Fresado CNC
El fresado CNC es un proceso de mecanizado por arranque de viruta en el que una herramienta rotativa de varios filos elimina material de una pieza fija o posicionada por ejes controlados numéricamente. Permite generar superficies planas, cavidades, contornos y geometrías tridimensionales complejas con alta precisión.
Resumen
El fresado CNC es un proceso de mecanizado por arranque de viruta en el que el movimiento de corte lo aporta una herramienta rotativa multifilo (la fresa), mientras que los movimientos de avance los ejecutan los ejes de la máquina bajo control numérico. Frente al torneado, donde gira la pieza, en el fresado gira la herramienta, lo que permite mecanizar piezas prismáticas, cavidades, superficies regladas y formas escultóricas tridimensionales.
Las configuraciones habituales van desde los 3 ejes (X, Y, Z) hasta los 5 ejes en continuo, en los que dos ejes rotativos adicionales (giro de mesa y/o basculación de cabezal) orientan la herramienta respecto a la pieza. El fresado de 5 ejes reduce el número de atadas, permite mecanizar zonas inaccesibles con herramienta corta y rígida y es la base del mecanizado de álabes, impulsores, moldes y estructuras aeronáuticas.
La programación se realiza casi siempre mediante sistemas CAM (Siemens NX, Mastercam, hyperMILL, PowerMill), que generan las trayectorias a partir del modelo 3D y las traducen al control de la máquina a través de un postprocesador. El abanico de máquinas abarca desde centros de mecanizado verticales compactos hasta fresadoras de columna móvil con más de 10 m de curso para piezas de decenas de toneladas. El fresado CNC se complementa con el mandrinado para alojamientos de gran precisión, con el rectificado plano para acabados finos y con la electroerosión para cavidades de molde en materiales templados.
Fundamentos
En el fresado, cada filo de la fresa entra y sale del material en cada revolución: el corte es interrumpido, lo que genera espesores de viruta variables y cargas cíclicas sobre la herramienta y la máquina. De este principio derivan los dos modos básicos: fresado en concordancia (la viruta nace gruesa y sale fina, preferido en CNC por menor endurecimiento del material y mejor acabado) y fresado en oposición (la viruta nace fina, usado en máquinas con holguras o costras de fundición).
Las operaciones fundamentales son el planeado (superficies planas con platos de plaquitas), el escuadrado y contorneado (fresas de filo periférico), el ranurado, el vaciado de cavidades, el taladrado-fresado helicoidal y el fresado de forma en 3 o 5 ejes con fresas esféricas o tóricas. En el mecanizado de moldes y de geometrías complejas, la estrategia CAM (pasadas en Z constante, espirales, trocoidal, alta eficiencia) condiciona tanto la productividad como la vida de la herramienta.
La rigidez del conjunto y la longitud en voladizo de la herramienta determinan la aparición de vibraciones autoexcitadas (chatter), que degradan acabado y herramientas; los diagramas de lóbulos de estabilidad permiten elegir velocidades de giro estables. El fresado de alta velocidad (HSM) se basa en husillos de 12.000 a 40.000 rpm con pasadas finas y avances elevados, manteniendo baja la fuerza de corte: es la técnica de referencia en acabado de moldes templados y en aluminio aeronáutico, donde se llega a tasas de arranque muy altas con paredes delgadas. En 5 ejes continuos, el control debe interpolar la punta de herramienta (RTCP) para mantener la trayectoria programada mientras los ejes rotativos cambian la orientación.
Maquinaria y herramientas
La oferta de máquinas de fresado CNC se estructura por arquitectura y tamaño de pieza:
| Tipo de máquina | Configuración | Pieza típica |
|---|---|---|
| Centro de mecanizado vertical (VMC) | 3 ejes, husillo vertical | Placas, utillajes, piezas prismáticas medianas |
| Centro de mecanizado horizontal (HMC) | Husillo horizontal, mesa giratoria (4º eje), pallets | Carcasas, cárteres, series con varias caras |
| Centro de 5 ejes | Mesa basculante-giratoria o cabezal orientable | Álabes, impulsores, piezas aeronáuticas, moldes |
| Fresadora de pórtico (gantry) | Puente fijo o móvil sobre la mesa | Grandes placas, estructuras, moldes de gran tamaño |
| Fresadora de columna móvil (bed type) | La columna recorre una bancada larga; cabezales intercambiables | Piezas largas y pesadas: bancadas, bastidores, piezas de hasta decenas de toneladas |
Las fresadoras de columna móvil de gran capacidad —con cursos horizontales de 10 m o más y bancadas que admiten 80 t— son las protagonistas del mecanizado de grandes dimensiones en sectores como el eólico, la siderurgia o el naval. En el extremo opuesto, los centros de alta cinemática alcanzan aceleraciones elevadas, rapidos del orden de 17 m/s y husillos de 20.000 rpm para el fresado de alta velocidad.
Los elementos diferenciales de la máquina son el husillo (potencia, par, cono HSK o SK/BT), el almacén de herramientas (de 20 a varios cientos de posiciones), los sistemas de medición de pieza por palpador y de herramienta por láser, la refrigeración interna a alta presión y la compensación térmica volumétrica. Fabricantes representativos: DMG Mori, Mazak, Okuma, Hermle, GROB y, en el segmento de gran dimensión, los españoles Soraluce, Correa, Zayer y Juaristi.
Parámetros y tolerancias
Los parámetros básicos del fresado son la velocidad de corte (vc, m/min), el avance por diente (fz, mm/diente), la profundidad axial (ap) y el ancho radial de pasada (ae). El avance de mesa resulta de vf = fz × z × n, donde z es el número de dientes y n las rpm.
| Material | vc con metal duro (m/min) | fz orientativo (mm/diente) |
|---|---|---|
| Acero al carbono (C45) | 150-300 | 0,08-0,25 |
| Acero templado 50-62 HRC | 80-150 | 0,03-0,1 |
| Inoxidable austenítico (316L) | 100-200 | 0,05-0,15 |
| Fundición gris (GG25) | 150-350 | 0,1-0,3 |
| Aluminio 7075 | 500-2.000 | 0,1-0,3 |
| Inconel 718 | 25-50 | 0,04-0,12 |
En desbaste se prioriza la tasa de arranque (Q = ap × ae × vf, en cm³/min); en acabado, la altura de cresta entre pasadas (scallop), que con fresa esférica depende del paso lateral y del radio de la herramienta. Las estrategias trocoidales y de alta eficiencia (HEM) mantienen constante el ángulo de contacto para multiplicar la vida de herramienta en materiales difíciles como el Inconel 718 o el titanio Gr5.
En resultados, el fresado CNC mantiene de forma estable tolerancias IT7-IT9 (±0,02 a ±0,05 mm en cotas medias); en máquinas de precisión con compensación térmica se alcanzan IT6 y posicionados de pocas micras. La rugosidad habitual de acabado es Ra 0,8-3,2 µm, y con fresado de alta velocidad y pasadas finas se obtienen Ra 0,4 µm e incluso acabados espejo en moldes que minimizan el pulido manual posterior. Las tolerancias geométricas (planitud, perpendicularidad según ISO 1101) dependen tanto de la máquina como de la estabilidad del amarre y de las tensiones residuales del material.
Aplicaciones
El fresado CNC abarca desde la pieza unitaria de utillaje hasta la gran serie de automoción:
- Aeronáutica: costillas, largueros y encimeras estructurales en aluminio 7075 con vaciados de hasta el 90 % del material de partida (relación buy-to-fly), y componentes de motor en titanio e Inconel 718 bajo EN 9100. El 5 ejes y el HSM son aquí tecnologías de base.
- Moldes y matrices: cavidades y punzones en aceros templados (1.2344/H13, 50-54 HRC) mediante fresado duro de alta velocidad, complementado con electroerosión de penetración en nervios profundos y con electropulido o pulido manual para el acabado final.
- Bienes de equipo y grandes dimensiones: bastidores, bancadas de máquina-herramienta, carcasas de multiplicadora eólica, bogies y estructuras navales, mecanizados en fresadoras de columna móvil y pórticos con cabezales intercambiables de ángulo variable.
- Energía: álabes de turbina, impulsores cerrados y componentes de válvulas en superaleaciones, donde el 5 ejes en continuo es imprescindible.
- Automoción: culatas, bloques y cárteres en líneas de centros horizontales con pallets.
- Medical y precisión: implantes y componentes de inoxidable 316L y titanio en micro-fresado.
Es habitual que el fresado se combine en la misma pieza con mandrinado de alojamientos de rodamiento, taladrado profundo y, tras tratamiento térmico, con rectificado plano de superficies de referencia.
Ventajas y limitaciones
Ventajas
- Versatilidad geométrica: es el proceso de arranque de viruta más flexible; con 5 ejes se mecanizan geometrías escultóricas, contrasalidas y piezas multifacéticas en pocas atadas.
- Precisión y repetibilidad: IT6-IT8 alcanzables, con medición en máquina y compensación térmica.
- Productividad escalable: desde el prototipo unitario hasta líneas con cambio automático de pallets y células robotizadas.
- Amplitud de materiales: de plásticos técnicos y aluminio a aceros templados de 62 HRC y superaleaciones, cambiando herramienta y parámetros.
- Reducción de atadas con 5 ejes: menos amarres significa menos error acumulado y menos utillaje.
Limitaciones
- Coste horario y de inversión: máquinas de 5 ejes y gran formato suponen inversiones elevadas que exigen alta ocupación.
- Acabados y tolerancias extremos: por debajo de Ra 0,4 µm o IT5 se requiere rectificado, lapeado o electropulido.
- Esquinas interiores: el radio de la fresa impone radios mínimos en esquinas verticales; los rincones vivos exigen electroerosión o brochado.
- Accesibilidad: cavidades profundas y esbeltas obligan a herramientas largas con riesgo de vibración, o a procesos alternativos (EDM).
- Dependencia del CAM y del postprocesador: un 5 ejes mal postprocesado puede colisionar; la simulación y verificación de trayectorias es parte ineludible del proceso.
- Tensiones residuales: en piezas con gran vaciado (aeronáutica) la liberación de tensiones del material puede deformar la pieza y exige secuencias de mecanizado simétricas y estabilizados intermedios.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre fresado de 3, 4 y 5 ejes?
En 3 ejes la herramienta se mueve en X, Y y Z con orientación fija vertical. El 4º eje añade un giro (habitualmente de mesa) que permite mecanizar varias caras o piezas cilíndricas. El 5 ejes suma dos rotaciones, de modo que la herramienta puede orientarse libremente respecto a la pieza: se alcanzan zonas inaccesibles, se usan herramientas más cortas y rígidas y se reducen las atadas.
¿Qué precisión se consigue con fresado CNC?
Un centro de mecanizado convencional mantiene tolerancias IT7-IT9 (±0,02 a ±0,05 mm); las máquinas de precisión con compensación térmica y medición en máquina alcanzan IT6 y posicionados de pocas micras. Para tolerancias de micras en planitud o paralelismo, lo habitual es terminar las superficies funcionales por rectificado plano tras el fresado.
¿Qué es el fresado de alta velocidad (HSM)?
Es una técnica que combina husillos de 12.000-40.000 rpm con pasadas poco profundas y avances elevados, manteniendo bajas las fuerzas de corte. Permite fresar aceros templados de molde (50-62 HRC) con acabados próximos al pulido, mecanizar paredes delgadas en aluminio aeronáutico sin deformarlas y reducir drásticamente el pulido manual en moldes y matrices.
¿Cuándo se elige fresado y cuándo electroerosión para una cavidad?
Si la cavidad es accesible con herramienta razonablemente corta, el fresado duro de alta velocidad suele ser más rápido y barato, incluso en acero templado. La electroerosión de penetración se reserva para nervios profundos y estrechos, esquinas interiores casi vivas, grabados finos o zonas donde la relación longitud/diámetro de la fresa haría inviable el corte por vibraciones.
¿Qué tamaño máximo de pieza se puede fresar?
Las fresadoras de columna móvil y los pórticos de gran formato mecanizan piezas de más de 10 m de longitud y hasta 80 t o más, habituales en eólica, siderurgia y naval. En España existen talleres con cursos horizontales superiores a 10 m y capacidad de bancada para esas cargas; el límite práctico lo marcan el transporte de la pieza y la capacidad de las grúas del taller.