Torno y fresadora CNC: cómo funciona el control numérico

Qué es el CNC (control numérico computarizado)

CNC son las siglas de Control Numérico Computarizado (en inglés, Computer Numerical Control). Es un sistema en el que un ordenador integrado en la máquina lee un programa y lo traduce en movimientos precisos de los ejes y de la herramienta. En lugar de que un operario accione manualmente los volantes y avances, el control interpreta instrucciones numéricas y coordina motores, husillos y sistemas de medición para reproducir la pieza descrita en el plano.

El CNC es la evolución del control numérico (NC) que apareció a mediados del siglo XX, cuando el ordenador se incorporó a la propia máquina. Hoy la mayoría de tornos y fresadoras profesionales son de control numérico, aunque las máquinas convencionales (manuales) siguen usándose para piezas unitarias, reparaciones y formación.

En qué se diferencia del mecanizado convencional

En una máquina convencional, el mecanizador controla directamente los movimientos girando manivelas y vigilando las cotas con el calibre o el micrómetro. La precisión y la repetibilidad dependen en gran medida de su pericia. En una máquina CNC, esos movimientos los ejecuta el control siguiendo el programa, lo que aporta tres ventajas claras:

• Repetibilidad: la segunda pieza sale igual que la primera, y la número mil también.
• Geometrías complejas: interpolaciones, curvas y superficies difíciles o imposibles de hacer a mano.
• Productividad y trazabilidad: ciclos automáticos, cambio de herramienta programado y parámetros documentados.

A cambio, el CNC exige preparación previa: programar, simular, poner a punto (el setup) y verificar la primera pieza antes de lanzar la serie.

El torno CNC frente a la fresadora CNC

Aunque ambos son máquinas de arranque de viruta, se diferencian en qué gira y en qué tipo de pieza producen.

El torno CNC

En el torno, la pieza gira sujeta en el plato (o entre puntos) y la herramienta de corte, fija en la torreta, avanza contra ella. Así se generan formas de revolución: ejes, casquillos, roscas, conos y ranuras cilíndricas. Un torno CNC básico trabaja con dos ejes principales:

• Eje Z: desplazamiento longitudinal, paralelo al eje de giro de la pieza.
• Eje X: desplazamiento transversal, que define el diámetro.

Los tornos más avanzados añaden herramientas motorizadas y un eje C para operaciones de fresado sobre la pieza torneada (los llamados centros de torneado).

La fresadora CNC

En la fresadora, ocurre lo contrario: la herramienta gira en el husillo y la pieza permanece sujeta en la mesa mientras los ejes la desplazan bajo la fresa. Sirve para mecanizar superficies planas, cajeras, ranuras, taladros y contornos. Una fresadora CNC típica trabaja con tres ejes lineales:

• Eje X: movimiento longitudinal de la mesa.
• Eje Y: movimiento transversal.
• Eje Z: movimiento vertical del husillo (profundidad).

Los centros de mecanizado de 4 y 5 ejes añaden ejes rotativos que permiten orientar la pieza o la herramienta para mecanizar geometrías complejas en una sola sujeción.

Nociones de código G y código M

El programa que ejecuta un CNC se escribe en un lenguaje conocido popularmente como código G. Se organiza en líneas (bloques), cada una con instrucciones. Las funciones G (preparatorias) definen movimientos y modos de trabajo; las funciones M (auxiliares o miscelánea) controlan acciones de la máquina como arrancar el husillo, activar el refrigerante o terminar el programa. Existe una base estandarizada (recogida históricamente en normas como ISO 6983), pero cada fabricante de control introduce variantes, así que conviene consultar siempre el manual de la máquina.

Sistema de coordenadas y cero pieza

El CNC se orienta mediante un sistema de coordenadas. Hay un cero máquina, fijo, definido por el fabricante, y un cero pieza (origen de trabajo), que el operario establece sobre la propia pieza. Todas las coordenadas del programa se refieren a ese cero pieza, de modo que el programador puede pensar en la geometría del plano y no en la posición física de la máquina. Los movimientos pueden programarse en modo absoluto (todas las cotas respecto al origen) o incremental (respecto al punto anterior).

Algunos códigos G básicos

• G00 — posicionamiento rápido: la herramienta se desplaza a la máxima velocidad de traslado, sin cortar. Se usa para acercar y alejar.
• G01 — interpolación lineal: movimiento en línea recta a la velocidad de avance programada; es el corte recto.
• G02 — interpolación circular en sentido horario.
• G03 — interpolación circular en sentido antihorario.

Junto a ellos se usan direcciones como F (avance), S (velocidad del husillo) y T (herramienta), y funciones M frecuentes como M03/M04 (giro del husillo), M08 (refrigerante) y M30 (fin de programa).

%                       (inicio de programa)
G21                     (unidades en milímetros)
G90                     (coordenadas absolutas: respecto al cero pieza)
G17                     (plano de trabajo XY)
T01 M06                 (selecciona y cambia a la herramienta 1)
S1200 M03               (husillo a 1200 rpm, giro horario)
G00 X0 Y0               (rápido al origen, sin cortar)
G00 Z5                  (altura de seguridad, 5 mm sobre la pieza)
G01 Z-2 F100            (baja a -2 mm de profundidad, avance 100 mm/min)
G01 X40 F250            (corte recto hasta X40, avance 250 mm/min)
G00 Z5                  (retira a altura de seguridad)
M05                     (para el husillo)
M30                     (fin del programa)

Herramientas de corte y parámetros

El resultado de un mecanizado depende tanto del programa como de la herramienta y de los parámetros de corte elegidos. Las herramientas (plaquitas de metal duro, brocas, fresas, machos) se seleccionan según el material a mecanizar y la operación. Sobre ellas, tres parámetros son fundamentales:

• Velocidad de corte (Vc): la velocidad a la que el filo pasa por el material, habitualmente en metros por minuto (m/min). Depende del material de la pieza y de la herramienta; a partir de ella se calculan las revoluciones del husillo.
• Avance: cuánto progresa la herramienta por cada vuelta o por diente. En torno suele expresarse en mm/vuelta y en fresado en mm/diente o mm/min. Influye en el acabado y en la carga sobre el filo.
• Profundidad de corte: cuánto material se retira en cada pasada. Se suele desbastar con pasadas más profundas y acabar con pasadas finas para lograr la cota y el acabado finales.

Los valores concretos los facilitan los fabricantes de herramienta en sus tablas y catálogos, y se ajustan en máquina observando la viruta, el ruido, las vibraciones y el acabado. No hay un número universal: dependen del material, la herramienta y la rigidez del conjunto.

Tolerancias y precisión

Ninguna pieza sale con una cota perfecta: siempre hay una tolerancia, el margen admisible entre un valor máximo y uno mínimo. En mecanizado se trabaja con magnitudes muy pequeñas, del orden de centésimas de milímetro (0,01 mm) y, en trabajos de precisión, de micras (0,001 mm). Para clasificar la precisión dimensional se usan las clases de calidad ISO, designadas como IT (por ejemplo IT6, IT7, IT10): a menor número, mayor precisión.

Para verificar las cotas se emplean instrumentos de metrología: calibre pie de rey, micrómetro, comparador, galgas y, en control de calidad, máquinas de medición por coordenadas (MMC). Medir bien es tan importante como mecanizar bien: una cota fuera de tolerancia convierte una buena pieza en chatarra.

Buenas prácticas y seguridad en el taller

El CNC automatiza el movimiento, pero el taller sigue siendo un entorno con riesgos: piezas y herramientas girando a alta velocidad, viruta caliente y cortante, taladrina y aristas vivas. Algunas prácticas básicas ampliamente recomendadas:

• Equipo de protección: gafas de seguridad siempre; calzado de seguridad; protección auditiva si el nivel de ruido lo requiere.
• Nada suelto que pueda engancharse: sin guantes en máquinas con elementos giratorios, sin ropa holgada, mangas o cadenas, y el pelo largo recogido.
• Amarre firme: comprobar la sujeción de la pieza y de la herramienta antes de arrancar; retirar las llaves del plato.
• Simular y verificar: comprobar el programa en vacío o en simulación, arrancar con avances y velocidades reducidos y medir la primera pieza antes de la serie.
• Puertas y resguardos cerrados durante el mecanizado, y conocer dónde está la parada de emergencia.
• Nunca retirar la viruta con la mano ni con la máquina en marcha: usar gancho o cepillo con la máquina detenida.
• Orden y limpieza: mantener despejada la zona de trabajo y respetar las instrucciones del fabricante y las normas del centro.

Estas recomendaciones son generales; cada empresa debe seguir su propia evaluación de riesgos y las instrucciones específicas de cada máquina.