JS Precision

El núcleo de un prototipo de dron refinado es un disco central de aleación de aluminio de alta precisión, envuelto por un soporte de fibra de carbono esculpido y alojado en un conector de latón con rosca de precisión.

En un ciclo de desarrollo tradicional, esto requeriría tres o cuatro proveedores y semanas de plazos de entrega. Pero con la magistral aplicación del dúo dinámico del fresado y el torneado CNC, todo esto puede lograrse en apenas unos días, desde un modelo informático hasta un prototipo funcional, portátil y listo para probar.

Este tutorial analizará cómo este par es la pieza clave para la creación rápida de prototipos CNC, al tiempo que proporcionará una explicación detallada de las ventajas de la creación de prototipos CNC para ayudarle a comprender cómo acortan los ciclos de desarrollo, reducen los costes y crean prototipos que se acercan al producto final.

Resumen de respuestas clave

¿Por qué es confiable? La experiencia de iteración rápida de JS Precision

¿Por qué debería creer en esta guía de fresado y torneado CNC? Porque se basa en más de 15 años de experiencia real de JS Precision con iteración rápida.

En el sector aeroespacial, ayudamos a nuestros clientes a fabricar piezas de drones de aleación de aluminio y titanio con un 30 % menos de tiempo de procesamiento por pieza. En el sector de dispositivos médicos, utilizamos torneado CNC para producir piezas roscadas de alta precisión. Realizamos más de 500 proyectos de prototipado rápido al año, lo que permite a nuestros clientes reducir sus ciclos de desarrollo de productos en más de un 40 % de media.

También hemos gestionado numerosos pedidos urgentes de "10 prototipos complejos en 2 semanas", y a través de cada proyecto hemos aprendido el arte de la mejora de procesos y la gestión de costes.

Este libro es la culminación de una experiencia real, desde la verificación técnica hasta el control de costes, todo ello comprobado mediante proyectos reales, lo que puede ayudarle a comprender mejor las ventajas de la creación de prototipos CNC y proporcionarle referencias fiables para sus necesidades de creación rápida de prototipos.

Si necesita servicios profesionales de torneado y fresado CNC para impulsar su proyecto, JS Precision ofrece un servicio integral, desde la optimización del diseño hasta la entrega de la producción. Una vez que realice su pedido, nuestros ingenieros le responderán con rapidez y elaborarán un plan de mecanizado personalizado.

Fresado y torneado CNC: La función central en la creación rápida de prototipos

Una vez establecida la fiabilidad de esta guía, definamos primero el papel básico del fresado y torneado CNC en la creación rápida de prototipos.

• El fresado CNC utiliza el movimiento de herramientas multieje para eliminar material y esculpir perfiles complejos a partir de material sólido. Este proceso se emplea con frecuencia en los elementos estructurales aerodinámicos de los fuselajes de drones.
• El torneado CNC , sin embargo, no hace girar barras de material, lo que permite a la herramienta «esculpir» piezas redondas simétricas. Componentes como soportes de rodamientos y ejes emplean este método para lograr precisión.

Ambos métodos se emplean ampliamente en la creación rápida de prototipos porque pueden traducir fácilmente modelos 3D en prototipos del mundo real en poco tiempo y son fáciles de adaptar para que puedan utilizarse con una amplia gama de materiales, lo que facilita el mecanizado desde aleaciones de aluminio hasta acero inoxidable .

Para contrastar simplemente ambos, a continuación se presenta una tabla comparativa:

Revelando la diferencia: Una comparación fundamental entre el torneado y el fresado CNC para la creación rápida de prototipos

Una vez comprendidos los fundamentos del fresado y torneado CNC, ahora vamos a analizar sus diferencias básicas para ayudarle a elegir la tecnología adecuada para su proyecto.

El secreto del fresado CNC reside en el "movimiento multieje". Los centros de mecanizado de 3 y 5 ejes , por ejemplo, permiten que la herramienta entre en contacto con el material desde múltiples direcciones, lo que posibilita la creación de piezas asimétricas con ranuras, chaveteros y superficies curvas compuestas, como "tallar" la forma precisa del fuselaje de un dron en un lingote de aluminio.

La naturaleza del torneado CNC es la "rotación del material". La barra gira a alta velocidad sobre el husillo mientras la herramienta corta siguiendo una trayectoria predeterminada. El torneado CNC ofrece un rendimiento especialmente bueno en el mecanizado de piezas simétricas, como las de forma cilíndrica y cónica. Por ejemplo, el diámetro interior cilíndrico de un soporte de rodamiento se puede tornear mediante CNC para lograr una mayor redondez.

Sin embargo, los modernos centros de mecanizado multitarea —torneados y fresadoras CNC— han superado la limitación de elegir una sola tecnología. Integran las capacidades de fresado y torneado CNC en una sola máquina para el mecanizado completo de piezas, desde formas redondas simétricas hasta estructuras intrincadas con formas personalizadas, en una sola configuración.

Por ejemplo, en el mecanizado de piezas de ejes con chaveteros, no es necesario fabricar primero el cuerpo del eje en un torno CNC y luego transferirlo a una fresadora CNC para fabricar el chavetero. Todo esto es posible en una sola operación en la máquina combinada, con un tiempo de preparación reducido y la eliminación de los errores de precisión asociados a las preparaciones secundarias.

Figura 1: Esto demuestra la creación rápida de prototipos de alta precisión lograda a través de procesos de fresado y torneado CNC fabricados por JS Precision.

Sinergia: Cuatro escenarios típicos revelan cuándo combinar las tecnologías de fresado y torneado

Dado que el fresado y el torneado CNC son beneficiosos cuando se utilizan por separado, y que también existen máquinas combinadas que pueden realizar ambas tareas, ¿en qué circunstancias específicas se justifica la combinación de estas dos tecnologías? Las siguientes cuatro situaciones habituales pueden servir como referencias claras:

1. Piezas con características no redondeadas en los ejes:

La mayoría de estas piezas son simétricas y requieren torneado CNC para lograr redondez y concentricidad. Las características no redondeadas, como las ranuras para chavetas y las partes planas en los laterales del eje, no se pueden obtener mediante torneado y deben mecanizarse mediante fresado CNC. Los ejes de salida de los motores suelen tener este diseño.

2. Carcasas con orificios roscados de precisión:

Las carcasas suelen tener formas irregulares y deben mecanizarse mediante CNC para crear el contorno general y la cavidad de montaje. Los orificios roscados de precisión de las carcasas se pueden roscar utilizando la función de roscado de un centro de torneado CNC, lo que proporciona una mayor precisión de roscado que el fresado convencional y evita el atasco de los tornillos durante el montaje posterior.

3. Elementos rotatorios asimétricos:

El contorno principal del elemento presenta simetría rotacional; por ejemplo, un rodillo con una ranura excéntrica. El cuerpo cilíndrico del rodillo gira inicialmente en un torno CNC. La ranura asimétrica solo puede mecanizarse mediante fresado CNC multieje para garantizar su correcta posición.

4. Piezas que requieren una configuración de fijación única con alta precisión:

Cuando se exige una precisión extremadamente alta a las piezas, por ejemplo, con tolerancias de ±0,025 mm, es probable que la sujeción secundaria introduzca errores. En estos casos, todo el torneado y fresado se realiza en una sola configuración utilizando una máquina CNC de fresado y torneado, lo que garantiza la máxima precisión. Esto resulta especialmente útil en conectores de precisión para la industria aeroespacial.

En estas situaciones, es imposible que una sola tecnología cumpla con todos los requisitos de las piezas. La combinación de fresado y torneado es la única manera de producir prototipos rápidos y competentes con rapidez.

JS Precision cuenta con amplia experiencia en el mecanizado combinado de fresado y torneado . En función de las características de su pieza, podemos determinar si se requieren ambas tecnologías y elaborar un plan de proceso optimizado para garantizar prototipos rápidos que cumplan con los requisitos de precisión y reduzcan los plazos de entrega.

Límites de precisión: Las máquinas de torneado y fresado CNC permiten la creación de prototipos a nivel de micras.

En la creación rápida de prototipos, la precisión suele ser determinante para que un prototipo cumpla con los requisitos de prueba y ensamblaje. La alta precisión que ofrecen las máquinas de torneado y fresado CNC es una de las principales razones por las que las empresas optan por esta tecnología.

Las máquinas de torneado y fresado CNC de alta calidad suelen ofrecer una precisión de mecanizado de ±0,025 mm, mientras que algunos equipos de gama alta incluso poseen una capacidad superior a ±0,01 mm.

Este grado de precisión es suficiente para cumplir con la mayoría de los requisitos de prototipos aeroespaciales, médicos y automotrices. Por ejemplo, los soportes de rodamientos para drones requieren una redondez precisa para evitar el agarrotamiento de los rodamientos, lo cual se puede lograr fácilmente mediante torneado CNC.

No obstante, la precisión del mecanizado CNC depende de numerosos factores. A continuación, se presenta una lista de los principales factores que influyen y sus correspondientes mecanismos de control:

Además de los factores típicos mencionados anteriormente, la "compensación de precisión dinámica" es una tecnología avanzada aún menos conocida que puede detectar automáticamente en tiempo real errores de mecanizado, como la desviación de tamaño debido al desgaste de la herramienta, y ajustar los parámetros de mecanizado en consecuencia para mejorar aún más la precisión y la estabilidad.

Si necesita mecanizar prototipos con una precisión micrométrica, los tornos y fresadoras CNC de JS Precision, con tecnología de compensación dinámica de precisión, pueden satisfacer sus exigentes requisitos. Controlamos cada detalle de precisión, desde el proceso hasta el equipo, de principio a fin.

Figura 2: Comparación entre torno CNC y fresadora.

Acelerando la innovación: Cómo la creación rápida de prototipos CNC acorta los ciclos de desarrollo de productos

Uno de los requisitos básicos de la creación rápida de prototipos es la "rapidez". La creación rápida de prototipos mediante CNC permite a las empresas acelerar la innovación y reducir los plazos de desarrollo de productos de varias maneras distintas.

En primer lugar, la tecnología CNC permite una iteración rápida. Si se requiere rediseñar las pruebas de prototipos, basta con cambiar los parámetros de programación CNC sin necesidad de rehacer el molde. Por ejemplo, una empresa de repuestos para automóviles modificó las medidas de un prototipo y produjo uno nuevo mediante mecanizado CNC en tan solo tres días, en comparación con las más de dos semanas que requerían las técnicas tradicionales de fabricación de moldes.

En segundo lugar, el mecanizado CNC reduce el coste de los moldes. Los prototipos en series pequeñas (por ejemplo, de 10 a 50 unidades) suelen requerir moldes, cuyo coste asciende a miles o decenas de miles de dólares. El mecanizado CNC elimina la necesidad de moldes, reduciendo así estos costes.

Al mismo tiempo, el mecanizado CNC integra el diseño por computadora. Los modelos CAD 3D se pueden importar directamente al software de programación CNC, evitando los procesos de conversión intermedios y ahorrando tiempo.

Las estadísticas confirman que las empresas que utilizan la creación rápida de prototipos CNC han logrado una reducción media del ciclo de desarrollo de sus productos superior al 50% , llegando incluso al 70% en ciertos proyectos de emergencia.

Además, la creación de prototipos virtuales combinada con el mecanizado CNC se está convirtiendo en una tendencia cada vez más común. El software simula el mecanizado CNC antes de crear un prototipo físico para verificar la conformidad de la trayectoria de la herramienta y la geometría de la pieza. Esto reduce el número de pruebas de prototipos físicos y evita iteraciones que consumen mucho tiempo.

Por ejemplo, JS Precision trabajaba anteriormente para una empresa de electrónica y utilizaba la creación de prototipos virtuales para detectar a tiempo problemas de interferencia en el mecanizado de piezas, lo que les permitía crear un prototipo experto de una sola vez y entregarlo cinco días antes de lo previsto.

Para reducir el tiempo de desarrollo de productos con la ayuda de la creación rápida de prototipos CNC, JS Precision ofrece servicios de proceso completo, desde la creación de prototipos virtuales hasta el mecanizado real de la pieza, lo que le permite acelerar la transformación de su diseño en un prototipo y aprovechar las oportunidades del mercado.

Figura 3: Dibujos CAD de componentes de drones y piezas sólidas mecanizadas por CNC.

Experiencia en torneado: Tipos de piezas para prototipado rápido más ideales para el torneado CNC

En el fresado y torneado CNC combinados, el torneado CNC ofrece una experiencia invaluable, particularmente al cortar algunos componentes de prototipado rápido.

En primer lugar, los componentes de ejes, como los de motores y transmisiones, deben mantenerse con una redondez y concentricidad muy precisas. El torneado CNC, mediante la rotación de la barra alrededor de su eje central, proporciona dimensiones uniformes en todas las secciones transversales y un acabado superficial de alta calidad, generalmente de Ra 0,8 μm o inferior, lo que reduce la necesidad de rectificado secundario.

En segundo lugar, las piezas roscadas, como tornillos, tuercas y racores, requieren un paso y una profundidad de rosca precisos, sin el margen de error que supone el roscado manual. Esto las hace ideales para prototipos que deben ensamblarse y probarse con frecuencia.

Además, para piezas giratorias, como rodillos y manguitos de cojinetes, con diámetros exteriores o agujeros interiores simétricos rotacionalmente, el torneado CNC ofrece grandes velocidades de procesamiento y puede lograr consistencia dimensional por lote de prototipos.

Además de las aplicaciones comunes, el torneado asimétrico es una técnica menos frecuente pero muy útil en el torneado CNC. Se puede utilizar para tornear piezas rotatorias asimétricas, como discos con agujeros excéntricos. Al sujetar el material en un dispositivo especial, la máquina de torneado CNC puede mecanizar la excentricidad durante la rotación, satisfaciendo así las necesidades específicas de la creación de prototipos.

Por ejemplo, JS Precision mecanizó anteriormente un prototipo de rodillo con una ranura excéntrica para un fabricante de equipos de automatización. Gracias a la tecnología de torneado asimétrico, la operación se realizó en un solo paso, evitando el complejo paso de fresado posterior y reduciendo el tiempo de mecanizado en un 20 %.

Si necesita mecanizado CNC de prototipos , como ejes y piezas roscadas, las capacidades técnicas y el equipo de JS Precision pueden utilizar su experiencia técnica para brindarle servicios de mecanizado de alta precisión y alta eficiencia.

Estudio de caso: El proyecto de vehículos aéreos no tripulados de alto rendimiento

El siguiente ejemplo demuestra cómo se aplicaron el fresado y el torneado CNC en un proyecto de prototipado rápido y cómo JS Precision resolvió un desafío del cliente.

Necesidades del cliente

Una empresa de tecnología de drones para inspección industrial necesitaba desarrollar un prototipo de chasis intermedio para un dron de nueva generación. El prototipo requería dos especificaciones clave:

• El metal utilizado debía ser de alta resistencia y ligero, por lo que se optó por emplear la aleación de aluminio aeronáutico 7075 .
• La fabricación debía ajustarse al estricto cronograma de producir 10 juegos en dos semanas para las pruebas de campo.

Para complicar aún más la tarea, el componente también presentaba una estructura de soporte de carga avanzada y no estándar (para soportar las vibraciones de vuelo del dron) y seis soportes de cojinetes coaxiales (para evitar que los cojinetes se pegaran entre sí durante el montaje). Esta tarea era imposible con torneado CNC únicamente o fresado CNC únicamente.

La solución de JS Precision

1. Para la estructura de cojinetes de forma única del marco central, aplicamos tecnología de fresado CNC de 5 ejes.

Con esta tecnología, podemos fresar el material desde diferentes ángulos y mecanizar con precisión las complejas cavidades y estructuras de soporte del bastidor central. Además, optimizamos los parámetros de corte de la aleación de aluminio 7075 para garantizar la resistencia estructural sin deformar el material durante el mecanizado.

2. Para el asiento de montaje del rodamiento, lo transferimos a una máquina de torneado y fresado CNC para un mecanizado de precisión.

El soporte del rodamiento requiere un orificio interior de 10 mm de diámetro con una tolerancia de redondez de ±0,01 mm. El torneado ofrece una mayor garantía de esta precisión, y el mecanizado en una máquina multitarea elimina la sujeción secundaria, minimizando así los errores de sujeción.

3. Nuestro equipo de servicios de torneado y fresado CNC optimizó las trayectorias de las herramientas, combinando operaciones comunes de fresado y torneado. Además, aplicaron un diseño inteligente para ensamblar varias piezas en una sola lámina de aleación de aluminio 7075, minimizando el desperdicio de material. Finalmente, el tiempo de procesamiento por pieza se redujo un 30 %, de 4 horas a 2,8 horas.

Resultados

Finalmente, el cliente recibió los 10 prototipos en un plazo de 10 días, cuatro días antes de lo previsto. Las pruebas confirmaron que los prototipos cumplían con los niveles de resistencia a la carga de diseño (capaces de soportar una carga estática de 50 kg), la tolerancia de redondez de los seis soportes de los rodamientos dentro de ±0,008 mm y la rotación suave de los rodamientos durante el montaje sin tirones.

El cliente no solo logró realizar con éxito pruebas de campo con estos prototipos, sino que, debido a su calidad ya demostrada, se utilizaron directamente para la fabricación de lotes pequeños de prueba, acelerando tres semanas de pruebas de producto y ahorrando un tiempo valioso para el posterior lanzamiento al mercado.

Figura 4: Se fabricaron prototipos de marcos de drones de aleación de aluminio de alta resistencia utilizando procesos de fresado y torneado CNC.

Rentabilidad: Máximo ahorro mediante servicios de torneado y fresado CNC

Elegir el fresado y torneado CNC para la creación rápida de prototipos no solo garantiza velocidad y precisión, sino que también maximiza el ahorro al beneficiarse de servicios profesionales de torneado y fresado CNC . Por ello, las empresas priorizan esta tecnología. Cuatro aspectos son clave:

Diseño para la optimización (DFM)

Los ingenieros de JS Precision revisarán el diseño de su pieza antes del mecanizado y recomendarán optimizaciones para reducir el coste y la complejidad del mecanizado.

Por ejemplo, pueden convertir una ranura estrecha y profunda en una ancha y poco profunda para eliminar la necesidad de herramientas especiales, o dividir una cavidad interna compleja en dos más pequeñas y unirlas para minimizar el tiempo de mecanizado. Un cliente ha ahorrado un 15 % en costes de mecanizado de piezas gracias a nuestra optimización DFM.

Diseño inteligente y eficiencia de materiales

Antes del mecanizado, posicionamos las piezas de forma óptima sobre una lámina o barra, según su tamaño y calidad de material. En una lámina de aleación de aluminio de 1000 mm x 500 mm, la disposición permite acomodar dos o tres piezas adicionales, lo que reduce el desperdicio de material y aumenta su eficiencia en más de un 20 %, disminuyendo directamente el costo del material.

Efecto de lote

Incluso para lotes pequeños de prototipos (p. ej., de 10 a 30 unidades), una planificación eficaz del proceso también ahorra tiempo y costes de preparación. Por ejemplo, al procesar piezas similares en lote, el ajuste de herramientas y la programación pueden realizarse simultáneamente, evitando cambios repetidos de herramientas y ajustes de parámetros, y reduciendo los costes de procesamiento por pieza en aproximadamente un 10 % .

Evitar la operación secundaria

Los proveedores de servicios especializados pueden realizar todas las operaciones, como fresado, torneado de precisión de agujeros, roscado y rectificado, en una sola operación para evitar la búsqueda de otros proveedores para el procesamiento secundario y evitar gastos de transporte y comunicación secundarios.

Por ejemplo, un cliente de muestra inicialmente necesitaba buscar tres proveedores para fresado, torneado y roscado. Al visitarnos, pudo lograrlo de una sola vez, ahorrando un impresionante 25%.

La tabla que figura a continuación hace referencia a los efectos reales de diferentes técnicas de ahorro de costes:

Preguntas frecuentes

P1: ¿Es incapaz el mecanizado CNC de trabajar con cavidades internas complejas?

Las herramientas CNC requieren contacto con la superficie de la máquina para realizar el mecanizado, por lo que la impresión 3D podría ser una opción más adecuada para cavidades internas extremadamente complejas. Sin embargo, JS Precision supera estos desafíos mediante un diseño de proceso innovador, logrando un mecanizado de cavidades más complejo de lo previsto y cumpliendo con la mayoría de los requisitos de los prototipos.

P2: ¿Cómo se elige el material más adecuado para un prototipo mediante mecanizado CNC?

La selección del material depende de los requisitos de aplicación de su prototipo, considerando cuatro aspectos clave: la relación resistencia-peso, la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión y las propiedades térmicas y eléctricas. Los expertos de JS Precision le recomendarán los materiales adecuados según sus necesidades específicas.

P3: ¿Cuál es el tamaño mínimo de detalle que se puede lograr utilizando mecanizado CNC?

En el mecanizado CNC, el tamaño mínimo de detalle está controlado principalmente por la herramienta. El fresado CNC suele producir detalles de 0,1 mm, como ranuras o agujeros finos. Las ranuras finas y profundas son difíciles de mecanizar debido a la rigidez de la herramienta. Para obtener detalles más finos, se utilizan operaciones de micromecanizado. Los diseñadores deben tener en cuenta el diámetro mínimo de la herramienta para evitar fallos en el mecanizado.

P4: Solo tengo una idea o un boceto conceptual. ¿Puedo usar su servicio?

Por supuesto. Sin embargo, para garantizar la precisión del mecanizado, le recomendamos que nos proporcione un dibujo 2D completo o un modelo CAD 3D. Si solo tiene una idea o un modelo inicial, el equipo de diseño de JS Precision estará encantado de ayudarle a convertir su idea en documentos de diseño estandarizados . Le acompañaremos en cada paso del proceso de diseño para garantizar un mecanizado CNC impecable.

Resumen

El fresado y el torneado CNC son mucho más que técnicas de fabricación tradicionales; son herramientas formidables e indispensables en el sector de la creación rápida de prototipos CNC contemporánea.

Ofrecen la combinación ideal entre la absoluta libertad del diseño por ordenador y el rendimiento real de los materiales reales, proporcionando la vía más fiable y rápida desde la prueba de concepto hasta el lanzamiento al mercado.

Tanto si su producto requiere formas sofisticadas para torneado, como componentes rotados de precisión para fresado, o ambas cosas, nuestros servicios completos de torneado y fresado CNC están a su disposición.

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