Introducción a los Equipos y Máquinas con Tecnología C.N.C.

Referencia Histórica

(1725) Máquinas de tejer construidas en Inglaterra, controladas por tarjetas perforadas. 

(1863) Henri Fourneaux- primer piano que tocó automáticamente.

(1870-1890) Eli Whitney- desarrollo de plantillas y dispositivos.

"Sistema norteamericano de manufactura de partes intercambiables.

1880 Introducción de una variedad de Máquinas herramientas para el maquinado de metales.

Comienzo del énfasis en la producción a gran escala.

(1940) Introducción de los controles hidráulicos, neumáticos y electrónicos.

Aumento del énfasis en el maquinado automático.

1938 ENIAC que almacenaba 1kB usada por el laboratorio de Investigación Balística del Ejército de los Estados Unidos hasta 1945.

para la entrada de datos era por medio de tarjetas perforadas y la programación solamente se desarrollaba en lenguaje de máquina o binario,

Panzer Fabrik 1941

Museo de la máquina herramienta provincia de Gipuskoa país Vasco máquinas utilizadas a fines de 1942 en una fábrica de herramientas

Con un sistema de transmisión a base de un motor eléctrico de 3,5 CV a 1.500 r.p.m

que unido por medio de una correa al eje central y comunicado por el mismo sistema de transmisión a dos ejes secundarios, transmite el movimiento a través de acoplamientos, poleas y correas.

(1945) Comienzo de la investigación y desarrollo del control numérico.

Comienzo de los experimentos de producción a gran escala con control numérico.

Fotografía del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) 1947,

Fresadora Cincinnati Hidrotel modificada El señor Jhon Parsons y Frank Stulen utilizaron tarjetas perforadas para programar una computadora Digitron IBM

El Dr. Patrick Hanratty concebía en 1957 el primer software CAM llamado "PRONTO“.

1962 Basado en su tesis doctoral Ivan E. Sutherland desarrolla en el Lincoln Laboratory (MIT) el sistema Sketchpad. La tesis " A Machines Graphics Comunications System" establece las bases de los gráficos interactivos por ordenador tal y como hoy los conocemos. Sutherland propuso la idea de utilizar un teclado y un lápiz óptico para seleccionar situar y dibujar, conjuntamente con una imagen representada en la pantalla

De esta manera se produce un salto gigantesco al asociar conceptos de diferentes ramas científico Tecnológicas para impulsar el desarrollo de las máquinas de procesos productivos CNC y los avances de la Robótica en la actualidad.

Definición de CNC.

El control numérico computarizado es una técnica que permite la operación automática de una máquina o de un proceso por medio de una serie de instrucciones codificadas que contienen números, letras y símbolos, las cuales son procesadas por un computador.

Conceptos básicos para programación en C.N.C.

La norma ISO 6983

La norma ISO 6983 describe el formato de instrucciones de un programa para máquinas de control numérico. Se trata de un formato general de programación y no de un formato para una máquina específica (torno, fresadora, etc.).

Los objetivos perseguidos por esta norma son los siguientes:

a)Unificar los formatos patrones anteriores en una norma internacional para sistemas de control de posicionamiento, movimiento lineal y contorneado.

b)Introducir un formato para las nuevas funciones no descritas en las normas anteriores.

c)Reducir las diferencias de programación entre diferentes máquinas CNC o unidades de control, uniformando técnicas de programación.

d) Desarrollar una línea de acción que facilite la intercambiabilidad de programas entre máquinas de control numérico de una misma clasificación (por tipo, proceso, función, tamaño y precisión).

e) Incluir los códigos de las funciones preparatorias y misceláneas (auxiliares).

Nomenclatura de los ejes coordenados.

La nomenclatura de los ejes y movimientos está definida en la norma internacional ISO 841 (Numerical control of machines) y es aplicable a todo tipo de máquinas herramientas. Los ejes de rotación son designados con las letras A, B y C, mientras que los ejes principales de avance se designan con las letras X, Y, Z. El sistema de ejes se puede entender fácilmente usando la regla de la mano derecha.

+Z

+X

+Y

+B

+A

+C

Sistema de coordenadas: absolutas e increméntales.

Se define como sistema de coordenadas absolutas aquel sistema en el cual el punto a seguir por la herramienta se toma siempre desde el “cero pieza”.

Tiene la característica de que las cotas de todos los puntos de la trayectoria se miden desde un mismo origen.

Coordenadas absolutas

Se define como sistema de coordenadas incrementales aquel sistema donde el punto a seguir por la herramienta se toma desde el punto anterior. En este caso se está en presencia de un punto cero flotante, que se mueve en conjunto con la herramienta. Para la utilización de este sistema de coordenadas se debe razonar de la siguiente forma: desde la posición en que se detuvo la herramienta (punto cero flotante), cuánto falta para llegar al próximo punto (punto siguiente).

Coordenadas incrementales

Ejemplo de cálculo de coordenadas: sistemas absoluto e incremental.

Ø30

20

Ø80

10x45°

E D

C

B

A

Ventajas de las máquinas C.N.C.

•Flexibilidad: Esta es la mayor ventaja de las máquinas CNC en relación con las máquinas automáticas, controladas por plantillas y dispositivos mecánicos. Las máquinas CNC pueden ser reprogramadas rápidamente para realizar otro tipo de operación. En las máquinas automáticas, la reprogramación es mucho más lenta debido a la necesidad de cambiar los elementos mecánicos.

•Mecanizado de perfiles complejos:

Las máquinas CNC realizan operaciones tridimensionales (3D) de mecanizado, que antes eran imposibles de obtener con máquinas convencionales. Además, tienen la capacidad de sincronizar los parámetros de desplazamiento (velocidad, dirección) con funciones tecnológicas (velocidad de giro de husillo, aplicación de refrigerante, etc.).

Precisión y repetitividad: Debido a la elevada capacidad repetitiva de las máquinas CNC, es posible mecanizar muchas piezas con las mismas características dimensionales, sin desviaciones. Los componentes mecánicos y el sistema de control de la máquina CNC posibilitan tener una exactitud y precisión dimensional del orden de la milésima de milímetro. En resumen, una máquina CNC puede generar una geometría de dimensiones muy cercanas a las teóricas (plano de fabricación), y repetir la pieza un elevado número de veces.

Menor necesidad de control de calidad:

Los costos de inspección de piezas son menores, debido a la precisión y repetitividad. Es importante que la primera pieza producida sea verificada cuidadosamente, para certificar conformidad con plano de fabricación. Durante el proceso, solamente es necesario verificar el desgaste de las herramientas, que puede ocasionar desviaciones en las medidas deseadas.

Mejoría de calidad de mecanizado:

Estas máquinas posibilitan el control de la rotación y de la velocidad de avance vía programación, lo que permite la obtención de mejores acabados superficiales, especialmente en el torneado, en que el uso de la velocidad de corte constante es posible.

Velocidad de producción elevada:

Dada la posibilidad de conseguir velocidades de posicionamiento en vacío muy elevadas (incluso superiores a 10 m/min) y de realizar cambios de herramientas automáticos, los tiempos muertos son minimizados y el tiempo de mecanizado más corto.

Reducción de costos de almacenamiento:

En el pasado, la economía de producción en masa requería piezas adicionales a ser producidas y almacenadas como excedentes en bodega, para garantizar piezas de reposición. Esto, porque era difícil reprogramar la producción de un tipo de pieza cuando el diseño era modificado. El almacenamiento del material representa capital detenido. Las máquinas CNC son muy flexibles, de manera que hace más fácil y rápido reprogramar un nuevo lote de productos, disminuyendo la necesidad de almacenamiento de grandes cantidades de piezas de reposición.

Reducción de costo por herramientas:

Las máquinas convencionales requieren de suples y fijaciones especiales de costo alto, que demoran mucho tiempo en ser fabricadas y son difíciles de modificar. Las máquinas CNC no necesitan de estos elementos, ya que el controlador maneja el movimiento y disposición de la herramienta. Las fijaciones al igual que las herramientas de corte son simples. Las modificaciones en el diseño de una pieza no implican modificaciones constructivas en las herramientas, solamente se requiere de alteraciones al programa de fabricación del CNC.

Desventajas de las máquinas C.N.C

Elevada inversión inicial: La fabricación con máquinas herramientas CNC requieren de considerables inversiones de capital. La tecnología CNC es cara dado que integra mecánica de precisión, electrónica, sensores, actuadores (hidráulicos, neumáticos), así como hardware y software para el control de ejecución.

Elevados costos de mantenimiento:

Para garantizar la precisión del mecanizado, los elementos mecánicos deben ser mantenidos en buenas condiciones; el costo de mantención mecánica preventiva de estas máquinas es mayor que en las máquinas convencionales. También debe considerarse el mantenimiento de los elementos electrónicos, hidráulicos y/o neumáticos, que manejan los sistemas de cambio de herramientas y sistemas de sujeción, y el mantenimiento de los sensores electrónicos del controlador.

Elevados costos de entrenamiento y salarios:

Debido a las características de las máquinas CNC, los costos de entrenamiento de programadores y operadores, así como del personal de mantenimiento de estas máquinas, es alto. A eso se debe sumar los consiguientes aumentos de salario para estos operadores más calificados.

•Inviable para bajos volúmenes de producción:

La utilización de máquinas CNC no se justifica económicamente para bajos niveles de producción. Es elevado el tiempo en la elaboración y depuración de un programa, preajuste de herramientas y el tiempo de prueba de la máquina.

Conceptos de Flexibilidad

La búsqueda de flexibilidad en la producción está relacionada con aspectos intrínsecos a la naturaleza humana: somos seres distintos, únicos, y, de esa forma, necesitamos y/o preferimos productos diferentes. Las empresas que no están atentas a ese hecho no podrán sobrevivir en el mercado del futuro.

Diversas empresas que pensaron que eran sólidas y contaban con un mercado grande dejaron de existir, no por razones de calidad o costo, sino simplemente porque no estaban atentas al hecho abordado anteriormente y no realizaron innovaciones para diferenciar sus productos. Las industrias de electrodomésticos, por ejemplo, que no se renovaban continuamente para lanzar modelos diferenciados estaban destinadas al fracaso. Lo mismo era válido para las empresas de calzado, vestuario, en fin, para todos los sectores en que sus productos involucran valores agregados además del desempeño de sus funciones.

Tipos de Programaciones

Lenguaje de programación automática APT: fue el primer lenguaje de programación, su inicio data de los años 50 junto con el surgimiento del control numérico (CN). Se usa actualmente como herramienta auxiliar en la programación de piezas complejas. Se conoce como lenguaje de alto nivel.

Lenguaje EIA/ISO: es un lenguaje de códigos, también conocido como códigos G. Es el más usado universalmente, sea para programación manual o para la programación gráfica, donde se utiliza la tecnología CAM. El lenguaje EIA/ISO se conoce como lenguaje de bajo nivel.

Lenguaje interactivo: Se programa utilizando bloques parametrizados, posee bloques tipos y no utiliza códigos

•Producción gráfica vía CAM (Computer Aided Manufacturing): en sí es otra forma de programar, en la cual el programador ingresa como datos de entrada el diseño de la pieza, que puede ser realizado en el propio CAM o vía archivos recibidos de CAD (Computer Aided Design). Luego, define la materia prima (tipo de material, dimensiones brutas, etc.), herramientas y parámetros de corte, escoge el procesador de acuerdo con la máquina que hará el mecanizado y el CAM genera el programa utilizando códigos de lenguaje EIA/ISO.

Estructura de programación EIA/ISO.

Está constituida por:•Caracteres: son números, letras o símbolos con algún significado para el controlador (ejemplos: 2, G, X, M).

•Direcciones: son letras que definen una instrucción para el control (ejemplos: G, X, Z, F).

•Palabras: son direcciones seguidas de un valor numérico (ejemplos: G01, X25, F100).

•Bloque de datos: se conocen también como registros, y son direcciones seguidas de un valor numérico (ejemplo: G01 X54. Y30. F120;).

•Programa: es una serie de bloques de datos finalizados por la sentencia M30.

•Caracteres especiales: como “;” (fin de bloque), que debe ir al final de cada bloque o registro, o el carácter “(…)” (comentario) utilizado para encerrar comentarios en la programación, los cuales son ignorados por el control. Para atribuir un nombre a un programa, el primer registro de datos debe tener una función de identificación de programa (función O) seguida de un valor numérico. Este valor representa el número del programa. Para facilitar la identificación de un programa, se recomienda insertar un comentario. Ej.: O5750 (Eje trasero).

Valores numéricos. El control trabaja normalmente con milésimos de milímetros (m) para palabras de posicionamiento sin punto decimal, o con milímetros, para palabras de posicionamiento con punto decimal. Ej.: Si se requiere un desplazamiento de 10mm en X se digita:

G01 X10. ; o bien G01 X10000 ;

Funciones especiales.

Función N: define el número de la secuencia. Cada secuencia de información o bloque se identifica por medio de cuatro dígitos después del carácter N.

N0050 G01 X10. ;

Función P: ejecuta un desvío a un subprograma. El número del subprograma se identifica por cuatro dígitos que van después del caracter P.

N0070 M98 P0010 ;

Función L: define el número de veces que debe ser repetido un determinado subprograma.

N0130 M98 P18 L5 ;

Función T: es utilizada para la selección de herramientas y correctores de herramientas; está compuesta por un número de cuatro dígitos, los dos primeros definen el corrector de la herramienta. Por ejemplo, si se requiere programar la herramienta 2 con el corrector 12 se hace de la siguiente forma:

N0120 T0212 ;

En general, se puede asignar a una herramienta hasta 12 correctores dependiendo de la capacidad de la máquina (magazine de herramientas), pero se acostumbra a utilizar el mismo número de corrector que el de la herramienta:

T0202.

Un registro completo es el siguiente:

N0040 G01 X25. Z32. F500 ;

Número de registro

Procedimiento

Coordenadas

Velocidad de avance en mm/min

Fin de registro

Orientaciones Básicas para la Confección de Procedimientos de Trabajo

Planificación del Proceso:

Lectura de Planos.

La lectura de planos es una habilidad básica en la industria de la manufacturación, algo que todos los ingenieros, gerentes, programadores y operadores de CNC, maquinistas e inspectores, deberían conocer.

Elección de la Máquina Adecuada.

La elección de una máquina adecuada a una pieza específica a ser manufacturada es la responsabilidad, usualmente, del gerente de producción, del jefe del taller de máquinas, y / o del gerente CNC.

El gerente debe saber:

El ambiente de cada máquina (área de trabajo)

Las opciones de cada máquina (fresado, taladrado, torneado, etc…)

Herramientas de corte, velocidades de giro, tazas de alimentación.

Diseño y montaje de fijaciones.

Operaciones de la máquina: Ajuste, instalación y ejecución de programas.

Hoja de Operaciones. La hoja de operaciones, u hoja de instalación, es usada para describir los procesos necesarios para maquinar una pieza en una máquina CNC. Cada proceso se escribe en la secuencia adecuada de maquinación e incluye la herramienta a ser usada y todos los datos de corte.

La programación del contorno exterior es una operación en la maquinación de una pieza. Para hacer esto primero se debe definir un origen de la pieza. Entonces, los puntos requeridos para la maquinación deberán calcularse para el centro de la herramienta a ser usada, considerando el radio de la herramienta, desde las coordenadas del borde de la pieza.

Hoja de Operaciones

Máquina: Electro -LI2 Pieza de Trabajo: placa-1 Nombre / Fecha: Andrés Pérez 10/04/2012

Paso # Descripcióndel proceso de mecanizado.

HtaNº

Tasa de alimentación (mm/minuto)

Profundidad de Corte

(mm)

Velocidad de Giro (r.p.m.)

1 Fresado básico de la placa

1 25 0.5 500

2 Fresado final de la placa

2 12 0.5 750

3 Centrar para taladrar 4 agujeros

3 15 0.125 2500

4 Taladrar 4 agujeros 4 12 0.75 1000

Consideraciones para algunos requerimientos de herramientas.

Los requerimientos y elección de herramientas se basan en restricciones de las piezas y en prácticas de la industria manufacturera. Muchas de estas ideas son cuestiones de sentido común, Los buenos programadores y operadores CNC deben tenerlas en cuenta.

Conocer las características del material a ser maquinado.

Usar un catálogo de herramientas industrial típico para bajar costos.

Hacer uso de los servicios técnicos ofrecidos por los fabricantes de herramientas.

La calidad de la fijación deberá basarse en el número de piezas que, eventualmente serán producidas.

Siempre se debe usar la herramienta correcta para la correcta operación de la máquina.

Mantener herramientas de reemplazo y de repuesto para el evento de que sea necesario afilar una herramienta o si la herramienta se rompe.

Mantener una variedad de herramientas para el caso de que un tipo no realice el trabajo como se desea.

Usar herramientas de acero de alta velocidad sobre materiales de fácil maquinación.

Usar herramientas de insertos de carburo metálico en materiales de corte difícil.

Usar herramientas con revestimiento de cobalto u óxido para las aleaciones exóticas.

Usar herramientas del tipo de inserción cuando sea posible para reducir costos.

Considere el uso de escariadores, en lugar de brocas, en aplicaciones con taladro en donde la viruta y el control de trozos puede ser un problema.

Tenga en cuenta la flexión que ocurre al usar herramientas largas. Es posible que se necesiten pasadas extras para eliminar rayas y virutas.

Parámetros Tecnológicos a Considerar

)/(1000

minmnd

Vc

Considerando la naturaleza del Material a trabajar y la naturaleza de la herramienta a utilizar.

Velocidad de avance determinada por tablas referenciales al proceso, tipo de herramienta, profundidad de corte, elección de la máquina con la que se desarrollará el trabajo.

FIN…..