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CNTROL NUMÉRICO
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INDICE
1. HISTORIA: ..........................................................................................................................3
2. INTRODUCCIÓN ...............................................................................................................4
3. DEFINICIÓN DE CONTROL NUMÉRICO .....................................................................6
4. CLASIFICACIÓN DE LOS CONTROLES NUMÉRICOS .............................................7
4.1. Clasificación según el sistema de referencia .........................................................7
4.2. Clasificación según el control de las trayectorias ..................................................8
4.2.1. Control Numérico Punto a Punto: ....................................................................8
4.2.2. Control Numérico Paraxial: ...............................................................................9
4.2.3. Control numérico de contorneado: ..................................................................9
4.3. Según el tipo de accionamiento .............................................................................10
4.4. Según el bucle de control .......................................................................................10
4.5. Clasificación según la tecnología de control ........................................................10
4.5.1. Control Numérico (CN):...................................................................................10
4.5.2. Control Numérico computarizado (CNC): .....................................................11
4.5.3. Control Numérico Adaptativo (CNA): ............................................................11
5. ELEMENTOS DE LAS MÁQUINAS HERRAMIENTAS NC ......................................12
6. MÁQUINAS HERRAMIENTA CNC ...............................................................................13
6.1. Introducción: .............................................................................................................13
6.2. Componentes funcionales en máquinas CNC .....................................................14
6.3. Funciones de las maquinas herramienta CNC: ...................................................15
6.4. Comparación de los sistemas NC con los sistemas CNC: ................................16
7. ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO PARA EL NC ................18
7.1. Servo control en sistemas de control numérico ...................................................19
7.1.1. Sistemas de posicionamiento de Ciclo abierto ............................................19
7.2. Sistemas de posicionamiento de ciclo cerrado....................................................21
8. PRECISIÓN DEL POSICIONAMIENTO .......................................................................22
8.1. COMPONENTES .....................................................................................................25
8.1.1. La Unidad de Gobierno ...................................................................................26
8.1.2. Los servomecanismos. ...................................................................................27
8.1.3. Los transductores ............................................................................................28
8.1.4. Dispositivos para el cambio de herramientas. .............................................29
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8.1.5. Husillos y ejes de trabajo y avances. ............................................................30
8.2. EJES PRINCIPALES DE REFERENCIA..............................................................30
9. PROGRAMACION DE PARTES POR NC ...................................................................31
9.1. Programación manual .............................................................................................31
9.2. Programación de partes asistida por computadora: ...........................................36
9.3. Programacion de partes asistida por sistemas CAD/CAM.................................38
CAD / Diseño Asistido por Computadora .............................................................................38
Beneficios de CAD ..............................................................................................................39
Software CAD ......................................................................................................................39
CAM / Manufactura Asistida por Computadora ...................................................................40
Beneficios de CAM ..............................................................................................................41
Software CAM ......................................................................................................................41
10. APLICACIONES DEL CONTROL AUTOMATICO ..................................................43
10.1. FUNCIONES PROGRAMABLES CN ................................................................43
10.1.1. Sistemas CN básicos: .................................................................................44
10.1.2. Sistemas CNC: (controlados numéricamente por ordenador) ...............44
10.2. MAQUINAS HERRAMIENTAS DE CONTROL NUMÉRICO (MHCN) .........45
10.2.1. Ventajas ........................................................................................................47
10.2.2. Desventajas ..................................................................................................47
10.3. MECANIZADO .....................................................................................................48
10.4. APLICACIONES DE MAQUINAS HERRAMIENTAS. ....................................49
10.5. APLICACIONES QUE NO SON MÁQUINAS HERRAMIENTAS. .................51
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CONTROL NUMÉRICO CN
1. HISTORIA:
Quienes merecen el crédito acerca de las primeras investigaciones sobre control
numérico son John Parsons y Frank Stulen, en la Parsons Corporation en Michigan, a
fines de la década de los cuarenta. Parsons era un contratista de maquinado para la
fuerza aérea de Estados Unidos y había diseñado un medio que utilizaba datos de
coordenadas numéricas a fin de mover la mesa de trabajo de una fresadora y producir
partes complejas para aeronaves. Con base en el trabajo de Parsons, la fuerza aérea
de Estados Unidos premio con un contrato a esta compañía en 1949, con el fin de
estudiar la factibilidad del nuevo concepto de control para maquinas herramienta. El
proyecto fue subcontratado para el laboratorio de servomecanismos en el
Massachusetts Institute of Technology (M.I.T) con el propósito de desarrollar una
máquina herramienta prototipo que utilizara el nuevo principio de datos numéricos. El
laboratorio del M.I.T confirmo que el concepto era factible y procedió a adaptar una
fresadora vertical de tres ejes, usando controles combinados analógicos-digitales. El
sistema mediante el cual se realizaban los movimientos de la máquina herramienta
recibió el nombre de control numérico (NC).
La máquina prototipo se mostró en 1952. La exactitud y la capacidad de repetición del
sistema de control numérico eran mucho mejor que los métodos de maquinado manual
disponibles entonces. También era evidente el potencial para reducir el tiempo no
productivo en el ciclo de maquinado. Sin embargo, los constructores de máquinas
herramienta no estaban dispuestos a invertir las grandes cantidades requeridas para
desarrollar productos basados en el control numérico en diversas compañías. Estas
máquinas herramienta de control numérico en diversas compañías. Estas máquinas se
pusieron en operación en diferentes compañías de aeronaves entre 1958 y 1960.
Pronto fueron evidentes las ventajas del control numérico y las compañías de la
industria aeronáutica y aeroespacial empezaron a hacer pedidos de nuevas máquinas
de control numérico. Incluso, algunos iniciaron la construcción de sus propias
unidades.
La importancia de la programación de partes fue clara desde el principio. La fuerza
aérea de Estados Unidos siguió apoyando el desarrollo y la aplicación del NC
mediante el patrocinio de la investigación en el M.I.T para un lenguaje de
programación de partes, cuyo propósito era controlar las máquinas de control
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numérico. Esta investigación produjo el desarrollo de la habilitación de herramientas
programadas automáticamente (APT) en 1958. El lenguaje APT es un lenguaje de
programación de partes a través del cual un usuario describe las instrucciones de
maquinado en enunciados simples parecidos al idioma inglés.
2. INTRODUCCIÓN
El control numérico (CN) es una forma de automatización programable en la cual el
equipo de procesado se controla a través de números, letras y otros símbolos. Estos
números, letras y símbolos están codificados en un formato apropiado para definir un
programa de instrucciones para desarrollar una tarea concreta. Cuando la tarea en
cuestión cambia, se cambia el programa de instrucciones. La capacidad de cambiar el
programa hace que el CN sea apropiado para volúmenes de producción bajos o
medios, dado que es más fácil escribir nuevos programas que realizar cambios en los
equipos de procesado.
El primer desarrollo en el área del control numérico se le atribuye a John Parsons. El
concepto de control numérico implicaba el uso de datos en un sistema de referencia
para definir las superficies de contorno de las hélices de un helicóptero.
Actualmente existe un ambiente de grandes expectativas e incertidumbre. Mucho de
esto se da por los rápidos cambios de la tecnología actual, pues estos no permiten
asimilarla en forma adecuada de modo que es muy difícil sacar su mejor provecho.
También surgen cambios rápidos en el orden económico y político los cuales en
sociedades como la nuestra (países en desarrollo) inhiben el surgimiento de
soluciones autóctonas o propias para nuestros problemas más fundamentales.
Entre todos estos cambios uno de los de mayor influencia lo será sin duda el
desarrollo de las nuevas políticas mundiales de mercados abiertos y globalización.
Todo esto habla de una libre competencia y surge la necesidad de adecuar nuestras
industrias a fin de que puedan satisfacer el reto de los próximos años. Una opción o
alternativa frente a esto es la reconversión de las industrias introduciendo el elemento
de la automatización. Sin embargo se debe hacerse en la forma más adecuada de
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modo que se pueda absorber gradualmente la nueva tecnología en un tiempo
adecuado; todo esto sin olvidar los factores de rendimiento de la inversión y capacidad
de producción.
Uno de los elementos importantes dentro de este resurgir de la automatización son las
Máquinas de Herramientas de Control Numérico Computarizado, las cuales brindan
algunas ventajas adicionales.
Desde los orígenes del control numérico todos los esfuerzos se han encaminado a
incrementar la productividad, precisión, rapidez y flexibilidad de las máquinas-
herramienta. Su uso ha permitido la mecanización de piezas muy complejas,
especialmente en la industria aeronáutica, que difícilmente se hubieran podido fabricar
de forma manual.
La utilización de sistemas de control abiertos aportará considerables beneficios, no
sólo a los fabricantes de control y fabricantes de máquina-herramienta, sino también al
usuario final.
Permitirá la integración de módulos propios, dando así a una empresa la posibilidad de
implementar, por ejemplo, su sistema de programación específico tanto a pie de
máquina como en el departamento de programación. Al basarse en estándares, la
integración en un entorno CIM será fácil y económica.
También se obtendrán una reducción del tiempo de desarrollo y un incremento de la
flexibilidad en la adaptación de los controles a las demandas especiales de las
máquinas- herramienta y células de producción. Finalmente, se reducirán los costes
de desarrollo, adaptación, puesta en marcha, formación, documentación y
mantenimiento.
Las maquinas herramienta de control numérico configuran una tecnología de
fabricación que de la mano de la microelectrónica, la automática y la informática
industrial ha experimentado en los últimos años un desarrollo acelerado y una plena
incorporación a los procesos productivos, desplazando progresivamente a las
maquinas convencionales, su capacidad de trabajo automático y de integración de los
distintos equipos entre sí y con los sistemas de control, planificación y gestión de
formación, hacen del control numérico (CN) la base de apoyo a unas tecnologías de
fabricación: el COM.- fabricación flexible y el CIM fabricación integrado por
computadora.
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3. DEFINICIÓN DE CONTROL NUMÉRICO
Existen diversas definiciones de lo que es un control numérico (CN) entre las
que se pueden citar las siguientes:
Es todo dispositivo capaz de dirigir posicionamientos de un órgano mecánico
móvil, en el que las órdenes relativas a los desplazamientos del móvil son
elaboradas a partir de las instrucciones codificadas en un programa.
Es todo dispositivo que realiza un mando mediante números, haciendo que las
máquinas desarrollen su trabajo automáticamente mediante la introducción en su
memoria de un programa en el que se definen las operaciones a realizar por medio
de combinaciones de letras y números.
Son sistemas que, en base a una serie de instrucciones codificadas (programa),
gobierna todas las acciones de una máquina o mecanismo al que le ha sido
aplicado haciendo que éste desarrolle una secuencia de operaciones y
movimientos en el orden previamente establecido por el programador.
Quizá la definición más clara en lo que se refiere al CN aplicado a las máquinas-
herramienta sea la siguiente:
Sistema que aplicado a una máquina herramienta automatiza y controla todas
las acciones de la misma, entre las que se encuentran:
Los movimientos de los carros y del cabezal.
El valor y el sentido de las velocidades de avance y de corte.
Los cambios de herramientas y de piezas a mecanizar.
Las condiciones de funcionamiento de la máquina (bloqueos, refrigerantes,
lubricación, etc.).
El estado de funcionamiento de la máquina (averías, funcionamiento
defectuoso, etc.).
La coordinación y el control de las propias acciones del CN (flujos de
información, sintaxis de programación, diagnóstico de su funcionamiento,
comunicación con otros dispositivos, etc.).
De todo ello se deduce que los elementos básicos de un sistema de control
numérico son, con carácter general.
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El programa, que contiene la información precisa para que se desarrollen esas tareas.
El programa se escribe en un lenguaje especial (código) compuesto por letras y
números y se graba en un soporte físico (cinta magnética, disquete, etc.) o se envía
directamente al control vía RS-232.
El control numérico (CN), que debe interpretar las instrucciones contenidas en el
programa, convertirlas en señales que accionen los dispositivos de las máquinas y
comprobar su resultado.
El equipo de procesado es el componente que realiza el trabajo útil, y lo forman la
mesa de trabajo, las máquinas herramienta así como los motores y controles para
moverlas.
4. CLASIFICACIÓN DE LOS CONTROLES NUMÉRICOS
Debido a las diferencias que existen entre las máquinas que son susceptibles de ser
gobernadas por un CN, a las dificultades técnicas en el diseño de los controladores y a
condicionantes de tipo económico, han aparecido diversos tipos de CN que pueden
clasificarse de varias maneras:
Según el sistema de referencia
Según el control de las trayectorias
Según el tipo de accionamiento
Según el bucle de control
Según la tecnología de control.
4.1. Clasificación según el sistema de referencia
Para programar los sistemas de CN es necesario establecer un sistema de referencia
estándar en el que puedan ser especificadas las diferentes posiciones relativas de la
máquina herramienta con respecto al trabajo a realizar.
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Para facilitar las cosas de cara al programador la pieza a ser maquinada se fija a una
mesa de trabajo mientras que la máquina herramienta se mueve en torno a ella. De
este modo el sistema de referencia se fija con respecto a la mesa de trabajo.
Sistemas de referencia fijos frente a sistemas de referencia flotantes.
El propósito de los sistemas de referencia es localizar la herramienta en relación con la
pieza a ser maquinada. Dependiendo del tipo de máquina de CN el programador
puede tener varias opciones para especificar esta localización.
En el caso de sistemas de referencia fijos, el origen siempre se localiza en la misma
posición con respecto a la mesa de trabajo. Normalmente, esta posición es la esquina
inferior de la izquierda de la mesa de trabajo y todas las posiciones se localizan a lo
largo de los ejes XY positivos y relativos a ese punto fijo de referencia.
En el caso de sistema de referencia flotante, más común en las modernas máquinas
de CN, permiten que el operador fije el origen del sistema en cualquier posición de la
mesa de trabajo. A esta característica se le llama origen flotante. El programador es el
que decide donde debe estar situado el origen. Esta decisión corresponde a la
conveniencia de la parte de programación. Por ejemplo, la pieza a trabajar puede tener
una simetría y convendría situar el origen en el centro de esa simetría. La localización
de esta referencia se realiza al principio de la tarea, el operador mueve la herramienta
mediante control manual al punto que se desea como origen del sistema de referencia
y presiona un botón indicándole a la máquina que en ese punto se encuentra el origen.
4.2. Clasificación según el control de las trayectorias
Si atendemos al primer tipo de clasificación nos encontramos con dos tipos de CN
distintos:
CN punto a punto.
CN paraxial.
CN continuo o de contorneado
4.2.1. Control Numérico Punto a Punto:
El CN punto a punto controla únicamente el posicionado de la herramienta en los
puntos donde debe ser realizada una operación de mecanizado realizando los
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desplazamientos en vacío según trayectorias paralelas a los ejes o a 45 grados sin
ninguna coordinación entre los sistemas de mando de cada uno. Se utiliza
fundamentalmente en máquinas taladradoras, punzonadoras, punteadoras y en
algunas mandrinadoras.
La coordinación entre ejes no es necesaria porque lo importante es alcanzar un punto
dado en el mínimo tiempo y con la máxima precisión posible. El mecanizado no
comienza hasta que se han alcanzado todas las cotas en los diversos ejes para dicho
punto. El camino seguido para ir de un punto a otro no importa con tal de que no
existan colisiones.
El método a es quizás el más lento, pero más sencillo. El método b es sin duda el más
rápido aunque implica el uso de equipos sofisticados para mover los ejes
coordinadamente (interpolación lineal). El método c es el más común, en él los dos
ejes comienzan a moverse simultáneamente a máxima velocidad (formando 45
grados) hasta alcanzar la cota límite en alguno de los ejes, momento en el cual, para
ese eje y continúan los demás.
4.2.2. Control Numérico Paraxial:
El CN paraxial permite controlar la posición y trayectoria durante el mecanizado del
elemento desplazable, siempre que esta última sea paralela a los ejes de la máquina
y, en algunos casos, a 45 grados). En principio es aplicable a cualquier tipo de
máquina herramienta si bien su uso en la práctica se reduce al gobierno de
taladradoras y fresadoras.
4.2.3. Control numérico de contorneado:
El CN de contorneado o continuo fue el primero en aparecer para después quedar en
un segundo plano frente a los sistemas punto a punto y paraxiales y, posteriormente,
con los avances en la tecnología electrónica e informática, desplazar a los otros dos
sistemas siendo el más utilizado en la mayor parte de las máquinas-herramienta.
Los sistemas CN de contorneado controlan no sólo la posición final de la herramienta
sino el movimiento en cada instante de los ejes y coordinan su movimiento usando
técnicas de interpolación lineal, circular y parabólica. La denominación de continuo
viene dada por su capacidad de un control continuo de la trayectoria de la herramienta
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durante el mecanizado, y de contorneado por la posibilidad de realizar trayectorias
definidas matemáticamente de formas cualesquiera obtenidas por aproximación.
Este tipo de control de contorneado se aplica a tornos, fresadoras, centros de
mecanizado y, en general, a cualquier tipo de máquina que deba realizar mecanizados
según una trayectoria más o menos compleja.
4.3. Según el tipo de accionamiento
Según el tipo de accionamiento pueden ser: hidráulicos, eléctricos o neumáticos.
4.4. Según el bucle de control
El control del sistema se puede realizar de dos formas: en bucle cerrado, donde a
través de sensores se mide el valor a la salida, y se compara en todo instante con un
valor de referencia proporcionando una adecuada señal de control; o en bucle abierto
donde no existe tal realimentación.
4.5. Clasificación según la tecnología de control
Si atendemos a la clasificación según la forma física de realizar el control encontramos
los siguientes tipos de CN:
Control Numérico (CN)
Control Numérico Computarizado (CNC)
Control Numérico Adaptativo (CNA)
4.5.1. Control Numérico (CN):
La denominación de Control Numérico (CN) se utiliza para designar aquellos controles
donde cada una de las funciones que realiza el control son implementadas por un
circuito electrónico específico únicamente destinado a este fin, realizándose la
interconexión entre ellos con lógica cableada.
Sus características principales son las de trabajar sin memoria, con una cinta
perforada como medio de introducción del programa que se ejecuta de forma
secuencial. Los armarios de control son de gran volumen y difícil mantenimiento.
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4.5.2. Control Numérico computarizado (CNC):
El tipo de controles basados en circuitos específicos y lógica cableada (CN) ha caído
en desuso con la aparición de los Controles Numéricos Computarizados (CNC),
basados en el uso de uno o varios microprocesadores que sustituyen a los circuitos de
lógica cableada de los sistemas CN, poco fiables y de gran tamaño.
Los CNC incluyen una memoria interna de semiconductores que permite el
almacenamiento del programa pieza, de los datos de la máquina y de las
compensaciones de las herramientas. Por otra parte, incorporan un teclado que facilita
la comunicación y el grado de interactividad con el operario y permiten la ruptura de la
secuencia de los programas, la incorporación de subrutinas, los saltos condicionales y
la programación paramétrica. De esta forma, se facilita una programación más
estructurada y fácil de aprender. Por otra parte, se trata de equipos compactos con
circuitos integrados, lo que aumenta el grado de fiabilidad del control y permite su
instalación en espacios reducidos y con un nivel de ruido elevado.
Actualmente, todos los controles que se fabrican son del tipo CNC, quedando
reservado el término CN para una referencia genérica sobre la tecnología, de tal forma
que se utiliza la denominación CN (Control Numérico) para hacer referencia a todas
las máquinas de control numérico, tengan o no computador.
4.5.3. Control Numérico Adaptativo (CNA):
El Control Numérico Adaptativo (CNA) es la tendencia actual de los controles. En ellos
el controlador detecta las características del mecanizado que está realizando y en
función de ellas optimiza las velocidades de corte y los avances; en otras palabras,
adapta las condiciones teóricas o programadas del mecanizado a las características
reales del mismo. Para ello, hace uso de sistemas sensoriales de fuerza y deformación
en la herramienta, par, temperatura de corte, vibraciones, potencia, etc.
Las razones de la introducción del CNA residen en la variación de las
condiciones de corte durante el mecanizado por varios motivos:
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Geometría variable de la sección de corte (profundidad y anchura) por la
complejidad de la superficie a mecanizar, típico de las operaciones de
contorneo.
Variaciones en la dureza y en la maquinabilidad de los materiales.
Desgaste de las herramientas, incrementándose el esfuerzo de corte.
5. ELEMENTOS DE LAS MÁQUINAS HERRAMIENTAS NC
Los elementos importantes de una máquina CN son los siguientes.
5.1. Compactadores: Un comparador es un circuito analógico que monitorea
dos entradas de voltaje. Uno es llamado voltaje de referencia (Vref) y el
otro voltaje de entrada (Vin). Cuando Vin se incrementa por encima o se
reduce por debajo de Vref, la salida (Vout) del comparador cambia de
estado entre bajo y alto.
5.2. DAC: Un convertidor de digital a analógico (DAC o D-a-A) es un dispositivo
que convierte una señal digital (generalmente binaria) de código en una
señal analógica (corriente, tensión, o carga eléctrica).
5.3. Servomotor: Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo
similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse
en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse
estable en dicha posición. Un servomotor es un motor eléctrico que consta
con la capacidad de ser controlado, tanto en velocidad como en posición.
5.4. Servocontrol: Los servocontroles son amplificadores de muy alta
ganancia que se retroalimentan con la información proveniente de los
tacómetros de los servomotores. Estos amplificadores reciben como
entrada una señal analógica de un control manual o automático; esto es,
de un potenciómetro o de un PLC por ejemplo. Su uso es muy específico
para lugares donde se requiere exactitud en la velocidad y/o en la posición
de una máquina. Ejemplo: Los servos de las máquinas herramienta de
control numérico.
5.5. Controlador: Un controlador o control CNC (Computer Numerical Control)
es un dispositivo digital de control numérico (CNC) que cumple la función
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controlar máquinas herramientas y sus procesos. Ofrecen capacidades
que van desde el control de una simple relación de movimiento de punto a
punto, hasta el control de algoritmos muy complejos, con múltiples ejes de
control. Los controladores CNC se utilizan para equipar a muchos tipos de
maquinaria en un taller o planta fabril.
5.6. Actuador: Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía
hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la
finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Este recibe
la orden de un regulador o controlador y en función a ella genera la orden
para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula.
5.7. La retroalimentación: Es el que auto corrige las perturbaciones,
eliminando los errores para obtener la salida ideal. Una plancha posee un
dispositivo que mantiene la temperatura deseada, es decir, si se sube la
temperatura abre el circuito de alimentación de las resistencias y si se baja
lo cierra para que calienten. Los servosistemas son también de este tipo
solo que su salida son elementos mecánicos, un brazo de un robot o una
válvula auto regulado o piloteado.
6. MÁQUINAS HERRAMIENTA CNC
6.1. Introducción:
Las maquinas herramientas CNC, a las que también se les conoce como maquinas
herramienta de control numérico computarizado, son accionadas automáticamente.
Por ello deben ser cuidadosamente diseñadas, pues, en caso contrario, pueden ocurrir
grandes daños. Ya que requieren de menos supervisión.
En las maquinas CNC pueden ocurrir deformaciones o daños inesperados debido a
que trabajan a altas velocidades, con recorridos excesivos u oscilación de la
herramienta o de la mesa que provoquen cambios en la operación, a presión excesiva
de la herramienta sobre la pieza de trabajo y a fricción de las guías. Todos estos
factores conducen a:
Calidad pobre de la pieza de trabajo.
Accidentes y fatiga del operario.
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Mayor costo de mantenimiento.
Producción menor.
En consecuencia, los criterios generales para probar una máquina herramienta CNC
son:
Buena producción.
Precisión de lo que se produce.
Productividad incrementada.
Facilidad para el operario
Confiabilidad de las maquinas herramienta.
Seguridad contra todo tipo de accidentes.
Un máquina herramienta CNC debe ser de construcción robusta y estar libre de
contragolpes.
6.2. Componentes funcionales en máquinas CNC
Programa CNC
Dispositivo entrada programa (IHM)
Controlador máquina
Sistemas de actuación
Sistemas de realimentación
Herramientas de la máquina
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6.3. Funciones de las maquinas herramienta CNC:
Las principales funciones de las maquinas herramientas CNC son las siguientes:
6.3.1. Control de la máquina herramienta: es la función fundamental de
las maquinas herramientas CNC y comprende la conversión de las
instrucciones del programa de la parte en movimiento de la máquina
herramienta mediante una computadora de interface y un
servomecanismo.
6.3.2. Compensación durante el proceso: está estrechamente relacionada
con el control de la máquina herramienta. Comprende la corrección
dinámica del movimiento de la máquina herramienta o la rectificación
de errores que ocurren durante el procesamiento. Comprende las
siguientes opciones:
Ajuste de errores detectados por sondas y calibradores de inspección
durante el proceso
Ajuste de control adaptable de la velocidad y del avance
Selección del manejo alternativo de herramientas conforme a las
instrucciones.
Recálculo de las posiciones de los ejes mediante la localización de la
referencia de origen en una pieza de trabajo
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6.3.3. Programación mejorada y características de operación: las
principales características de este sistema son las siguientes:
Edición de los programas de la partes en la máquina.
Despliegue grafico de la trayectoria de la herramienta para verificar la
cinta
Provee diferentes tipos de interpolación: circular, parabólica y cubica
Comprender viejas unidades tradicionales y nuevas unidades métricas
Almacenamiento de diferentes programas
6.3.4. Diagnósticos: las maquinas CNC modernas están equipadas con la
capacidad de diagnóstico. Esta ayuda tanto a dar mantenimiento y
reparar el sistema como para:
Minimizar el tiempo muerto.
Dar aviso de la falta inminente de algún componente
6.4. Comparación de los sistemas NC con los sistemas CNC:
Ventajas de las maquinas CNC sobre las maquinas NC:
Las maquinas CNC son más flexibles que las NC.se pueden hacer
modificaciones a los programas mientras que las maquinas NC
requieren de una cinta totalmente nueva.
Los errores de lectura de datos son menos.
Es posible editar el programa en línea. Los errores de dimensiones,
condiciones de corte y compensación del contador se pueden modificar
fácilmente.
Posee características de diagnóstico. Puede diagnosticar un programa
y detectar las fallas de funcionamiento de la maquina incluso antes que
se produzca la parte.
Se puede integrar con el sistema el control numérico directo (DNG).
Por ello es posible producir componentes altamente complejos.
Se puede convertir un sistema de unidades en otro, es decir si la cinta
se produjo en pulgadas se puede convertir a unidades SI.
Las desventajas de las maquinas CNC son:
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El costo inicial del equipo y el de instalación es mayor que el de las
maquinas NC
Requieren personal más capacitado en comparación con las maquinas
NC
No son adecuadas para aplicaciones de corridas largas
Su consto de mantenimiento es alto
Requieren lugares con aire acondicionado para su instalación.
TORNO CNC
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TORNO CONVENCIONAL
7. ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO PARA EL NC
Su función es convertir las coordenadas que se especifican en el programa de partes
del control numérico en posiciones relativas entre la herramienta y la parte de trabajo
durante el procesamiento. Vemos como funcionaria un sistema de posicionamiento
simple.
Este sistema consiste en una mesa de trabajo, la cual la parte de trabajo esta fija. El
propósito de la mesa es mover la parte respecto a una herramienta o cabezal de
sujeción. Para conseguir este propósito la mesa de trabajo se mueve en forma lineal
mediante un tornillo guía giratorio, el cual se controla mediante un motor .Para aportar
la capacidad de desplazamiento sobre los ejes x-y, el sistema mostrados se construirá
encima de un segundo eje perpendicular al primero.
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7.1. Servo control en sistemas de control numérico
7.1.1. Sistemas de posicionamiento de Ciclo abierto
Características:
En los sistemas en lazo abierto, la mesa puede sobrepasar o no alcanzar la
posición deseada debido a cambios en la inercia, desgastes y/o fricción.
La diferencia es que en un ciclo abierto opera sin verificar la posición adecuada
para la mesa de trabajo.
Los sistemas ciclo abierto son menos costos.
Angulo de paso permisible
, donde es la cantidad de ángulos de paso para el motor
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Para cierta rotación angular del eje, el codificador detecta cierta cantidad de
impulsos:
En un sistema de ciclo abierto opera sin verificar la posición adecuada para la mesa de
trabajo. Un sistema de ciclo cerrado usa una medición retroalimenta para verificar que
la posición de la mesa de trabajo sea en verdad la que esta especificada en el
programa. Los sistemas de ciclo abierto son menos costosos que los de ciclo cerrado
y son convenientes donde es mínima la fuerza que resiste el movimiento de
funcionamiento. Los sistemas de ciclo cerrado generalmente se especifican para
maquinas herramientas que ejecutan operaciones de trayectoria continua, tales como
la fresadora o torneado, en los cuales las fuerzas de resistencia son significativas.
Es común que un sistema de posicionamiento de ciclo abierto use un motor de
engranajes para hacer girar el tornillo guía. En el NC se controla un motor de
engranajes mediante una serie de pulsos eléctricos que genera la unidad de control de
máquina. Cada pulso provoca que el motor gire una fracción de una revolución,
llamada ángulo de paso. Los ángulos de paso permisibles deben apegarse a la
relación:
Las ecuaciones que describen el funcionamiento de un sistema de posicionamiento de
ciclo cerrado son similares a la de un ciclo abierto. En el codificador óptico básico, el
ángulo entre las ranuras de disco debe cumplir:
Para cierta rotación angular del eje, el codificador detecta una cantidad de pulsos que
se obtienen mediante:
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La cuenta de pulsos se usa para determinar la posición lineal del eje x de la mesa de
trabajo, mediante la factorización del paso del tornillo guía, por tanto:
Así mismo la velocidad de alimentación a la cual se mueve la mesa de trabajo se
obtiene a partir de la frecuencia del tren de pulsos:
Donde =velocidad de alimentación, pulg/min(mm/min);p=paso, en
pulg/rev(mm/rev), =frecuencia del tren de pulzos,en Hz(pulsos/seg); =cantidad de
ranuras en disco codificadorenpulsos/rev; y 60 es el factor que convierte los segundos
a minutos.
La serie de pulsos que genera el codificador se compara con la posición de
coordenadas y la velocidad de alimentación especificadas en el programa de partes; la
unidad de control de maquina usa la diferencia para conducir un servomotor, el cual a
su vez controla la mesa d trabajo. Se usa un convertidor analógico digital para
transformar las señales digitales de MCU a una señal analógica continua a fin de
operar el motor conductor.
7.2. Sistemas de posicionamiento de ciclo cerrado
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Características
En los sistemas en lazo cerrado, los sensores de posición permiten corregir el
movimiento de la mesa y conseguir una mayor precisión y repetitibilidad.
Un sistemas de ciclo cerrado usa una medición retroalimentada para verificar
que la posición de la mesa de trabajo sea en verdad la que se esa
especificando en el programa.
Los sistemas de ciclo cerrado generalmente se especifican para maquinas
herramientas que ejecutan operaciones de trayectoria continua, tales como
fresado y torneado, donde las fuerzas de resistencia son significativas
8. PRECISIÓN DEL POSICIONAMIENTO
Tres medidas de precisión importantes en el posicionamiento son la resolución de
control, La exactitud y la capacidad de repetición. Estos términos se explican con
mayor facilidad considerando un eje único del sistema de posición.
La resolución de control se refiere a la capacidad del sistema para dividir el rango total
del movimiento del eje en puntos estrechamente espaciados que puede distinguir la
unidad de control. La resolución de control se define como la distancia que separa dos
puntos de control adyacentes en el movimiento del eje. En ocasiones los puntos de
control se denominan puntos direccionales, que debido a que son posiciones a lo largo
del eje, hacia los cuales puede dirigirse específicamente la mesa de trabajo. Es
conveniente que la resolución de control sea la más pequeña posible. Esto depende
de las limitaciones que imponen:1) Los componentes electromecánicos del sistema de
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posicionamiento y 2) la cantidad de bits que usa el controlador para definir la posición
de coordenadas del eje.
Los factores electromecánicos que limitan la resolución incluyen el paso del tornillo
guía, la relación de engranajes en el sistema conductor y el ángulo de paso en el
motor de engranajes (para un sistema de ciclo abierto) o el ángulo entre las ranuras en
un disco codificador (para un sistema de ciclo cerrado).Juntos estos factores
determinan una resolución de control, que es la distancia mínima que puede moverse
la mesa de trabajo. Por ejemplo, la resolución de control para un sistema de ciclo
abierto que se conduce mediante un motor de engranajes con una relación de
engranajes de 1:1 entre el eje del motor y el tornillo guía se proporciona mediante:
Donde =resolución de control de los componentes electromecánicos
P=paso del tornillo guía en pulg/rev(mm/rev)
= cantidad de pasos/rev
Aunque no es común en la tecnología moderna de computadoras, el segundo factor
posible que limita la resolución de control es la cantidad de bits que definen el valor de
coordenadas del eje. Por ejemplo, la capacidad de almacenamiento de bits del
controlador puede imponer esta limitación. Si B=la cantidad de bits en el registro de
almacenamiento para el eje, el número de puntos de control entre los que puede
dividirse e rango del eje= Suponiendo que los puntos de control están separados
equitativamente dentro del rango, entonces:
Resolución del sistema de control de la computadora en pulg(mm) y L=rango
del eje en pulg (mm)La resolución del control del sistema de posicionamiento es el
máximo de los dos valores , esto es,
CR=Max( , )
En general es conveniente que , lo que significa que el sistema
electromecánico es el factor limitante e la resolución de control.
Cuando se dirige un sistema de posicionamiento para mover la mesa de trabajo a un
punto de control determinado, la capacidad del sistema para moverse a tal punto
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estará limitada por errores mecánicos. Estos se deben a diversas imprecisiones e
imperfecciones en el sistema mecánico tales como una holgura entre tornillo guía y la
mesa de trabajo, un retroceso en los engranajes y una desviación de los componentes
de la máquina. Es útil suponer que los errores forman una distribución estadística
alrededor del punto de control, distribución neutral normal con una media =0.
Con las tres definiciones de resolución de control y distribución de errores mecánicos,
consideremos ahora la exactitud y la capacidad de repetición. La exactitud se define
en una escena con el caso extremo, en la cual el punto objetivo se encuentra
exactamente entre dos puntos de control adyacentes. Dado que el sistema solo puede
moverse a uno u otro de los puntos de control, habrá un error en la posición final de la
mesa de trabajo. Si el objetivo estuviera más cerca de uno de los puntos de control, La
mesa se movería al punto más cercano y el error sería más pequeño. Es conveniente
de finir la exactitud en el peor de los casos. La precisión de cualquier eje en un
sistema de posicionamiento es el máximo error posible que puede ocurrir entre el
punto objetivo deseado y la posición real que toma el sistema y la obtenemos
mediante:
Precisión=0.5CR+3
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Donde CR= resolución de control en pulg(mm) y =desviación estándar de la
distribución de error.
La capacidad de repetición (repeatability) se refiere a la capacidad que posee
un sistema de posicionamiento para regresar a un punto de control determinado que
se ha programado antes. Esta capacidad se mide en términos de los errores de
posición encontrada cuando el sistema intenta colocarse en un punto de control. Los
errores de posición son una manifestación de los errores mecánicos del sistema de
posicionamiento, los cuales se definen mediante una distribución normal supuesta,
como se describió antes. Por lo tanto, la capacidad de repetición de cualquier eje de
un sistema de posicionamiento se define como el rango de errores mecánicos
asociados al eje, esto se reduce a:
Capacidad de repetición=
8.1. COMPONENTES
Al analizar una máquina con CNC, observamos que básicamente mantiene su
principio de funcionamiento comparada con una convencional, con excepción de la
innovación que le confiere su ordenador o unidad de gobierno.
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Este componente es quien más ha evolucionado con el correr de muy poco tiempo,
aunque los demás elementos que conforman tradicionalmente una máquina
herramienta, han debido adecuarse a las altas velocidades de maquinado, y a la
extrema precisión en los posicionamientos tanto de las herramientas como de las
piezas.
Por ejemplo, se recubrieron las superficies de deslizamiento con materiales plásticos
muy resistentes al desgaste, los desplazamientos de los carros son mediante
sistemas de transmisión por tornillos de bolas recirculantes, los restantes
movimientos son mediante circuitos hidráulicos o neumáticos.
Los desplazamientos de las herramientas y el giro del husillo, son provocados
por motores de corriente continua.
Y muy particularmente, en el campo de las herramientas de corte, se han debido
adecuar a las altas exigencias de terminación y de esfuerzos de corte.
Podríamos decir, que los elementos componentes de una
máquina con CNC, son:
La unidad de gobierno.
Los servomecanismos.
Los transductores.
Dispositivos para el cambio de herramientas.
Husillos y ejes de trabajo y avances.
8.1.1. La Unidad de Gobierno
Es el elemento que contiene la información necesaria para todas las operaciones de
desplazamientos de las herramientas, giro de los husillos, etc.
Está conformada por el ordenador o procesador, que es donde se encuentra la
memoria de almacenamiento de los datos de maquinado, que serán transformados
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en impulsos eléctricos y transmitidos a los distintos motores de la máquina; y por el
tablero o panel de servicio, elemento físico por donde se ingresan los datos
requeridos por el control.
Esto se realiza mediante un teclado alfanumérico similar al teclado de una
computadora, una zona de paneles de mando directo de la máquina, y un monitor
(display o pantalla).
8.1.2. Los servomecanismos.
Estos se encargan principalmente de los movimientos de los carros o
mesas de la máquina. Son servomotores con motores paso a paso, a
corriente continua, hidráulicos, etc.
Reciben los impulsos eléctricos del control, y le transmiten un determinado número
de rotaciones o inclusive una fracción de rotación a los tornillos que trasladarán las
mesas o los carros.
Los servomotores con motores paso a paso, constan de un generador de impulsos
que regulan la velocidad de giro del motor variando la cantidad y frecuencia de los
impulsos emitidos. Estos motores giran un ángulo (paso) de aproximadamente 1° a
10° por impulso.
La cantidad de impulsos puede variar hasta 16.000 por segundo, dando como
resultado una gran gama de velocidades.
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En los servomotores con motores de corriente continua, cuando varía la tensión,
varía proporcionalmente la velocidad de giro del motor.
El servomotor hidráulico, posee una servoválvula reguladora del caudal que ingresa al
motor, dosificando de esta manera la velocidad de rotación del mismo.
8.1.3. Los transductores
La función de los mismos consiste en informar por medio de señales eléctricas la
posición real de la herramienta al control, de manera que este pueda compararla con
la posición programada de la misma, y efectuar los desplazamientos
correspondientes para que la posición real sea igual a la teórica.
Los dispositivos de medición pueden ser directos o indirectos.
En los de medición directa, encontramos una regla graduada unida al carro.
En cambio, en los de medición indirecta, un cuenta vueltas reconoce la cantidad de
giros que efectúa el tornillo de filete esférico del carro.
También podemos clasificarlos de acuerdo a sus características de funcionamiento,
pudiendo ser absolutos, incrementales o absolutos-cíclicos.
Los absolutos, informan de las posiciones de los carros punto por punto con respecto
a un punto de origen fijo previamente determinado.
Los incrementales, emiten un impulso eléctrico a intervalos de desplazamiento
determinados, los que son acumulados por un contador de impulsos, quienes
informarán al control de la suma de estos impulsos.
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Los últimos, pueden decirse los más difundidos, y funcionan de la siguiente manera:
Pueden medir directamente movimientos angulares o giratorios, lo que se
utiliza para determinar la coordinación exacta de los carros con el giro del
husillo en los casos de roscado.
Otros miden la posición del carro o la mesa utilizando una escala metálica con
un circuito impreso en forma de grilla, que se encuentra fijo sobre la carrera a
dimensionar. Sobre esta, se mueven con los carros, un par de lectores
(cursores) eléctricos, que informarán sobre la mensura efectuada al control.
8.1.4. Dispositivos para el cambio de herramientas.
El cambio de las herramientas de trabajo en una máquina con CNC, se efectúa de
manera totalmente automática, para lo cual se utilizan dispositivos de torreta tipo
revólver, con un número importante de posiciones o estaciones, o sistemas de
cambio denominados magazines, que consta de una cinta o cadena, que con el
auxilio de agarraderas, selecciona la herramienta a emplear de un “almacén” y la
sitúa en posición de trabajo.
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8.1.5. Husillos y ejes de trabajo y avances.
Los husillos de trabajo en las máquinas con CNC son movidos con motores de
corriente continua, generalmente, ya que los mismos permiten incrementar o decrecer
el número de R.P.M. sin escalonamientos.
Cuando hablamos de ejes de trabajo o de rotación, nos referimos a las máquinas en
las cuales la mesa de trabajo o el cabezal del husillo son orientables pudiendo
adoptar distintas posiciones angulares, tal es el caso de los centros de maquinado o
las fresas, o algunos tornos verticales con varios montantes.
Conocemos como ejes de avances a las direcciones en las cuales se mueven los
carros, el husillo o la mesa de trabajo.
De esta manera, en un torno tendremos un eje X determinado por un avance en el
sentido perpendicular al husillo, y un eje Z que será colineal al eje del torno.
En una fresa, generalmente los ejes X e Y son coplanares y generados ambos por el
movimiento de la mesa, y el eje Z, coincidirá con el movimiento vertical del husillo
8.2. EJES PRINCIPALES DE REFERENCIA.
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Tendremos fundamentalmente tres ejes de
referencias: los ejes X, Y, Z.
El eje X, es paralelo al carro transversal, y en el caso del torno, sus medidas se
toman a partir del eje de la pieza, pero con valores de diámetros.
El eje Y, que es perpendicular al anterior, y solo lo
encontramos en las fresas.
El eje Z, que es coincidente con el eje de la máquina.
9. PROGRAMACION DE PARTES POR NC
La programación de partes requiere que el programador defina los puntos, las líneas y
las superficies de la parte de trabajo en el sistema del eje y que, además, controle el
movimiento de la herramienta de corte en relación con estas características de parte
definidas. Entre las técnicas de programación de partes, las más importantes son: 1) la
programación manual de partes, 2) la programación de partes asistida por
computadora, 3) la programación de partes asistida por CAD/CAM y 4) el ingreso
manual de datos.
9.1. Programación manual
El sistema consta únicamente por medio de razonamientos y cálculos que realiza un
operario, usando datos numéricos básicos y códigos. Consiste en calcular primero las
relaciones dimensionales de la herramienta, la pieza y la mesa con base en planos
técnicos de la base. El sistema de mecanizado comprende todo el conjunto de datos
que el control necesita para la mecanización de la pieza.
Al conjunto de informaciones que corresponde a una misma fase del mecanizado se le
denomina bloque o secuencia, que se numeran para facilitar su búsqueda. Este
conjunto de informaciones es interpretado por el intérprete de órdenes. Una secuencia
o bloque de programa debe contener todas las funciones geométricas, funciones
máquina y funciones tecnológicas del mecanizado. De tal modo, un bloque de
programa consta de varias instrucciones.
La programación manual es el método más fácil y económico, es usado
frecuentemente en las aplicaciones de punto a punto.
Los caracteres más usados comúnmente, regidos bajo la norma DIN 66024 y 66025
son, entre otros, los siguientes:
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N es la dirección correspondiente al número de bloque o secuencia. Esta dirección va
seguida normalmente de un número de tres o cuatro cifras. En el caso del formato
N03, el número máximo de bloques que pueden programarse es 1000 (N000 ® N999).
X, Y, Z son las direcciones correspondientes a las cotas según los ejes X, Y, Z de la
máquina herramienta. Dichas cotas se pueden programar en forma absoluta o relativa,
es decir, con respecto al cero pieza o con respecto a la última cota respectivamente.
G es la dirección correspondiente a las funciones preparatorias. Se utilizan para
informar al control de las características de las funciones de mecanizado, como por
ejemplo, forma de la trayectoria, tipo de corrección de herramienta, parada
temporizada, ciclos automáticos, programación absoluta y relativa, etc.
La función G va seguida de un número de dos cifras que permite programar hasta 100
funciones preparatorias diferentes.
Ejemplos:
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CNTROL NUMÉRICO
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M es la dirección correspondiente a las funciones auxiliares o complementarias. Se
usan para indicar a la máquina herramienta que se deben realizar operaciones tales
como: parada programada, rotación del husillo a derechas o a izquierdas, cambio de
útil, etc. La dirección M va seguida de un número de dos cifras que permite programar
hasta 100 funciones auxiliares diferentes.
Ejemplos:
M00: Provoca una parada incondicional del programa, detiene el husillo y la
refrigeración.
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M02: Indica el fin del programa. Se debe escribir en el último bloque del programa y
posibilita la parada del control una vez ejecutadas el resto de las operaciones
contenidas en el mismo bloque.
M03: Permite programar la rotación del husillo en sentido horario.
M04: Permite programar la rotación del husillo en sentido antihorario, etc.
F es la dirección correspondiente a la velocidad de avance. Va seguida de un número
de cuatro cifras que indica la velocidad de avance en mm/min.
S es la dirección correspondiente a la velocidad de rotación del husillo principal. Se
programa directamente en revoluciones por minuto, usando cuatro dígitos.
I, J, K son direcciones utilizadas para programar arcos de circunferencia. Cuando la
interpolación se realiza en el plano X-Y, se utilizan las direcciones I y J. Análogamente,
en el plano X-Z, se utilizan las direcciones I y K, y en el plano Y-Z, las direcciones J y
K.
T es la dirección correspondiente al número de herramienta. Va seguido de un número
de cuatro cifras en el cual los dos primeros indican el número de herramienta y los dos
últimos el número de corrección de las mismas.
Por ejemplo, para realizar una operación de taladro se introduce un comando del tipo
siguiente:
n010 x20750 y3.000 f7.00 s500
Cada palabra en el enunciado especifica un detalle en la operación de taladro. La
palabra n (n010) es simplemente un número de secuencia para el enunciado. Las
palabras x y y indican las posiciones de coordenadas x y y. (x=2.75 pulg, y=3.00 pulg).
La s y la f especifican la velocidad de alimentación y la velocidad de giro que se van a
usar en la operación de taladrado (velocidad de alimentación=7.00 pulg/min y
velocidad de giro=500 rpm). El programa de partes con control númerico completo
consta de una secuencia de enunciados similares al comando anterior.
LOS FAMOSOS BLOCKS EN CN
Estructura de Block
Es el modo de dar órdenes a la máquina para que se los ejecute tiene ciertas
características que se debe cumplir.
CNTROL NUMÉRICO
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La máquina ejecuta las ordenes (operaciones) de otra manera por lo que cada orden
tiene una estructura definida a cada orden le denominamos block o bloque de
programa.
De manera general cada block tiene la siguiente estructura:
a) Numero de operaciones
b) Código de orden de configuración
c) Puntos coordenados o coordenadas
d) Parámetros complementarios
Formato de Block
El modo básico de comunicarse con la máquina herramienta es a través de los
elementos que forman la estructura de un block de instrucciones, en donde cada uno
de los caracteres alfanuméricos tienen un significado y una representación propia.
A b c D
O001
N010 G21 Encabezado
N020 [BILLET X
30
Z
80
N030 G28
N040 M06 T 1
N050 M03 S
500
N060 F 60 Procedimiento
N…….
N070 M02
N080 G28 Conclusión
N090 M05
9.2. Programación de partes asistida por computadora:
CNTROL NUMÉRICO
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Cuando el perfil es complejo y la precisión requerida es elevada, el gran número de
cálculos de puntos intermedios es inabordable por métodos manuales. La
programación manual de 3 y más ejes, a poco compleja que sea la pieza, no es
aconsejable sin apoyo del ordenador.
La primera intervención del ordenador en el campo del control numérico se dio
precisamente en el área de la programación cuando a finales de los 60 el MIT
desarrollo la programación de herramientas en forma automática APT (Automatic
Programming Tool), un lenguaje para programación del control numérico por
ordenador. La programación utilizando el ordenador pasó a conocerse con el nombre
de programación automática.
El nombre más correcto sería el de programación asistida por ordenador. Hasta hoy es
el más usado para programación de punto a punto y trayectoria continua.
Fases de la programación asistida:
- Definición del contorno de la pieza con los elementos geométricos que la
componen (líneas, puntos, arcos, planos, cilindros, esferas, superficies
regladas, etc) y codificándolos según el lenguaje de programación utilizada.
- Definición del recorrido de la herramienta sobre los elementos geométricos
definidos anteriormente.
- Introducción de los parámetros de corte.
El lenguaje más utilizado en el APT, lenguaje universal válido para mecanizados en 3,
4 y 5 ejes, en el que cada instrucción del programa está compuesta de palabras de
vocabulario, valores numéricos y símbolos, separado por caracteres especiales como
la barra (/) o la coma (,).
La geometría se define usando enunciados de geometría de la APT, tales como:
P1 = POINT/1.0, 5.0
L1 =LINE/P1,P2
P1 es un punto definido en el plano x-y que se localiza en x=1.0 pulg y en y =5.0 pulg.
L1 es una línea que va a través de los puntos P1 y P2. Se usan enunciados Similares
para definir círculos, cilindros y otros elementos geométricos. La mayoría de las
formas de las partes de trabajo se describen usando enunciados como estos para
especificar sus superficies, esquinas, bordes y posiciones de orificios.
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La especificación de una trayectoria de herramienta se realiza con los enunciados de
movimiento del APT. Un enunciado común para una operación de punto a punto es
GOTO/P1
Esto dirige a la herramienta para que se mueva de su posición actual a una posición
definida mediante P1, en donde P1 se ha definido mediante un enunciado previo de
geometría de APT. Los comandos de movimiento de trayectoria continua usan
elementos de geometría. Por ejemplo considere el ejemplo:
GORGT/L3, PAST, L4
El enunciado dirige a la herramienta para que vaya a la derecha (GORGT) a lo largo
de la línea L3 hasta que se coloque justo después de la línea L4.
Se usan enunciados APT adicionales para definir los parámetros de operación tales
como velocidades de alimentación, velocidades de giro, tamaños de herramientas y
tolerancias. Cuando termina, el programador introduce el programa APT a la
computadora durante el procesamiento se generan enunciados de bajo nivel (similares
a los que se preparan en la programación manual de partes) para que los use una
máquina herramienta particular.
9.3. Programacion de partes asistida por sistemas CAD/CAM
CAD / Diseño Asistido por Computadora
Computer-aided design (CAD) es el uso de programas computacionales para crear
representaciones gráficas de objetos físicos ya sea en segunda o tercera dimensión
(2D o 3D). El software CAD puede ser especializado para usos y aplicaciones
específicas. CAD es ampliamente utilizado para la animación computacional y efectos
especiales en películas, publicidad y productos de diferentes industrias, donde el
software realiza cálculos para determinar una forma y tamaño óptimo para una
variedad de productos y aplicaciones de diseño industrial.
En diseño de industrial y de productos, CAD es utilizado principalmente para la
creación de modelos de superficie o sólidos en 3D, o bien, dibujos de componentes
físicos basados en vectores en 2D. Sin embargo, CAD también se utiliza en los
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procesos de ingeniería desde el diseño conceptual y hasta el layout de productos, a
través de fuerza y análisis dinámico de ensambles hasta la definición de métodos de
manufactura. Esto le permite al ingeniero analizar interactiva y automáticamente las
variantes de diseño, para encontrar el diseño óptimo para manufactura mientras se
minimiza el uso de prototipos físicos.
Beneficios de CAD
Los beneficios del CAD incluyen menores costos de desarrollo de productos, aumento
de la productividad, mejora en la calidad del producto y un menor tiempo de
lanzamiento al Mercado.
Mejor visualización del producto final, los sub-ensambles parciales y los
componentes en un sistema CAD agilizan el proceso de diseño.
El software CAD ofrece gran exactitud de forma que se reducen los errores.
El software CAD brinda una documentación más sencilla y robusta del diseño,
incluyendo geometría y dimensiones, lista de materiales, etc.
El software CAD permite una reutilización sencilla de diseños de datos y
mejores prácticas.
Software CAD
Estos son algunos ejemplos de aplicaciones de Software tipo CAD:
NX es una gama integrada de aplicaciones completamente asociativas de tipo
CAD/CAM/CAE. NX aborda la variedad completa de procesos de desarrollo de diseño
de productos, manufactura y simulación; lo que le permite a las compañías motivar el
uso de mejores prácticas al capturar y re-usar productos y conocimiento de procesos.
Solid Edge es un sistema híbrido de CAD en 2D/3D que utiliza Synchronous
Technology para acelerar el diseño, cambios ágiles, y mejor re utilización de
importaciones. Con modelado de partes y ensable, borradores, administración
transparente de datos, y análisis de elementos finitos (FEA) integrado, Solid Edge
facilita la creciente complejidad de diseño de productos.
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Los siguientes componentes de software son utilizados por desarrolladores de
software CAD como base para sus aplicaciones:
Parasolid es un componente de software para modelado geométrico en 3D,
permitiéndoles a los usuarios de aplicaciones basadas en Parasolid modelar partes y
ensambles complejos. Es utilizado como la herramienta geométrica en cientos de
diferentes aplicaciones de CAD, CAM y CAE.
D-Cubed Components son seis librerías de software que pueden ser licenciadas por
desarrolladores de software para integrarlas en sus productos. Proveen capacidades
que incluyen el bosquejo parametrizado, diseño de partes y ensambles, simulador de
movimiento, detección de colisiones, medidas de separación y visualización de líneas
ocultas.
CAM / Manufactura Asistida por Computadora
Manufactura Asistida por Computadora (CAM) comúnmente se refiere al uso de
aplicaciones de software computacional de control numérico (NC) para crear
instrucciones detalladas (G-code) que conducen las máquinas de herramientas para
manufactura de partes controladas numéricamente por computadora (CNC). Los
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fabricantes de diferentes industrias dependen de las capacidades de CAM para
producir partes de alta calidad.
Una definición más amplia de CAM puede incluir el uso de aplicaciones
computacionales para definir planes de manufactura para el diseño de herramientas,
diseño asistido por computadora (CAD) para la preparación de modelos, programación
NC, programación de la inspección de la máquina de medición (CMM), simulación de
máquinas de herramientas o post-procesamiento. El plan es entonces ejecutado en un
ambiente de producción, como control numérico directo (DNC), administración de
herramientas, maquinado CNC, o ejecución de CCM.
Beneficios de CAM
Los beneficios de CAM incluyen un plan de manufactura correctamente definido que
genera los resultados de producción esperados.
Los sistemas CAM pueden maximizar la utilización de la amplia gama de
equipamiento de producción, incluyendo alta velocidad, 5 ejes, máquinas
multifuncionales y de torneado, maquinado de descarga eléctrica (EDM), e
inspección de equipo CMM.
Los sistemas CAM pueden ayudar a la creación, verificación y optimización de
programas NC para una productividad óptima de maquinado, así como
automatizar la creación de documentación de producción.
Los sistemas CAM avanzados, integrados con la administración del ciclo de
vida del producto (PLM) proveen planeación de manufactura y personal de
producción con datos y administración de procesos para asegurar el uso
correcto de datos y recursos estándar.
Los sistemas CAM y PLM pueden integrarse con sistemas DNC para entrega y
administración de archivos a máquinas de CNC en el piso de producción.
Software CAM
Estos son algunos ejemplos de aplicaciones de Software CAM:
NX CAM y CAM Express le permiten a los programadores NC maximizar el valor de
sus inversiones en las máquinas de herramientas más nuevas, eficientes y capaces.
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NX CAM provee el rango total de funciones para tratar con el maquinado de alta
velocidad de superficies, máquinas funcionales, fresas-torno y maquinados de 5 ejes.
CAM Express provee una gran programación NC con un bajo costo de propiedad.
NX Tooling and Fixture Design offers a set of automated applications for mold and die
design, fixture design and other tooling processes built on a foundation of industry
knowledge and best practices.
Tecnomatix Part Planning and Validation le permite a los ingenieros de manufacturas,
programadores NC, diseñadores de herraientas, y administradores trabajar juntos para
digitalmente definir y validar el proceso de manufactura de partes. Pueden compartir
herramientas y librerías de recursos, así como conectar el plan de datos directamente
a los sistemas del piso de producción tales como DNC y administración de
herramientas.
Los siguientes componentes de software son utilizados por desarrolladores de
software CAM como base para sus aplicaciones:
Parasolid es un componente de software para modelado geométrico en 3D,
permitiéndoles a los usuarios de aplicaciones basadas en Parasolid modelar partes y
ensambles complejos. Es utilizado como la herramienta geométrica en cientos de
diferentes aplicaciones de CAD, CAM y CAE.
D-Cubed Components son seis librerías de software que pueden ser licenciadas por
desarrolladores de software para integrarlas en sus productos. Proveen capacidades
que incluyen el bosquejo parametrizado, diseño de partes y ensambles, simulador de
movimiento, detección de colisiones, medidas de separación y visualización de líneas
ocultas.
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Ejemplo de una programación de código G en un controlador Mach3
10. APLICACIONES DEL CONTROL AUTOMATICO
10.1. FUNCIONES PROGRAMABLES CN
Actualmente las MHCN emplean como método de trabajo la modalidad CNC
exclusivamente. Sin embargo, existen en el entorno de la máquina herramienta
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referencias continuas a la "tecnología CN". Es importante conocer los escalones de
dicha tecnología y distinguir entre los términos CN y CNC.
10.1.1. Sistemas CN básicos:
En las primeras máquinas-herramienta dotadas de unidades de control numérico
el programa se confeccionaba externamente y debía ser transferido a la MHCN
mediante algún tipo de soporte físico (disquete, casete o cinta perforada). Estos
programas CN podían ser puestos en marcha o detenidos a pie de máquina,
pero no podían modificarse (editarse).
Las correcciones geométricas debidas a las dimensiones de las herramientas y
de los dispositivos de sujeción tenían que preverse anticipadamente en la
programación 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.
10.1.2. Sistemas CNC: (controlados numéricamente por ordenador)
Presentan un ordenador como UC que permite al operador comenzar (o
terminar) el programa y además realizar modificaciones (editar) sobre el mismo a
pie de máquina manipulando los datos con periféricos de entrada y salida.
Las dimensiones de herramientas y utillajes se definen durante el reglaje o
inicialización de las mismas, de forma independiente al programa. Estos datos se
incorporan automáticamente a la programación durante la ejecución para que
sean llevadas a cabo las correcciones pertinentes. Por esta razón el operador
puede editar los programas con menos información de partida, limitándose a
seleccionar las herramientas o utillajes en esa fase.
10.1.3. No existen diferencias entre CN y CNC con relación a:
Lenguaje de programación
Tecnología de la máquina-herramienta
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10.2. MAQUINAS HERRAMIENTAS DE CONTROL NUMÉRICO (MHCN)
Las Maquinas Herramientas de Control Numérico (MHCN), constituyen una modalidad
de automatización flexible más utilizada; son máquinas herramientas programadas
para fabricar lotes de pequeño y medio tamaño de piezas de formas complicadas; los
programas de software sustituyen a los especialistas que controlaban
convencionalmente los cambios de las máquinas y constituciones que incluye las
tareas y sus velocidades así como algunas variables de control adaptativo para
comprobar aspectos tales como temperatura, vibración, control adaptativo, condición
del material, desgaste de las herramientas, etc., que permiten proceder a los reajustes
necesarios.
Estas máquinas pueden encontrarse en forma aislada, en cuyo caso se habla de un
módulo, o bien interconectadas entre sí por medio de algún tipo de mecanismo
automático para la carga y descarga del trabajo en curso, en cuyo caso se hablaría de
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una célula de fabricación. En ocasiones las máquinas están dispuestas en forma
semicircular para que un robot pueda encargarse de manejar los materiales, mientras
que en otros la configuración es lineal. Cuando una máquina de control numérico
actúa de forma independiente, necesita contar con la presencia de un operario, quien
se ocupa de la carga y descarga de las piezas a procesar, los programas y las
herramientas.
Algunas máquinas CN incluyen “cartucheras” rotatorias con diferentes herramientas. El
programa de ordenador puede seleccionar la herramienta a utilizar, de este modo, una
maquina puede encargarse de realizar distintas operaciones que antes habían de
hacerse en varias. No solo es reduce aso el tiempo de lanzamiento, sino que también
se simplifica el flujo de items en curso por el taller. En otros casos, frente a las
maquinas se ubica un carrusel de herramientas, materiales, etc. y aquellas, sin
necesidad de intervención humana, seleccionan con un “brazo” el instrumento o
material que necesitan para desarrollar una determinada tarea.
Se cree que, en un futuro, las máquinas de Control Numérico harán el trabajo de
precisión, mientras que los robots se limitaran a la carga, descarga y ensamblaje. En
los casos de producción de gran volumen, la automatización rígida, más sencilla y
barata, sería suficiente porque, aunque puede haber excepciones, las maquinas CN y
los robots son lentos.
Para determinar la conveniencia de estas máquinas en términos de coste habrá que
considerar la mano de obra, la disponibilidad de operarios especializados, tipo y grado
de precisión requerida, fiabilidad de las maquinas, etc. Algunas empresas que
producen una gama de productos estrecha se han dirigido, no obstante, a las
maquinas CN porque, aunque el coste de la programación sea alto, una vez hecha
esta, puede ser utilizada posteriormente sin necesidad de volver a programar.
Sobre las funciones desarrolladas por las máquinas convencionales las máquinas a
control numérico incorporan básicamente:
Sistemas de posicionado de la herramienta.
Sistemas de medición del desplazamiento.
Sistemas de medición de piezas y herramientas.
Sistemas de control de condiciones de mecanizado.
Sistemas de cambio de herramientas.
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Sistemas de cambio de pieza.
10.2.1. Ventajas
10.2.1.1. En diseño
• Prototipos precisos.
• Cumplimiento de especificaciones.
• Reducción en la dificultad para manufacturar partes.
10.2.1.2. En Manufactura
• Permite una mejor planeación de las operaciones.
• Se incrementa la flexibilidad de maquinado.
• Reducción en tiempo de programación.
• Mejor control del proceso y tiempos de maquinado.
• Disminución en los costos por herramientas.
• Se incrementa la Seguridad para el usuario.
• Reducción del tiempo de flujo de material.
• Reducción del manejo de la pieza de trabajo.
• Aumento de productividad.
• Aumento en precisión.
10.2.2. Desventajas
La frecuencia de errores en la programación.
El deterioro de las cintas magnéticas o perforadas en que están grabadas las
instrucciones.
La sensibilidad del lector de las instrucciones a las averías.
También es importante mencionar que la configuración física de las maquinas no
facilita la realización de cambios, así como que, en muchos casos, los operarios
especializados tienen que permanecer al lado de aquellas para controlar como
funcionan e introducir los posibles ajustes si fuesen necesarios. Aunque, como
muchas otras tecnologías, las CN han resuelto menos problemas de los que se
esperaba, puede afirmarse, una mayor flexibilidad que las convencionales a las que
han sustituido, si bien ésta es mucho menor que la permitida por las maquinas CNC.
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10.3. MECANIZADO
El mecanizado siguiendo un programa CN es diferente:
Las operaciones de mecanizado deben establecerse previamente y en el orden
correcto, junto con las condiciones de avance, velocidad de giro, etc., y estos detalles
almacenarse en el programa CN.
Una vez introducido el programa CN en el sistema de control, puede ejecutarse tantas
veces como se desee.
Al operador tan sólo le queda:
Preparar la máquina.
Monitorizar las secuencias de mecanizado.
Efectuar la inspección.
Cargar, fijar y liberar las piezas.
Recambiar las herramientas desgastadas.
Si algunas operaciones deben llevarse a cabo de forma diferente a la especificada en
el programa CN, los puntos apropiados del programa CN deben modificarse.
En un sistema de control CNC, tales modificaciones pueden ser realizadas
directamente por el operador de la máquina.
Otras condiciones adicionales pueden consistir en:
información geométrica (p.e. datos de coordenadas. X20, Y40, Z30),
información tecnológica (p.e. avance: F0.2; F40; velocidad de giro: S1000) e
información de programación (p.e. nombre de bloques de programa:
P50comienzo de bloque en programa nº50; Q60= final de bloque en programa
nº60)
Subrutinas
Los programas de CN con secuencias de mecanizado repetitivas incluyen un
número de instrucciones que tienen que ser programadas varias veces.
Para que el programador no tenga que escribir y/o introducir instrucciones
repetidamente, hay formas de preparar secciones de programas repetitivas
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como subrutinas que son almacenadas separadamente en el sistema de
control. Cuando se ejecuta el programa principal para una pieza concreta, se
llama a la subrutina mediante instrucciones especiales en el punto adecuado,
siendo insertada en la secuencia general de mecanizado. Al final de la
subrutina, una instrucción devuelve el control al programa principal.
Un programa CN consta básicamente de instrucciones. Estas instrucciones son
convertidas por el sistema de control en pulsos de control para la máquina
herramienta
Ejemplo
Si en el programa aparece:
"Desplazamiento rápido a X=40, Z=20",
Esto origina que se activen los motores de los ejes X y Z, manteniéndose así
hasta llegar a la posición X=40, Z=20
10.4. APLICACIONES DE MAQUINAS HERRAMIENTAS.
Para Maquinado.
Torno
Freza
Taladro
Otras operaciones
Esmerilado
Para procesamiento de láminas.
Para doblado de tubos.
Procesos de corte térmico.
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FUNCIONAMIENTO DE UN TORNO CONVENCIONAL
FUNCIONAMIENTO DE UN TORNO DE CONTROL NUMÉRICO
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10.5. APLICACIONES QUE NO SON MÁQUINAS HERRAMIENTAS.
Máquinas de colocación de cinta.
Máquinas de devanad de filamentos para compuestos.
Máquinas para soldar por fusión con arco.
Máquinas para soldar por fusión con resistencia.
Máquina para inserción de componentes en ensambles electrónicos.
Máquinas para cobertura de alambre eléctrico.
Máquina de dibujo.
Máquina de medición de coordenadas para inspección.
Torno de control numérico
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Fresadora de control numérico
Taladradora de Control numérico
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Esmeriladora de control numérico
Carga y descarga para procesamiento de láminas metálicas
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Máquina de control numérico para doblado de tubos
Máquina de control numérico para procesos de corte térmico
Máquina de control numérico de colocación de cinta
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Máquina de control numérico para soldar por fusión con arco.
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11. REFERENCIAS
Procesos de manufactura, H.S. Bawa, Cap.34 Maquinas herramienta CNC,
Cap. Programación de las maquinas CNC, Mc Graw Hill.
Curso de CNC torno-Manual I, CEDIT, pag. 56-115.
Fundamentos de Manufactura Moderna (Materiales, Procesos y
Sistemas)/Mikell P. Groover/1era Edición/1997/Págs. 925-938
http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_mecanica/controlnumericocnc/defa
ult.asp
http://www.sitenordeste.com/mecanica/control_numerico.htm
http://www.frlp.utn.edu.ar/mecanica/Materias/CNCMH/ClaseDemo.PDF
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/mecatronica/docs_curso/Anexo
s/TUTORIALcnc/DOCUMENTOS/otros/U4-control-numerico-por
computadora.pdf