cam uii 2015
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Procesos modernos de manufacturaTRANSCRIPT
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Unidad II PROCESOS MODERNOS DE MANUFACTURA
SISTEMAS DE CONTROL NUMRICO
A continuacin se revisarn los dispositivos capaces de controlar los movimientos de una
mquina herramienta para llevar a cabo el conjunto de instrucciones asociadas a un
programa CN, las herramientas de estas mquinas, las funciones programables con CN y los componentes de un sistema CN.
Un operador experto en MQUINAS HERRAMIENTAS DE CONTROL NUMRICO debe conocer
sus prestaciones y los lmites dentro de los que opera. No es suficiente con amarrar la pieza y
manipular el armario de control. Para obtener los resultados ptimos en programacin CN se debe de planificar toda la secuencia de operaciones anticipadamente.
Los sistemas de una mquina herramienta de control numrico, tal y como se vern, son:
ejes de desplazamiento
transmisiones
dispositivos para la medida de la posicin o desplazamientos.
husillo principal o cabezal.
sistemas para la sujecin de la pieza.
cambiadores de herramientas.
ejes de rotacin y desplazamiento complementarios.
La descripcin de los dispositivos se aplica al torno y a la fresadora, al ser estas dos mquinas las de mayor difusin en las empresas de mecanizado.
Torno y fresadora CN
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2.1 EJES PRINCIPALES
En la descripcin de las mquinas herramientas de control numrico se utiliza siempre el
concepto de "eje": direcciones de los desplazamientos principales de las partes mviles de la
mquina como la mesa portapiezas, cabezal, torreta.
Desplazamientos-eje de una fresadora
Consideraciones:
Las mquinas herramientas de control numrico estn provistas de un nmero de ejes
principales caracterstico que hace factibles los trabajos de mecanizado sobre la pieza. Estos ejes se designan convencionalmente como X, Y y Z.
Los tornos disponen de dos ejes principales, mientras que las fresadoras estn dotadas de
tres.
En los tornos los ejes X y Z se asocian al desplazamiento del carro principal sobre el que se
desliza ortogonalmente el portaherramientas (como por ejemplo un torreta o revolver).
Mediante la combinacin de ambos movimientos se pueden describir trayectorias oblicuas.
Ejes principales de un torno horizontal
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Las fresadoras disponen de tres ejes X, Y y Z. Dos de ellos se asocian al movimiento en un
plano horizontal de la mesa de trabajo, mientras que el tercero es el desplazamiento
vertical del cabezal de la mquina. Si la fresadora dispone de una mesa fija, es el cabezal el que ejecuta los tres desplazamientos.
En trabajos de mecanizado de formas complejas se requieren mquinas herramientas de control numrico dotadas de ms ejes de desplazamiento.
Ejes principales de una fresadora vertical torno
Informacin adicional:
La designacin y descripcin de los ejes de cada tipo de mquinas herramientas de control
numrico se encuentra normalizada.
La disposicin de los carros mviles en las MQUINAS HERRAMIENTAS DE CONTROL
NUMRICO puede ser muy sofisticada, dando origen a una gran variedad de diseos/modelos
tanto en fresadoras como tornos.
Los fabricantes de MQUINAS HERRAMIENTAS DE CONTROL NUMRICO determinan dichas
disposiciones en funcin de los requerimientos en cuanto a capacidad de carga y precisin de
posicionado. Esta disposicin viene condicionada por:
La forma de la trayectoria a recorrer.
Las propiedades de las superficies de contacto.
Las exigencias de apriete o sellado
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2.2 SISTEMAS DE TRANSMISIN
Los recorridos de la herramienta en el seno de la pieza se originan por la accin combinada
de los desplazamientos en cada uno de sus ejes principales.
Generacin de una trayectoria de herramienta
Consideraciones:
Los sistemas de transmisin producen traslaciones rectilneas en los ejes principales a
partir del giro bsico generado por el grupo del motor-reductor.
El corazn del movimiento de las mquinas herramientas de control numrico es la
transmisin por recirculacin de bolas. Consiste en un sinfn acanalado y un acoplamiento
al que se fija el conjunto mecnico a desplazar. Cuando el grupo del motor gira, su rotacin
se transmite al sinfn y el cuerpo del acoplamiento se traslada longitudinalmente a travs de este arrastrando consigo a la mesa de trabajo en el sentido oportuno.
Sistema de transmisin de la mesa de trabajo
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El accionamiento contiene un conjunto de bolas en recirculacin que garantizan la transmisin
de esfuerzos del sinfn a la mesa con unas prdidas por friccin mnimas. Las dos partes
de su cuerpo estn ajustadas con una precarga para reducir al mnimo el juego transversal entre ellas con lo que se mejora la exactitud y repetibilidad de los desplazamientos.
Para disminuir los daos del mecanismo de transmisin frente a colisiones transversales o
sobrecargas, el grupo motriz incorpora un embrague en su conexin con el sinfn. Este
dispositivo desacopla la transmisin cuando el conjunto de la mesa choca contra algn
obstculo.
Acoplamiento por accionamiento de bolas recirculantes
Informacin adicional:
Para generar los movimientos de cada eje se usan habitualmente motores elctricos de
corriente continua controlados mediante seales electrnicas de salida y entrada. Estos
actuadores pueden girar y acelerarse en ambos sentidos.
Los desplazamientos longitudinales de los ejes no deben ser afectados, en la medida de lo
posible, por los esfuerzos y acciones exteriores (por ejemplo las fuerzas de corte). Por esta
razn es esencial que los sistemas de transmisin y gua garanticen la rigidez mecnica.
Adicionalmente la transmisin debe producir movimientos suaves y estables y ser capaz de
reaccionar rpidamente en las aceleraciones y deceleraciones.
La sobrecarga de los motores puede presentarse por:
herramienta inadecuada
restricciones anmalas en el movimiento
fuerzas de inercia excesivas durante el frenado o aceleracin.
En las mquinas herramientas de control numrico ms simples con prestaciones basadas en
la precisin del mecanizado se utilizan los motores paso a paso como actuadores primarios.
Con motores de este tipo, el giro se subdivide en incrementos fijos que son controlados
mediante un nmero de pulsos dado. Sin embargo cuando se desean trabajos pesados de
mecanizado con pares resistentes elevados durante el frenado o aceleracin, su fiabilidad y
prestaciones disminuye. El uso de motores de este tipo est restringido a pares resistentes
bajos.
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2.3 MEDIDA DE LOS DESPLAZAMIENTOS
Las posiciones de los elementos mviles de las mquinas herramientas de control numrico se pueden medir mediante dos sistemas: directo e indirecto.
El sistema directo utiliza una escala de medida ubicada en la gua de la mesa de la
mquina. Las imprecisiones en el giro del sinfn o en su acoplamiento no afectan a este
mtodo de medida. Un resolver ptico determina la posicin por conteo directo en la rejilla o
regleta graduada y transforma esta informacin a seales elctricas para su proceso por la
UC.
Sistema directo para la medicin de una posicin
En el sistema indirecto la posicin de la mesa se calcula por la rotacin en el sinfn. Un
revolver registra el movimiento de un disco graduado solidario con el sinfn. La UC calcula la
posicin del mediante el nmero de pasos o pulsos generados durante el desplazamiento.
Sistema indirecto para la medicin de una posicin
Para conocer la posicin exacta de cualquier elemento mvil de una MQUINA
HERRAMIENTA DE CONTROL NUMRICO a lo largo de un eje de desplazamiento se emplean
un conjunto de dispositivos electrnicos y unos mtodos de clculo. Estos elementos constan,
bsicamente, de una escala graduada (similar a un escalmetro) y el resolver capaz de
"leer" dicha escala. Atendiendo a al mtodo de lectura y forma de la escala se distingue
entre:
medicin de posiciones absolutas.
medida de posiciones por incrementos
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La utilizacin del adjetivo "absoluto" para la medicin de los desplazamientos supone que las
posiciones estimadas son independientes del estado puntual de la mquina o de su control
al estar referidas a un punto invariante conocido como "origen absoluto" o "cero
mquina".
El trmino "incremental" (incremento = desplazamiento pequeo de longitud fija) se emplea
para designar los movimientos relativos a algn punto significativo distinto del origen
absoluto y que, adems, puede variar. Durante el movimiento la UC lleva a cabo un conteo del nmero de incrementos (divisiones) en las que la nueva posicin difiere de la anterior.
Consideraciones:
La medicin de posiciones absolutas emplea un sistema de escalas codificadas y ordenadas
por mltiplos similares a un escalmetro. Para conocer la posicin actual del desplazamiento
se hace siempre referencia al cero mquina (origen absoluto) que es un punto fsico, conocido e invariante de la mquina herramienta de control numrico.
Es imprescindible que la lectura pueda llevarse a cabo en todo el rango de desplazamiento
del eje en cuestin. A cada posicin definida dentro de ese rango la UC le asigna un valor
numrico.
La escala se codifica generalmente en sistema binario.
Medida de la posicin absoluta
La medicin de posiciones por incrementos emplea una escala con un sistema de divisin
simple. La rejilla esta dividida en sectores blanco/negro sobre los que pasa el resolver
durante el movimiento. Este cuenta el nmero de sectores blanco/negro obteniendo el valor
del desplazamiento por diferencia respecto a su posicin previa. Para garantizar que la
medida se realiza correctamente, inmediatamente despus de inicializarse la UC se debe de
medir la posicin inicial respecto al cero mquina. A esta posicin de inicio se le conoce como
"punto de referencia". Tan pronto como la mquina a asignado el punto de referencia el
resolver comienza a suministrar posiciones relativas al ltimo punto mediante lectura/conteo de la escala.
Medida de la posicin por incrementos o incremental
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2.4 EL HUSILLO PRINCIPAL
El husillo principal ejecuta:
el movimiento rotativo de la pieza en los tornos.
La rotacin de herramienta en las fresadoras y taladradoras.
El husillo puede accionarse por:
motores de corriente alterna de tres fases. motores corriente continua.
En el primer caso la regulacin de la velocidad de giro se lleva a cabo mediante un reductor
de engranajes. Dependiendo del diseo y complejidad de este reductor se consigue un rango ms o menos variado de velocidades de giro.
En la mayor parte de las mquinas herramientas de control numrico el elemento que acciona
el cabezal es un motor de corriente continua. Esto proporciona una variedad casi infinita de
velocidades de giro, las cuales se procesan mediante un tacmetro. Todo ello permite al
programador establecer la velocidad de giro de forma casi arbitraria, dentro del rango y
capacidad del motor. Los motores de corriente continua incorporan frecuentemente
reductores en la transmisin de dos o cuatro salidas para la obtencin de los pares ms favorables en las diferentes operaciones de mecanizado.
En los tornos el husillo se conecta directamente a un adaptador o nariz que lo hace solidario
con el plato de garras que sujeta la pieza de trabajo. En las fresadoras este adaptador
contiene el sistema de colocacin de las fresas o herramientas.
Atendiendo a las diferentes posibilidades de amarre y a las innumerables configuraciones de
herramientas existentes en el mercado, los adaptadores del husillo siguen unas pautas de diseo normalizadas que capaciten su conexin a mltiples dispositivos.
Husillo principal de un torno Cabezal de una fresadora
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Informacin adicional:
Las fresadoras universales as como las taladradoras y mandrinadoras disponen
frecuentemente de dos husillos principales en disposicin horizontal o vertical que pueden ser empleados de forma opcional y alternativa.
Disposicin del husillo vertical Disposicin del husillo horizontal
2.5 SISTEMAS DE SUJECIN
Existen diferentes mecanismos para amarrar o sujetar la pieza en los tornos CN:
Platos universales de dos, tres o cuatro garras autocentrables.
Platos frontales para la colocacin de sargentos para agarre de formas irregulares.
Mandriles autocentrables.
Pinzas para la sujecin de piezas cilndricas pequeas.
Puntos y contrapuntos con arrastre para piezas esbeltas.
Lunetas escamoteables para apoyo intermedio. Conos.
En fresado se emplean las siguientes formas de sujecin:
Sargentos y apoyos con formas escalonadas, ajustables en altura o bloques con varias
facetas de contacto, con pernos y resortes de apriete de montaje-desmontaje rpido.
Placas angulares de apoyo.
Palancas de apriete. Mordazas mecnicas autocentrables
Platos o mesas magnticas.
Mesas y dispositivos modulares de uso universal.
Apoyos de diseo especfico o especial.
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Consideraciones:
Los dispositivos de sujecin permiten asegurar la pieza a la mesa de trabajo (fresado) o al cabezal (torneado).
El nmero de funciones controlables que estn relacionadas con estos sistemas depende
de la forma de alimentacin de piezas (manual o automtica) y de la complejidad del sistema de amarre.
En los tornos el plato de garras se puede abrir y cerrar mediante instrucciones programadas
de CN.
Tambin se puede establecer por programa la presin de cierre de las garras. La eleccin
de la fuerza de apriete depende generalmente de la velocidad de giro del cabezal; velocidades
elevadas demandan las presiones mayores al aumentar la accin de la fuerza centrifuga.
Como es habitual que las mquinas herramientas de control numrico trabajen a velocidades
de giro (corte) elevadas y esto podra suponer presiones que daasen la pieza, estas
incorporan mecanismos de compensacin de las fuerzas centrifugas. El diseo de las
mismas se basa de mantener una presin estable del accionamiento de cierre hidrulico a
velocidades de giro elevadas.
Amarre de una pieza en un plato de garras
En fresado las presiones de apriete no resultan tan crticas. El aspecto ms crtico en la
sujecin en estas mquinas es la rapidez de montaje/desmontaje y la precisin en el
posicionado de la pieza en la mesa de trabajo.
El sistema de amarre debe permitir una fcil carga/descarga de la pieza de trabajo y
garantizar la repetibilidad en la colocacin estable y precisa de la misma en el seno de la
MQUINA HERRAMIENTA DE CONTROL NUMRICO. Compatibilizar todo ello puede resultar costoso en tiempo y dinero.
Los sistemas de sujecin especficos mediante componentes normalizados y modulares se
utilizan frecuentemente. Estos dispositivos deben permitir el mecanizado completo sin operaciones de montaje/desmontaje.
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Mesa de fresadora con tornillos de apriete
Informacin adicional:
El mecanizado de piezas esbeltas con torno puede demandar el uso de un elemento de apoyo
en el extremo libre de la pieza conocido como contrapunto.
Este elemento incorpora dos funciones adicionales en la programacin CN:
Posicionar contrapunto
Aproximar o retirar contrapunto
En unin al contrapunto, la estabilizacin de la pieza de trabajo puede requerir la presencia de la luneta de apoyo lateral. Este mecanismo incorpora las siguientes funciones:
Abrir luneta.
Cerrar luneta.
Posicionado transversal. Aproximacin/retirada.
Elementos de apoyo auxiliar en torneado
En numerosas ocasiones es conveniente equipar las fresadoras con un sistema dual de
mesas de trabajo que permite realizar operaciones de transporte y amarre de piezas fuera de mquina.
La colocacin de la mesa en la posicin de trabajo puede realizarse con funciones CN
especficas, as como las paradas y comienzo de los bloques de mecanizado propiamente dichos.
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2.6 CAMBIADORES DE HERRAMIENTA
Mecanizar productos en mquinas herramientas de control numrico requiere diferentes
operaciones sucesivas sin soltar la pieza de su sistema de amarre (fase) lo que supone
incorporar un dispositivo que permita cambiar de forma automtica las herramientas durante
el proceso. Es poco habitual llevar a cabo un trabajo de mecanizado sin cambiar de
herramienta.
El cambio de herramientas puede ejecutarse manualmente por el operario, sin embargo,
esto solo se realiza en la prctica con fresadoras y taladradoras dotadas de cabezales con
adaptadores portaherramientas de acceso rpido y sencillo.
Los tornos CN y centros de mecanizado de gran produccin utilizan cambiadores
automticos de herramientas que pueden albergar un nmero variable de tiles dependiendo
de su diseo.
Los cambiadores de herramientas reciben los nombres de:
Torreta de herramientas (tornos)
Carrusel de herramientas (fresadoras/centros de mecanizado)
El cambio de herramienta se controla por programacin CN caracterizndose por un giro de la torreta hasta que coloca en la posicin de trabajo aquella que se le solicita.
Torreta de herramientas de un torno
En el caso de los carruseles (almacenes) de herramientas, para cambiar la herramienta se
emplea un manipulador o garra adicional. La UC de la mquina interrumpe el mecanizado
para que el manipulador extraiga del carrusel, que ha girado hasta colocar al til deseado en
la posicin de cambio, la nueva herramienta. Simultneamente la garra opuesta del
manipulador extrae la herramienta en uso del cabezal. Un volteo del manipulador coloca la
nueva en el cabezal y a la usada en el hueco (estacin) dejado por la primera en el almacn. La operacin solo dura segundos.
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Carrusel de herramientas de una fresadora
Informacin adicional:
Los cambiadores de herramientas incorporan frecuentemente el "posicionado lgico", que
se basa en realizar giro de la torreta o el carrusel en el sentido que permite ubicar el til
deseado de forma ms rpida desde la posicin actual.
Torreta de sentido de giro fijo
Torreta con giro lgico
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2.7 EJES COMPLEMENTARIOS
Algunas mquinas herramientas de control numrico disponen de mesas giratorias y/o
cabezales para cabezales orientables. En ellas la pieza puede ser mecanizada por
diferentes planos y ngulos de aproximacin. Los ejes sobre los que giran estas mesas y
cabezales se controlan de forma independiente y se conocen con el nombre de ejes complementarios de rotacin. Su velocidad se regula tambin de forma autnoma.
Los ejes complementarios de rotacin se designan en la programacin CN como A, B, C.
Debido a las exigencias impuestas por la complejidad de ciertas piezas otras MQUINAS
HERRAMIENTAS DE CONTROL NUMRICO estn dotadas de ms de tres ejes de desplazamiento principal.
Los centros de mecanizado presentan usualmente en adicin a los tres principales, un cuarto
eje para la orientacin del cabezal, un quinto para el giro de la mesa y hasta un sexto (W) de
aproximacin de la herramienta.
La trayectoria de la herramienta se define mediante la composicin de los desplazamientos en X, Y y Z.
En muchos casos el eje W slo opera cuando el resto de los ejes permanecen fijos y se usa para trabajos menores de taladrado en cualquier direccin.
Los ejes complementarios de desplazamiento se designan en la programacin CN como U, V, W.
Mesa giratoria y cabezal basculante Centro de mecanizado de 6 ejes
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Informacin adicional:
Tornos con ms de dos ejes de desplazamiento pueden considerarse a aquellos que incorporan una segunda torreta portaherramientas.
Este sistema se emplea en fabricacin de piezas voluminosas a fin de elevar la productividad mediante el mecanizado simultneo con dos herramientas.
Las dos torretas pueden controlarse de forma independiente recibiendo los ejes la
designacin Z y X (desplazamientos de la torreta principal) y W y U (adicional).
Los ejes de rotacin complementarios en torneado se emplean para orientar el plato
segn un ngulo deseado de forma coaxial respecto del eje de de rotacin principal del
cabezal. En este giro adicional la velocidad es fija y solo afecta al posicionado de la pieza.
Tambin existe la posibilidad de paradas del plato segn ngulos establecidos controlando el
husillo principal.
Torno doble torreta y eje C Torno vertical de 4 ejes
Mesas transportables de una fresadora
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2.8 HERRAMIENTAS EN MQUINAS HERRAMIENTAS DE CONTROL NUMRICO
Una herramienta completa de mquina herramienta de control numrico presenta
generalmente las siguientes partes:
acoplamiento
portaherramientas (cuerpo, mango o portainserto) punta herramienta (inserto)
El acoplamiento es el elemento que inserta la herramienta en el seno del cabezal de la
MQUINA HERRAMIENTA DE CONTROL NUMRICO (fresadoras) o en la torreta (tornos).
Herramienta completa de fresado Herramienta completa para torno
La morfologa de los mangos y de los insertos es la responsable de las posibilidades de mecanizado y de los acabados a obtener en las piezas de trabajo.
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El sistema de montaje entre el portainsertos e inserto puede variar:
Los portainsertos generalmente se fijan al acoplamiento mediante sujeciones de
montaje rpido: roscas, bridas de apriete, pasadores, sistemas de insercin tipo "snap".
En algunas ocasiones el portainserto y el acoplamiento pueden constituir una nica pieza.
Las puntas de las herramientas pueden estar unidas al mango permanentemente
(soldadas). Sin embargo es ms habitual el uso de sistemas de insertos
intercambiables que se fijan mediante tornillos, palancas, bridas, etc. Los insertos al
disponer de varios filos pueden alternar, invertir o cambiar definitivamente cuando sufren cualquier deterioro.
Sistema de insertos intercambiables
2.9 ACOPLAMIENTOS
Debido a la gran variedad que existe de herramientas de mecanizado para MQUINA
HERRAMIENTA DE CONTROL NUMRICO los acoplamientos para herramientas, ya sea para su conexin a cabezales o a torretas, siguen ciertos estndares de diseo.
Las dimensiones del acoplamiento deben coincidir de forma exacta con las del hueco (en el
extremo del cabezal o en la torreta) garantizando rigidez, precisin de posicionado y fcil
extraccin.
En herramientas para fresadoras, y en general para todas las rotativas, se utilizan
acoplamientos cnicos estndar (ISO). Este mtodo garantiza la rapidez en el cambio y el
autocentrado entre el eje del husillo principal y la herramienta.
En torneado los acoplamientos estn conformados por bloques roscados estndar con
conexin por "snap" u otro sistema al portaherramientas. Este diseo proporciona a la herramienta un plano de apoyo respecto de la torreta muy estable.
Acoplamiento para fresadoras Acoplamientos para tornos
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Informacin adicional:
Las elevadas velocidades de corte que se recomiendan en el aprovechamiento ptimo de las
MQUINAS HERRAMIENTAS DE CONTROL NUMRICO hacen necesaria la intervencin de refrigerantes que, adems, mejoran la lubricacin y remocin de la viruta.
Para la refrigeracin precisa de pieza y herramienta en la zona de contacto se emplean
convencionalmente tuberas flexibles o manguitos que orientan la aspersin hacia la zona deseada.
Muchas mquinas herramientas de control numrico permiten la refrigeracin directa del
mecanizado a travs de canales que incorpora el cuerpo de la herramienta. Este sistema permite una refrigeracin ptima de las zonas de corte.
Debido a la proyeccin de las virutas y a las salpicaduras que conlleva el uso de refrigerantes
es muy comn que las MQUINAS HERRAMIENTAS DE CONTROL NUMRICO dispongan de paneles de proteccin o carenados que aslen la zona de trabajo.
Tuberas flexibles para refrigeracin Salida de refrigerante por herramienta
2.10 DIMENSIONES BSICAS
Las distintas longitudes de montaje que presentan las herramientas al ser fijadas a la
torreta (o al cabezal) supone que, si se desea mantener una trayectoria de trabajo dada con
herramientas distintas, aquel elemento debe desplazase verticalmente, en funcin de cada herramienta, para corregir dicha diferencia.
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Movimiento de la torreta en funcin de la longitud de montaje de la herramienta
Consideraciones:
Para garantizar la precisin dimensional en el mecanizado de una pieza con una mquina
herramienta de control numrico su UC debe tener nocin exacta de las dimensiones de cada herramienta empleada.
Las dimensiones bsicas de una fresa son la longitud (L) y el radio de corte (R). En
herramientas de torno dichos parmetros son la longitud (L) y el decalaje transversal (Q).
Las dimensiones bsicas de la herramienta quedan referidas respecto del punto de
montaje del acoplamiento con el hueco correspondiente del cabezal (o torreta) de la
MQUINA HERRAMIENTA DE CONTROL NUMRICO.
Dimensiones bsicas de una fresa
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Dimensiones bsicas de una herramienta de torno
El establecimiento de las dimensiones bsicas (reglaje) de las herramientas en las MQUINAS HERRAMIENTAS DE CONTROL NUMRICO se realiza de dos formas:
Mediante una prueba de mecanizado: En este caso se almacenan unas dimensiones
aproximadas de la herramienta en la UC. Despus se lleva a cabo una operacin de
mecanizado sencilla que es verificada dimensionalmente. Las desviaciones en las
dimensiones de la operacin real sobre las tericas se pueden calcular e incorporar
seguidamente, como datos para el reglaje correcto de til.
Mediante un equipo de prereglaje (externo o incorporado a la MQUINA
HERRAMIENTA DE CONTROL NUMRICO): Estos dispositivos verifican dimensionalmente
las herramientas calculando directamente sus dimensiones bsicas respecto del punto de montaje.
Los sistemas externos de prereglaje de herramientas utilizan un sistema de montaje y
fijacin idntico al existente en la mquina herramienta de control numrico. Las dimensiones
se calculan por procedimientos pticos o mecnicos. Los datos se incorporan dentro de un
sistema informtico al que puede conectarse la UC a travs de una pastilla electrnica de
datos o mediante comunicacin por cable.
Cuando el prereglaje ptico se verifica en la MQUINA HERRAMIENTA DE CONTROL
NUMRICO la herramienta se ubica en su estacin de trabajo. Se debe posicionar el cabezal
(o torreta) en un punto tal que permita la visin correcta del til por el sistema de medida
pasando la informacin dimensional directamente a la UC que gobierna toda la instalacin.
Informacin adicional:
Para determinar las dimensiones bsicas de una herramienta, garantizar que las asuma la UC
e inicializar convenientemente la mquina herramienta de control numrico, se requiere un
conjunto de apoyos externos como puntos de contacto o patrones de referencia, paradas de los indicadores de recorrido, mandriles de centrado, sensores de medida, etc.
La asignacin del "cero de herramienta" se lleva a cabo de la siguiente forma:
En primer lugar, se hace contacto en una superficie de la pieza a mecanizar con una
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herramienta de referencia o palpador almacenando la UC la medida obtenida como la altura "cero" o de referencia.
A continuacin se debern introducir en la UC las diferencias entre las alturas de las herramientas de trabajo y la de referencia.
Durante el mecanizado la UC corrige de forma automtica las trayectorias de cada
herramienta con esas diferencias, describiendo un recorrido nico sobre la pieza ajustada a la altura de referencia o "cero".
Diferencia de longitud de varias herramientas respecto a la referencia o "cero"
2.11 FUNCIONES PROGRAMABLES CN
En los siguientes temas se revisan las principales caractersticas de las unidades de control numrico y sus prestaciones potenciales.
Actualmente las mquinas herramientas de control numrico emplean como
mtodo de trabajo la modalidad CNC exclusivamente. Sin embargo, existen en
el entorno de la mquina herramienta referencias continuas al la "tecnologa CN". Es
importante conocer los escalones de dicha tecnologa y distinguir entre los trminos CN y
CNC.
Sistemas CN bsicos:
En las primeras mquinas-herramienta dotadas de unidades de control numrico el
programa se confeccionaba externamente y deba ser transferido a la mquina
herramienta de control numrico mediante algn tipo de soporte fsico (disquete, casete o
cinta perforada). Estos programas CN podan ser puestos en marcha o detenidos a pie de
mquina, pero no podan modificarse (editarse).
Las correcciones geomtricas debidas a las dimensiones de las herramientas y de los
dispositivos de sujecin tenan que preverse anticipadamente en la programacin y ser
gestionadas de manera exhaustiva. El operador montaba las herramientas y los amarres
pieza en acuerdo estricto con aquellas consideraciones, utilizando generalmente hojas de proceso o de datos de utillaje.
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Sistemas CNC: (controlados numricamente por ordenador)
Presentan un ordenador como UC que permite al operador comenzar (o terminar) el
programa y adems realizar modificaciones (editar) sobre el mismo a pie de mquina
manipulando los datos con perifricos de entrada y salida.
Las dimensiones de herramientas y utillajes se definen durante el reglaje o inicializacin
de las mismas, de forma independiente al programa. Estos datos se incorporan
automticamente a la programacin durante la ejecucin para que sean llevadas a cabo
las correcciones pertinentes. Por esta razn el operador puede editar los programas con
menos informacin de partida, limitndose a seleccionar las herramientas o utillajes en esa fase.
No existen diferencias entre CN y CNC con relacin a:
Lenguaje de programacin
Tecnologa de la mquina-herramienta
Esquema de un sistema CN Esquema de un sistema CNC
2.12 TIPOS DE CONTROL
Los conceptos de interpolacin lineal y circular estn relacionados con los desplazamientos
de los ejes bsicos de las mquinas herramientas de control numrico.
Interpolacin lineal: En este tipo de trayectoria el sistema CNC calcula un conjunto
de posiciones intermedias a lo largo de un segmento recto definido entre dos puntos
dados. Durante el desplazamiento de una posicin intermedia a otra, los movimientos
en cada uno de los ejes afectados se corrigen continuamente de tal manera que la trayectoria no se desva de la recta prefijada ms all de la tolerancia permitida.
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Interpolacin circular: El sistema CNC calcula un conjunto de posiciones
intermedias a lo largo del segmento circular definido entre dos puntos dados. Durante
el desplazamiento de una posicin intermedia a otra, los movimientos en cada uno de
los ejes afectados se corrigen continuamente de tal manera que la trayectoria no se desva del la circunferencia prefijada ms all de la tolerancia permitida.
En general, el concepto interpolacin tiene relacin con el clculo de puntos de acuerdo a un recorrido dado.
Consideraciones:
De acuerdo al tipo de control los sistemas CNC se subdividen en tres categoras en nivel creciente de prestaciones: Punto a punto, paraxial y continuo.
El control punto a punto permite el posicionado de la herramienta de acuerdo a puntos
programados mediante movimientos simples en cada eje en vaco. Esto supone el que no se
pueda controlar la trayectoria de la herramienta en trabajo.
Dependiendo del tipo de control los motores de cada eje actan separada o conjuntamente
hasta que se alcanza la posicin deseada. El control punto a punto se usa habitualmente en taladradoras o en sistemas de soldadura por puntos.
Control punto a punto
El control paraxial permite, adicionalmente a los desplazamientos rpidos en vaco, el
avance de la herramienta en carga, segn trayectorias paralelas a los ejes bsicos de la
MQUINA HERRAMIENTA DE CONTROL NUMRICO.
En dichas trayectorias slo acta un nico motor (el que ejecuta el desplazamiento en ese
eje) controlndose la distancia a recorrer y la velocidad del avance.Este tipo de control se emplea en cepilladoras CN y fresas o tornos sencillos.
Control paraxial
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El control continuo permite:
Los desplazamientos rpidos de la herramienta en vaco.
Avances en carga paralelos a los ejes bsicos.
Avances en carga hasta cualquier punto arbitrario de la pieza utilizando
interpolaciones rectas o circulares.
Control continuo
Existen diferentes niveles de complejidad en los controles continuos en relacin a la
capacidad de actuar con varios ejes para poder obtener trayectorias de herramientas por
interpolacin ms o menos complejas. En este contexto conviene distinguir los planos afectados por la interpolacin. As se habla de contorneo 2D, 2D y 1/2, y 3D.
Las prestaciones de una mquina herramienta de control numrico no se miden por el
nmero de ejes sino por el nmero de ejes que puede mover (controlar) de forma simultnea para describir trayectorias.
Un control de tipo continuo puede actual como paraxial o punto a punto, y un paraxial como punto a punto. Las situaciones inversas no son viables.
Informacin adicional:
Un control de contornos 2D permite llevar a cabo interpolaciones lineales y circulares
con la intervencin de dos ejes bsicos de desplazamiento. El contorno queda dentro del
plano formado por ambos ejes. Si la MQUINA HERRAMIENTA DE CONTROL NUMRICO
tiene tres ejes bsicos pero su capacidad es de contornos es 2D, el tercer eje slo
determina la posicin relativa del plano mencionado. En fresado, el tercer eje
determinara la profundidad o altura y el contorno a fresar que se definira con los otros
dos.
Un control de contornos 2D y 1/2 permite la ejecucin de contornos 2D en cualquier
plano definido por dos desplazamientos bsicos quedando el eje ortogonal solamente hbil
para definir profundidades. En las mquinas-herramienta de tres ejes con CNC se da
generalmente este tipo de situacin, pudindose definir contornos en los tres planos XY,
YZ y ZX. En fresadoras conlleva la posibilidad de realizar cajeras en cualquiera de los tres planos.
Un control de contornos 3D permite interpolar linealmente y circularmente en el
espacio tridimensional. Esto supone que la mquina debe desplazar simultneamente sus tres ejes para poder definir trayectorias rectas o circulares en cualquier plano.
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2.13 CONTROL DE FUNCIONES MQUINA
En adicin a las funciones geomtricas para el control de los desplazamientos los sistemas
CNC disponen de otras para el gobierno de la mquina: funciones mquina. El nmero de
estas y la forma en que se ejecutan dependen, tanto de la propia MQUINA HERRAMIENTA
DE CONTROL NUMRICO, cmo de las posibilidades de la UC.
Las funciones mquina que se enumeran a continuacin son un ejemplo de las actividades
complementarias que pueden ser programadas y que en algunos casos afectan a tareas
auxiliares de la MQUINA HERRAMIENTA DE CONTROL NUMRICO:
Comienzo del giro y control de la velocidad del cabezal.
Posicionado angular del cabezal.
Activacin del refrigerante a una presin de salida dada.
Mantenimiento del avance constante.
Mantenimiento de la velocidad de corte constante.
Cambio de herramienta activa.
Comienzo de acciones de los dispositivos auxiliares:
Sistemas de alimentacin o cambiadores de piezas.
Contrapunto
Luneta
Manipuladores Transportadores (convoyes)
La mayora de las capacidades de las MQUINAS HERRAMIENTAS DE CONTROL NUMRICO se
pueden configurar como funciones mquina con el objeto de automatizar al mximo los
procesos de fabricacin.
Funciones mquina
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2.14 COMPONENTES DE UN SISTEMA CN
Un sistema CNC est constituido por numerosos componentes. En los siguientes apartados
se revisan algunos de los conceptos relacionados con el diagrama adjunto.
Componentes de un sistema CNC
El corazn de un sistema CNC es un ordenador que se encarga de realizar todos los clculos necesarios y de las conexiones lgicas.
Entendiendo a que el sistema CNC es el puente de unin entre el operador y la mquina-
herramienta se necesitan dos interfaces (traductores):
El interfaz del operador formado por el panel de control y varios a l conectados
relacionados generalmente con dispositivos de perifricos almacenamiento (lectoras
de cinta perforada, casete, disqueteras, etc) o impresin de la informacin.
El interfaz de control de la mquina-herramienta que esta subdividido en mltiples
conexiones de control y que afectan los actuadores de ejes, del husillo principal, etc. hasta llegar al sistema auxiliar de alimentacin de energa.
Los temas que restan hasta finalizar este captulo explican con mayor detalle las funciones y
operativa del ordenador y de los dos interfaces.