Sólo se necesita una persona para supervisar el trabajo de varias máquinas CNC. Lo que se ahorra en mano de obra se puede pasar a los clientes y esto da una ventaja competitiva.
Uniformidad: Cuando eliges las ventajas de las máquinas CNC sobre las máquinas convencionales (manuales), sus salidas CNC coinciden exactamente.
Amplia variedad de corte: Un Router CNC tiene la posibilidad desde una gran variedad de maderas, plástico, acrílico, mdf, PVC entre otros materiales como por ejemplo metales no ferrosos (aluminio, cobre, latón, oro, plata) esto gracias a la integración de un nebulizador el cual funciona como un inyector de refrigerante.
Alta tecnología: Impulsados por software CAD como Enroute para máquinas con multifunciones, el mecanizado de materiales muy difíciles y precisos se ha convertido en algo mucho más fácil que cualquier proceso de corte manual disponible. La precisión ofrecida por los Router CNC no puede ser igualada, lo que hace que estas máquinas sean la opción óptima para muchas operaciones de fabricación.
Precisión: Las piezas a cortar siempre quedarán exactamente iguales, logrando un ensamble perfecto y el trabajo en serie. Este tipo de tecnología permite una mejora sin igual en el acabado, además de aprovechar mejor el material ya que hay menos merma y desperdicio.
Reduce los costos de producción: Al agilizar los procesos existe un ahorro en materiales y tiempo, lo que incrementa considerablemente la productividad.

Las Router CNC son soluciones de corte automatizadas destinadas a aumentar la productividad de los procesos de fabricación y, al mismo tiempo, mejorar la calidad del producto. Además, son máquinas impresionantes que ayudan a reducir el trabajo, crear menos residuos y, en última instancia, mejorar la capacidad operativa y la eficiencia.

Material audiovisual de interés

CNC Basics - What You Need To Get Started

Reporte: Router CNC / Marina Cabezas, Martin Tomasello, Benjamín González