La raó per la qual els centres de mecanitzat poden emprendre el mecanitzat eficient i precís de peces complexes en la fabricació moderna rau en la seva estructura interna altament integrada i modular. L'estructura general consisteix en el cos de la màquina-eina, el sistema CNC, la unitat d'accionament i transmissió, el canviador automàtic d'eines, els sistemes auxiliars i els dispositius de detecció i retroalimentació. Aquestes peces treballen juntes per aconseguir un mecanitzat automatitzat d'alta-velocitat, alta-precisió i multi-procés.
El cos de la màquina-eina és el marc bàsic que suporta i posiciona el procés de mecanitzat. Normalment consisteix en un conjunt de llit, columna, tobogan, taula de treball i carril guia d'alta-rigidesa. El llit està fet principalment de ferro colat d'alta-qualitat o d'acer soldat, i se sotmet a un tractament d'envelliment per eliminar l'estrès intern, garantint l'estabilitat dimensional durant un ús-a llarg termini. La columna i el tobogan formen un sistema de suport vertical i horitzontal, mentre que els rails de guia utilitzen tipus rodant o lliscant, complementats amb estructures de pre-tensió i lubricació per garantir una baixa fricció i una gran rigidesa de les peces mòbils. La taula de treball es pot dividir en safates fixes i intercanviables, depenent de la forma estructural, per satisfer les necessitats de mecanitzat continu de múltiples peces. Els dissenys de CNC habituals inclouen tipus vertical, horitzontal i pòrtic. Els dissenys verticals són compactes i adequats per a mecanitzar peces de mida petita i mitjana-, els dissenys horitzontals faciliten el mecanitzat de múltiples-faces i els dissenys de pòrtic, amb la seva gran carrera i gran rigidesa, són adequats per a components grans.
El sistema CNC és el centre de comandament del centre de mecanitzat, format per maquinari i programari del controlador. Interpreta les instruccions del programa de mecanitzat i genera trajectòries de moviment per a cada eix de coordenades i ordres de control de velocitat del cargol. Els sistemes CNC moderns solen incloure enllaços multi-eixos, interpolació d'alta-velocitat, control-per endavant i capacitats de simulació gràfica, que els permeten gestionar les demandes computacionals-en temps real per a superfícies complexes i mecanitzat d'alta-velocitat. La seva integració amb la interfície humà-màquina (HMI) permet als operadors editar fàcilment programes, establir paràmetres i controlar l'estat.
La unitat d'accionament i transmissió inclou servoaccionaments i mecanismes de transmissió d'alimentació. El servoaccionament rep ordres del sistema CNC i, mitjançant el control-de llaç tancat de llaços de corrent, velocitat i posició, acciona el servomotor per aconseguir un desplaçament i una resposta de velocitat d'alta-precisió. Els accionaments d'alimentació solen presentar-se en dues formes: parells de cargols de boles i motors lineals. Els cargols de boles converteixen el moviment rotatiu en moviment lineal i són coneguts per la seva fiabilitat i maduresa. Els motors lineals eliminen els enllaços de transmissió intermedis, proporcionant una major velocitat i un rendiment d'acceleració, el que els fa adequats per a mecanitzats d'alta-velocitat. La unitat d'accionament del cargol controla el motor principal per aconseguir una regulació continua de la velocitat i una potència de sortida constant, satisfent les necessitats de diferents materials i condicions de tall.
El canviador automàtic d'eines (ATC) és un component clau en els centres de mecanitzat per aconseguir la concentració del procés. Consisteix en un magatzem d'eines i un mecanisme de canvi d'eines. Els magatzems d'eines es poden classificar per capacitat i forma, incloent-hi el tipus de barret, el tipus de disc, el tipus de cadena i el tipus de matriu, amb capacitats que van des d'una dotzena fins a centenars d'eines. El mecanisme de canvi d'eines, accionat per un braç o una lleva robòtica, intercanvia eines de manera ràpida i precisa entre l'eix i el magatzem d'eines d'acord amb les instruccions programades durant el mecanitzat, reduint significativament el temps de no-tall i millorant la utilització de l'equip. El disseny estandarditzat del suport d'eines i la barra de tirada garanteix la fiabilitat i la compatibilitat del canvi d'eines.
Els sistemes auxiliars engloben subsistemes com ara la refrigeració i la lubricació, l'eliminació d'encenalls, la hidràulica i la pneumàtica. El sistema de refrigeració i lubricació redueix la temperatura de l'eina i la peça mitjançant el fluid de tall o la micro-lubricació, elimina les estelles i millora la qualitat de la superfície. El dispositiu d'eliminació d'encenalls transporta ràpidament els encenalls generats durant el mecanitzat a la zona de recollida, mantenint neta la zona de mecanitzat i evitant rascades secundàries. Els sistemes hidràulics i pneumàtics proporcionen suport elèctric per al dispositiu de subjecció, el canviador d'eines i les portes de protecció, assegurant un funcionament ràpid i precís.
Els dispositius de detecció i retroalimentació inclouen elements de detecció de posició i sensors de control d'estat. Els dispositius de detecció de posició d'alta-precisió, com ara escales lineals, codificadors i transformadors rotatius, formen un sistema de retroalimentació de bucle-totalment tancat o semi-tancat-, que garanteix la precisió de posicionament i la repetibilitat dels eixos de coordenades. Els sensors de temperatura, els sensors de vibració i els dispositius de detecció de càrrega poden controlar l'estat de funcionament del cargol i el sistema d'alimentació en temps real, proporcionant una base per al manteniment preventiu i el diagnòstic intel·ligent.
En resum, el disseny estructural del centre de mecanitzat té com a objectiu una gran rigidesa, alta precisió i alta automatització. Els diferents mòduls funcionals formen un tot orgànic en termes de capacitat de càrrega mecànica-, control de moviment, gestió d'eines i garantia del procés. Aquesta estructura integrada no només admet la realització de processos complexos en una única configuració, sinó que també proporciona una base física i tècnica sòlida per a un mecanitzat intel·ligent d'alta-velocitat, alta-precisió i fet que fa dels centres de mecanitzat un equip bàsic indispensable en la fabricació moderna.