control numerico en maquinas ales (2)

CONTROL NUMRICO EN MQUINAS INDUSTRIALES

LEODILBER DAZA CABRERA VANESSA RAMIREZ GOMEZ JULIAN ESTEBAN OSPINA ARIAS

UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE PEREIRA FACULTAD DE TECNOLOGIA PEREIRA

2010

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CONTROL NUMRICO EN MQUINAS INDUSTRIALES

LEODILBER DAZA CABRERA VANESSA RAMIREZ GOMEZ JULIAN ESTEBAN OSPINA ARIAS

Trabajo de grado para optar a ttulo de Tecnlogo en Mecatrnica

Director Tecnlogo Mecnico Carlos Rodrguez Prez

UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE PEREIRA FACULTAD DE TECNOLOGIA PEREIRA

2010

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Nota de aceptacin:

Firma del presidente del jurado

Firma del jurado

Firma del jurado

Pereira, 2010

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DEDICATORIA A nuestros guas y maestros. Durante toda la elaboracin de este proyecto contamos con la ayuda de muchas personas, a todas ellas nuestros ms sinceros agradecimientos, a los docentes que durante la carrera contamos con su ayuda y colaboracin, que nos instruyeron y nos ayudaron a ser profesionales ntegros y capaces. A nuestras familias muchas gracias por siempre estar ah en todo momento, brindndonos el apoyo necesario y por ltimo y ms importante a Dios por habernos permitido llegar hasta este punto de nuestras vidas.

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AGRADECIMIENTOS En primer lugar quisiera plasmar nuestros ms sinceros agradecimientos a nuestro director Agustn Muriel el director es otra persona, a nuestro gua William Prado Martnez, por el trato personal, la confianza, los medios y la ayuda depositada. En segundo lugar brindamos nuestros agradecimientos a nuestros familiares en especial a nuestros padres, ya que ellos estuvieron presentes en todo el proceso de formacin profesional y la colaboracin anmica para la culminacin de nuestro proyecto.

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CONTENIDO INTRODUCCIN.............................................................................................................................19 1. DEFINICIN DEL PROBLEMA....................................................................................................20 1.1 PLANTEAMIENTO.................................................................................................................20 1.2 FORMULACIN.....................................................................................................................20 1.3 SISTEMATIZACIN...............................................................................................................20 2. JUSTIFICACIN..........................................................................................................................21 3. OBJETIVOS.................................................................................................................................21 3.1 OBJETIVO GENERAL............................................................................................................21 3.2OBJETIVOS ESPECIFICOS...................................................................................................21 4. METODOLOGA...........................................................................................................................22 5. CONTROL NUMRICO EN MQUINAS INDUSTRIALES...........................................................22 5.1 MARCO DE HISTRICO ......................................................................................................22 5.1.1 Control Numrico por Computadora................................................................................24 5.1.1.1 Evolucin y tendencias de los controles numricos .....................................................24 .................................................................................................................................................24 5.1.1.2 Del control numrico al control numrico computarizado ............................................27 5.1.2 Componentes que caracterizan a las mquinas CNC.....................................................29 5.1.3 Descripcin de un proceso de mando numrico: ............................................................44 ..................................................................................................................................................46 5.1.4 Programacin..................................................................................................................46 5.1.4.2 Mtodos de programacin............................................................................................49 5.1.4 Aplicacin CAD/CAM.......................................................................................................59 5.1.4.1 CAD/CAM en el proceso de diseo y fabricacin.........................................................62 5.1.4.2 Beneficios de usar CAD/CAM para mecanizado .........................................................64 5.1.4.3 Componentes del CAD/CAM .......................................................................................65 5.1.5 Tipos de sistemas de control ..........................................................................................67 5.1.6 Tipos de circuitos de control............................................................................................69 .................................................................................................................................................69 5.1.7 Mquinas herramientas de control numrico (MHCN).....................................................70 COMPARACIN........................................................................................................................109 5.2 GLOSARIO...........................................................................................................................110 6. CONCLUSIONES.......................................................................................................................113 7. BIBLIOGRAFA...........................................................................................................................114

Favor usar letra Arial 12 para todo el texto

TABLA DE FIGURAS Esta letra es Calibri 10, debe ser Arial 12INTRODUCCIN.............................................................................................................................19 1. DEFINICIN DEL PROBLEMA....................................................................................................20 1.1 PLANTEAMIENTO.................................................................................................................20 1.2 FORMULACIN.....................................................................................................................20 1.3 SISTEMATIZACIN...............................................................................................................20 2. JUSTIFICACIN..........................................................................................................................21 3. OBJETIVOS.................................................................................................................................21 3.1 OBJETIVO GENERAL............................................................................................................21 3.2OBJETIVOS ESPECIFICOS...................................................................................................21 4. METODOLOGA...........................................................................................................................22 5. CONTROL NUMRICO EN MQUINAS INDUSTRIALES...........................................................22 5.1 MARCO DE HISTRICO ......................................................................................................22 5.1.1 Control Numrico por Computadora................................................................................24 5.1.1.1 Evolucin y tendencias de los controles numricos .....................................................24 .................................................................................................................................................24 Figura 1. Perforadora de cintas Siemens---------------------------------------------------------------25 Figura 2. Maquina semiautomtica.---------------------------------------------------------------------25 Figura 3. Control pre-programado------------------------------------------------------------------------26 5.1.1.2 Del control numrico al control numrico computarizado ............................................27 5.1.2 Componentes que caracterizan a las mquinas CNC.....................................................29 Figura 4. Unidad de gobierno------------------------------------------------------------------------------30 Figura 5. Servomotores.-------------------------------------------------------------------------------------31 Figura 6. Transductor----------------------------------------------------------------------------------------32 Figura 7. Husillos y ejes de trabajo----------------------------------------------------------------------33 Figura 8. Almacn de revlver cilndrico transferidor de herramientas----------------------34 Figura 9. Almacn en forma de plato de revolver capaz de contener hasta treinta herramientas----------------------------------------------------------------------------------------------------34 Figura 10. Almacn portaherramientas de cadena-------------------------------------------------35 Figura 11. Almacn transferidor de cadena vertical con capacidad para treinta herramientas----------------------------------------------------------------------------------------------------35 Figura 12. Esquema cinemtico del sistema cambiador de herramientas Werner-------36 Figura 13. Secuencia fotogrfica de diversas fases del cambio de una herramienta por otra. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------37 Figura 14. Conjunto del cambiador de herramientas sistema EGO-Mandelli.--------------38 Figura 15. Secuencia de movimientos del sistema cambiador de herramientas, EGOMandelli.----------------------------------------------------------------------------------------------------------39 Figura 16. Vista en planta, mostrando el sistema de almacenamiento de las herramientas y el mecanismo de cambio--------------------------------------------------------------40 Figura 17. Perspectiva del sistema cambiador de herramientas.------------------------------40 Figura 18 .Equipo ideal mnimo de portaherramientas para un dentro de mecanizado con control CNC -----------------------------------------------------------------------------------------------41 Figura 19. Extremo posterior de un portaherramientas-------------------------------------------43 Figura 20. Tres fases de funcionamiento de sistema de bloqueo y retencin de los portaherramientas---------------------------------------------------------------------------------------------43

5.1.3 Descripcin de un proceso de mando numrico: ............................................................44 Esquema sinptico de un proceso general de mando numrico, aplicado una mquina herramienta.-----------------------------------------------------------------------------------------------------44 Figura 21. Husillo de bolas circulantes, con tuerca de reglaje----------------------------------45 Figura 22. Guas de los carrocen mquinas con CNC.----------------------------------------------46 ..................................................................................................................................................46 5.1.4 Programacin..................................................................................................................46 5.1.4.2 Mtodos de programacin............................................................................................49 Figura 23. Planos de contorno-----------------------------------------------------------------------------54 Figura 24. Plano de superficies----------------------------------------------------------------------------55 Figura 25 Paradas en el espacio.-------------------------------------------------------------------------55 Figura 26. Secuencia de instrucciones------------------------------------------------------------------56 Figura 27. Mecanizado de contorno----------------------------------------------------------------------56 Figura 28. Planos de contorno-----------------------------------------------------------------------------58 5.1.4 Aplicacin CAD/CAM.......................................................................................................59 Figura 29. Ciclo de producto tpico ----------------------------------------------------------------------60 Figura 30. Supervisin y control--------------------------------------------------------------------------61 Figura 31. Un modelo de elemento finito usado para anlisis de tensin y trmico ----62 5.1.4.1 CAD/CAM en el proceso de diseo y fabricacin.........................................................62 Figura 32. Diagrama de bloques de los procesos de CAM y CAD-------------------------------63 5.1.4.2 Beneficios de usar CAD/CAM para mecanizado .........................................................64 Figura 33. Modelo de sombras generado por una computadora-------------------------------65 5.1.4.3 Componentes del CAD/CAM .......................................................................................65 5.1.5 Tipos de sistemas de control ..........................................................................................67 Figura 34. Control numrico punto a punto, controla la posicin pero no la trayectoria -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------68 Figura 35. Control numrico paraxial, mecaniza los segmentos rectilneos paralelos a los ejes------------------------------------------------------------------------------------------------------------68 Figura 36. Control numrico contino, pueden seguir todo tipo de contornos-------------69 5.1.6 Tipos de circuitos de control............................................................................................69 .................................................................................................................................................69 Figura 37. Componentes de un sistema de control de (a) lazo cerrado y (b) lazo abierto -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------69 5.1.7 Mquinas herramientas de control numrico (MHCN).....................................................70 Figura 38. Torno CNC-----------------------------------------------------------------------------------------73 Figura 39. Taladradora CNC--------------------------------------------------------------------------------75 Figura 40. Diferentes tipos de los centro de mecanizados por control numrico---------77 Figura 41. Centro de mecanizado gobernado por control numrico.--------------------------78 Figura 42. Centro de mecanizado, que permite al operador fcil acceso a todos los punto vitales de la mquina--------------------------------------------------------------------------------79 Figura 43. Centro de mecanizado. Gobernado por el control numrico despojado de almacn transferidor de herramientas.-----------------------------------------------------------------79 Figura 44. Fresadora CNC-----------------------------------------------------------------------------------82 Figura 45. Rectificadora CNC-------------------------------------------------------------------------------83 Figura 46. Mandrinadora CNC------------------------------------------------------------------------------85 Figura 47. Plegadora CNC-----------------------------------------------------------------------------------86

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Figura 48. Punzonadora CNC-------------------------------------------------------------------------------87 Figura 49. Mesa de Posicionamiento y medicin----------------------------------------------------88 Figura 50. Zoom de la mesa de posicionamiento---------------------------------------------------88 Figura 51. Varios tipos de mesas de posicionamiento---------------------------------------------89 Figura 52. Bungard ATC-------------------------------------------------------------------------------------89 Figura 53. Bungard ATC. Vista superior----------------------------------------------------------------90 Figura 54. Bungard ATC. Vista trasera-----------------------------------------------------------------90 Figura 55. Bungard ATC. Vista Lateral------------------------------------------------------------------90 Figura 56. Bungard ATC. Modulo eje Z------------------------------------------------------------------90 Figura 57. Bungard ATC. Movimiento eje Z------------------------------------------------------------90 Figura 58. Bungard ATC. Vista Trasera-----------------------------------------------------------------90 Figura 59. Unidad de Control-------------------------------------------------------------------------------92 Figura 60. Vlvula de aire-----------------------------------------------------------------------------------93 Figura 61. Porta Herramientas----------------------------------------------------------------------------93 Figura 62. Eje con porta Brocas---------------------------------------------------------------------------94 Figura 63. Tipos de brocas----------------------------------------------------------------------------------94 Figura 64. Barra de herramientas------------------------------------------------------------------------94 Figura 65. Entorno del Software--------------------------------------------------------------------------95 Figura 66. Representacin de perforacin-------------------------------------------------------------97 Figura 67.Parametros de configuracin ----------------------------------------------------------------98 Figura 68. Casilla de Herramientas ---------------------------------------------------------------------99 Figura 69. Configuracin y edicin de herramientas---------------------------------------------100 Figura 70. Cambio Automtica de herramientas --------------------------------------------------100 Figura 71. Modo Offset ------------------------------------------------------------------------------------101 Figura 72. Inicio modo de trabajo-----------------------------------------------------------------------102 Figura 73. Cuadro copia------------------------------------------------------------------------------------103 Figura 74. Pantgrafo---------------------------------------------------------------------------------------104 Figura 75. Ejemplo de Pantografa----------------------------------------------------------------------104 Figura 76. Mquina Grabadora--------------------------------------------------------------------------106 Figura 77. Ejemplo de 3D----------------------------------------------------------------------------------107 Figura 78. Ejemplo de 2D----------------------------------------------------------------------------------107 Figura 79. Tecnia S.A---------------------------------------------------------------------------------------108 Figura 80.-------------------------------------------------------------------------------------------------------108 Figura 81--------------------------------------------------------------------------------------------------------108 COMPARACIN........................................................................................................................109 5.2 GLOSARIO...........................................................................................................................110 6. CONCLUSIONES.......................................................................................................................113 7. BIBLIOGRAFA...........................................................................................................................114

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TABLAS Esta letra es Calibri 10, debe ser Arial 12INTRODUCCIN.............................................................................................................................19 1. DEFINICIN DEL PROBLEMA....................................................................................................20 1.1 PLANTEAMIENTO.................................................................................................................20 1.2 FORMULACIN.....................................................................................................................20 1.3 SISTEMATIZACIN...............................................................................................................20 2. JUSTIFICACIN..........................................................................................................................21 3. OBJETIVOS.................................................................................................................................21 3.1 OBJETIVO GENERAL............................................................................................................21 3.2OBJETIVOS ESPECIFICOS...................................................................................................21 4. METODOLOGA...........................................................................................................................22 5. CONTROL NUMRICO EN MQUINAS INDUSTRIALES...........................................................22 5.1 MARCO DE HISTRICO ......................................................................................................22 5.1.1 Control Numrico por Computadora................................................................................24 5.1.1.1 Evolucin y tendencias de los controles numricos .....................................................24 .................................................................................................................................................24 Figura 1. Perforadora de cintas Siemens---------------------------------------------------------------25 Figura 2. Maquina semiautomtica.---------------------------------------------------------------------25 Figura 3. Control pre-programado------------------------------------------------------------------------26 Tabla 1. Desarrollo del control numrico______________________________________________27 5.1.1.2 Del control numrico al control numrico computarizado ............................................27 Tabla 2. Ventajas y desventajas de CNC______________________________________________29 5.1.2 Componentes que caracterizan a las mquinas CNC.....................................................29 Figura 4. Unidad de gobierno------------------------------------------------------------------------------30 Figura 5. Servomotores.-------------------------------------------------------------------------------------31 Figura 6. Transductor----------------------------------------------------------------------------------------32 Figura 7. Husillos y ejes de trabajo----------------------------------------------------------------------33 Figura 8. Almacn de revlver cilndrico transferidor de herramientas----------------------34 Figura 9. Almacn en forma de plato de revolver capaz de contener hasta treinta herramientas----------------------------------------------------------------------------------------------------34 Figura 10. Almacn portaherramientas de cadena-------------------------------------------------35 Figura 11. Almacn transferidor de cadena vertical con capacidad para treinta herramientas----------------------------------------------------------------------------------------------------35 Figura 12. Esquema cinemtico del sistema cambiador de herramientas Werner-------36 Figura 13. Secuencia fotogrfica de diversas fases del cambio de una herramienta por otra. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------37 Figura 14. Conjunto del cambiador de herramientas sistema EGO-Mandelli.--------------38 Figura 15. Secuencia de movimientos del sistema cambiador de herramientas, EGOMandelli.----------------------------------------------------------------------------------------------------------39 Figura 16. Vista en planta, mostrando el sistema de almacenamiento de las herramientas y el mecanismo de cambio--------------------------------------------------------------40 Figura 17. Perspectiva del sistema cambiador de herramientas.------------------------------40

Figura 18 .Equipo ideal mnimo de portaherramientas para un dentro de mecanizado con control CNC -----------------------------------------------------------------------------------------------41 Figura 19. Extremo posterior de un portaherramientas-------------------------------------------43 Figura 20. Tres fases de funcionamiento de sistema de bloqueo y retencin de los portaherramientas---------------------------------------------------------------------------------------------43 5.1.3 Descripcin de un proceso de mando numrico: ............................................................44 Esquema sinptico de un proceso general de mando numrico, aplicado una mquina herramienta.-----------------------------------------------------------------------------------------------------44 Figura 21. Husillo de bolas circulantes, con tuerca de reglaje----------------------------------45 Figura 22. Guas de los carrocen mquinas con CNC.----------------------------------------------46 ..................................................................................................................................................46 5.1.4 Programacin..................................................................................................................46 Tabla 3. Pasos para una buena programacin_________________________________________48 5.1.4.2 Mtodos de programacin............................................................................................49 Tabla 4. Funciones generales_________________________________________________________51 Tabla 5. Funciones Preparatorias____________________________________________________52 Tabla 6. Funciones Auxiliares_________________________________________________________52 Figura 23. Planos de contorno-----------------------------------------------------------------------------54 Figura 24. Plano de superficies----------------------------------------------------------------------------55 Figura 25 Paradas en el espacio.-------------------------------------------------------------------------55 Figura 26. Secuencia de instrucciones------------------------------------------------------------------56 Figura 27. Mecanizado de contorno----------------------------------------------------------------------56 Tabla 7. Sintaxis de postproceso______________________________________________________56 Figura 28. Planos de contorno-----------------------------------------------------------------------------58 5.1.4 Aplicacin CAD/CAM.......................................................................................................59 Figura 29. Ciclo de producto tpico ----------------------------------------------------------------------60 Figura 30. Supervisin y control--------------------------------------------------------------------------61 Figura 31. Un modelo de elemento finito usado para anlisis de tensin y trmico ----62 5.1.4.1 CAD/CAM en el proceso de diseo y fabricacin.........................................................62 Figura 32. Diagrama de bloques de los procesos de CAM y CAD-------------------------------63 Tabla 8. Herramientas CAD para el proceso de diseo________________________________64 Tabla 9. Herramientas CAM para el proceso de diseo_______________________________64 5.1.4.2 Beneficios de usar CAD/CAM para mecanizado .........................................................64 Figura 33. Modelo de sombras generado por una computadora-------------------------------65 5.1.4.3 Componentes del CAD/CAM .......................................................................................65 5.1.5 Tipos de sistemas de control ..........................................................................................67 Figura 34. Control numrico punto a punto, controla la posicin pero no la trayectoria -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------68 Figura 35. Control numrico paraxial, mecaniza los segmentos rectilneos paralelos a los ejes------------------------------------------------------------------------------------------------------------68 Figura 36. Control numrico contino, pueden seguir todo tipo de contornos-------------69 5.1.6 Tipos de circuitos de control............................................................................................69 .................................................................................................................................................69 Figura 37. Componentes de un sistema de control de (a) lazo cerrado y (b) lazo abierto -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------69 5.1.7 Mquinas herramientas de control numrico (MHCN).....................................................70

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Figura 38. Torno CNC-----------------------------------------------------------------------------------------73 Figura 39. Taladradora CNC--------------------------------------------------------------------------------75 Figura 40. Diferentes tipos de los centro de mecanizados por control numrico---------77 Figura 41. Centro de mecanizado gobernado por control numrico.--------------------------78 Figura 42. Centro de mecanizado, que permite al operador fcil acceso a todos los punto vitales de la mquina--------------------------------------------------------------------------------79 Figura 43. Centro de mecanizado. Gobernado por el control numrico despojado de almacn transferidor de herramientas.-----------------------------------------------------------------79 Figura 44. Fresadora CNC-----------------------------------------------------------------------------------82 Figura 45. Rectificadora CNC-------------------------------------------------------------------------------83 Figura 46. Mandrinadora CNC------------------------------------------------------------------------------85 Figura 47. Plegadora CNC-----------------------------------------------------------------------------------86 Figura 48. Punzonadora CNC-------------------------------------------------------------------------------87 Figura 49. Mesa de Posicionamiento y medicin----------------------------------------------------88 Figura 50. Zoom de la mesa de posicionamiento---------------------------------------------------88 Figura 51. Varios tipos de mesas de posicionamiento---------------------------------------------89 Figura 52. Bungard ATC-------------------------------------------------------------------------------------89 Figura 53. Bungard ATC. Vista superior----------------------------------------------------------------90 Figura 54. Bungard ATC. Vista trasera-----------------------------------------------------------------90 Figura 55. Bungard ATC. Vista Lateral------------------------------------------------------------------90 Figura 56. Bungard ATC. Modulo eje Z------------------------------------------------------------------90 Figura 57. Bungard ATC. Movimiento eje Z------------------------------------------------------------90 Figura 58. Bungard ATC. Vista Trasera-----------------------------------------------------------------90 Figura 59. Unidad de Control-------------------------------------------------------------------------------92 Figura 60. Vlvula de aire-----------------------------------------------------------------------------------93 Figura 61. Porta Herramientas----------------------------------------------------------------------------93 Figura 62. Eje con porta Brocas---------------------------------------------------------------------------94 Figura 63. Tipos de brocas----------------------------------------------------------------------------------94 Figura 64. Barra de herramientas------------------------------------------------------------------------94 Figura 65. Entorno del Software--------------------------------------------------------------------------95 Figura 66. Representacin de perforacin-------------------------------------------------------------97 Figura 67.Parametros de configuracin ----------------------------------------------------------------98 Figura 68. Casilla de Herramientas ---------------------------------------------------------------------99 Figura 69. Configuracin y edicin de herramientas---------------------------------------------100 Figura 70. Cambio Automtica de herramientas --------------------------------------------------100 Figura 71. Modo Offset ------------------------------------------------------------------------------------101 Figura 72. Inicio modo de trabajo-----------------------------------------------------------------------102 Figura 73. Cuadro copia------------------------------------------------------------------------------------103 Figura 74. Pantgrafo---------------------------------------------------------------------------------------104 Figura 75. Ejemplo de Pantografa----------------------------------------------------------------------104 Figura 76. Mquina Grabadora--------------------------------------------------------------------------106 Figura 77. Ejemplo de 3D----------------------------------------------------------------------------------107 Figura 78. Ejemplo de 2D----------------------------------------------------------------------------------107 Figura 79. Tecnia S.A---------------------------------------------------------------------------------------108 Figura 80.-------------------------------------------------------------------------------------------------------108 Figura 81--------------------------------------------------------------------------------------------------------108

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COMPARACIN........................................................................................................................109 5.2 GLOSARIO...........................................................................................................................110 6. CONCLUSIONES.......................................................................................................................113 7. BIBLIOGRAFA...........................................................................................................................114

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CONTROL NUMRICO EN MQUINAS INDUSTRIALES INTRODUCCIN La presente investigacin se refiere al papel que juega el control numrico en las mquinas industriales y el desarrollo del mismo pensando en dar solucin a problemas de dificultad tcnica en el diseo de objetos complejos como por ejemplo la fabricacin de un perfil interno de una pieza con dificultad de acceso por parte de la herramienta a utilizarse. Al observar que en la actualidad la industria tiene trazado el objetivo de lograr realizar tareas sin la intervencin humana por medio de mquinas capaces de llevar a cabo procesos mediante sistemas automticos programables, se hace necesario intervenir en el mbito de la historia, desarrollo, programacin y las posibles utilizaciones dentro de la industria del control numrico. Otro nuevo concepto a incluir dentro de este trabajo es el de mquina-herramienta donde se configuran distintas tecnologas por medio de la integracin de la electrnica, mecnica, el control y la programacin; adems de lograr la interaccin con otras mquinas o secciones de una industria especifica; donde el control numrico (CN) es la base de apoyo a tecnologas integradas como: la fabricacin flexible (FMS) y la fabricacin integrada por computadora (CIM), este tipo de mquinas llevan a cabo la trasformacin fsica de un modelo desarrollado por el diseo asistido por computador (CAD).

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1. DEFINICIN DEL PROBLEMA 1.1 PLANTEAMIENTO La mquina-herramienta juega un rol fundamental en el desarrollo tecnolgico del mundo hasta el punto que no es una exageracin decir que la tasa del desarrollo de mquinas-herramientas gobierna directamente la tasa del desarrollo industrial. Las necesidades de fabricar productos que no se podan conseguir en cantidad y calidad suficientes sin recurrir a la automatizacin del proceso de fabricacin, productos hasta entonces imposibles o muy difciles de fabricar por ser excesivamente complejos para ser controlados por un operador humano, fabricar productos a precios suficientemente bajos. Debido a estas necesidades, se introdujeron mejoras por la aparicin de las mquinas-herramientas y los nuevos requisitos que se sumaban da a da forzaron al reemplazo del operador-hombre. As comenz la introduccin del control numrico en los procesos de fabricacin. Por consiguiente es donde se encuentra como solucin la utilizacin del control numrico computarizado (CNC), ya que este nos eliminar da las caractersticas necesarias como precisin, rapidez, seguridad, flexibilidad y mayor fiabilidad en cuanto al recorrido de trayectorias. Estos procesos tienen como principio la utilizacin de software, tal como el diseo asistido por computador (CAD), para ordenarle las instrucciones ms simples y las coordenadas, proporcionndole propiedad a las precisiones milimtricas. Esto lo convierte en un sistema propiamente mecatrnico, combinando la programacin, electrnica, mecnica, elctrica y la neumtica. 1.2 FORMULACIN Qu comparacin se puede establecer con los diferentes tipos de CNC y su aplicacin en las mquinas industriales? 1.3 SISTEMATIZACIN Cules son los diferentes tipos de CNC? Cmo identificar el lenguaje de mquina? Cmo describir las diferentes aplicaciones industriales?

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2. JUSTIFICACIN Se trata principalmente de realizar un anlisis de investigacin con el fin de conocer ms a fondo los sistemas de control numrico computarizado (CNC) y sus diferentes aplicaciones en las mquinas industriales; con el fin de realizar una comparacin de las diferentes tecnologas y caractersticas. El Control Numrico se puede definir de una forma genrica como un dispositivo de automatizacin de una mquina que, mediante una serie de instrucciones codificadas, controla su funcionamiento. Cada programa establece un determinado proceso a realizar por la mquina. Una misma mquina puede efectuar automticamente procesos distintos sustituyendo solamente su programa de trabajo. Permite, por tanto, una elevada flexibilidad de funcionamiento con respecto a las mquinas convencionales en la que los automatismos se conseguan mediante sistemas mecnicos o elctricos complicados y algunas veces casi imposibles de modificar. Los tornos, fresadoras, taladros, centros de maquinados, pantgrafos y punzonadoras, han sido de gran importancia en la evolucin tanto de la maquinaria como del control de ellas, buscado aumentar la productividad, la flexibilidad y la precisin, al tiempo que se mejoran las condiciones de seguridad de los trabajadores. Todo ello lgicamente acompaado por la incorporacin de los sistemas de control, donde se debern manejar diferentes programas dependiendo el tipo de trabajo que se desee realizar.

3. OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GENERAL Comparar los distintos tipos de CNC y su aplicacin en mquinas industriales 3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS Diferenciar los tipos de CNC Identificar el lenguaje de mquina. (Programacin)..Cambiar por: Identificar los lenguajes de programacin utilizados en mquinas de control numrico Describir las diferentes aplicaciones del control numrico en las mquinas industriales.

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4. METODOLOGA En el desarrollo de este proyecto se opta por utilizar el tipo de investigacin monogrfica basada en la elaboracin de una descripcin terica del Control Numrico y su aplicacin en mquinas industriales. Etapa 1: Investigar metodolgicamente sobre cmo desarrollar una monografa. Etapa 2: Obtener informacin generalizada del desarrollo histrico del Control Numrico y su aplicacin en las mquinas industriales. Etapa 3: Preparar la informacin obtenida mediante la clasificacin. Etapa 4: Organizar la informacin segn el orden dado en el contenido. Etapa 5: Realizar el marco de referencia. Etapa 6: Conclusiones. 5. CONTROL NUMRICO EN MQUINAS INDUSTRIALES 5.1 MARCO DE HISTRICO Las mquinas de mecanizado equipadas con sistema de control numrico realizan operaciones de torneado, fresado, taladrado, mandrinado de una forma automatizada y con gran precisin gracias al sistema de control electrnico que incorporan. Son comunes las fresadoras o tornos de control numrico, pero tambin existen centros de mecanizado que son adecuados y pueden realizar varios tipos de operaciones sobre una misma pieza. Normalmente son mquinas para trabajar piezas de pequeo o mediano tamao, aunque el sistema de control numrico tambin se puede incorporar en mquinas de mecanizado de gran tamao. Este tipo de mquinas son muy interesantes para la realizacin de grandes series o para la mecanizacin de gran precisin. El operario nicamente interviene en la preparacin de la mquina, es decir el reglaje, colocacin de las herramientas, amarre de la pieza si es necesario (algunas incorporan un sistema de alimentacin); una vez realizadas estas operaciones seleccionaran un programa establecido realizado por el u otro tcnico y comenzara la produccin vigilando nicamente el desarrollo de la mecanizacin si se determina necesario. Las aplicaciones ms conocidas de las mquinas industriales que se pueden encontrar, son los centros de mecanizado, equipos de transporte, lneas de ensamblaje, prensas, mquinas de trabajo en madera, mquinas de embalaje y empaquetado, troqueladoras y punzonadoras. Un sistema de control numrico por computador (CNC) con la ayuda de dispositivos posicionadores, permite generar posicionamientos punto a punto en el que el control determina a partir de la informacin suministrada por el programa y22

antes de iniciarse el movimiento, el camino total a recorrer. Posteriormente se realiza dicho posicionamiento, sin importar en absoluto la trayectoria recorrida, puesto que lo nico que importa es alcanzar con precisin y rapidez el punto en cuestin. Si se requieren trayectorias que no sean punto a punto, es necesario que el sistema posea caractersticas especiales, para este fin se utilizan dispositivos de control que son capaces de seguir trayectorias para realizar contorneados. El control numrico por computadora (CNC) se utiliza para controlar los movimientos de los componentes de una mquina por medio de nmeros. Las mquinas y herramientas con control numrico se clasifican de acuerdo al tipo de operacin de corte. Un nuevo enfoque para optimizar las operaciones de maquinado es el control adaptativo. Mientras el material se est maquinando, el sistema detecta las condiciones de operaciones como la fuerza, temperatura de la punta de la herramienta, rapidez de desgaste de la herramienta y acabado superficial. Convierte estos datos en control de avance y velocidad que permita a la mquina a cortar en condiciones optimas para obtener mxima productividad. Se espera que los controles adaptativos, combinados con los controles numricos y las computadoras, produzcan una mayor eficiencia en las operaciones de trabajos con los metales. Los sistemas de contorneado gobiernan no solo la posicin final si no tambin el movimiento en cada instante de los ejes en los cuales se realiza la interpolacin. En estos equipos deber existir una sincronizacin perfecta entre los distintos ejes, controlndose, por tanto, la trayectoria real que debe seguir la herramienta, el dispositivo de ensamble o posicionamiento. Con estos sistemas se pueden generar recorridos tales como rectas con diferentes pendientes, interpolaciones circulares, cnicas o cualquier curva definible matemticamente. Para el diseo estructural de las diferentes mquinas que contienen dispositivos posicionadores, se debe tener en cuenta el anlisis de factores como la forma, los materiales de las estructuras, esfuerzos, peso, consideraciones de fabricacin y rendimiento. Por lo tanto el diseo debe ser direccionado a obtener las mejores relaciones de rigidez estructural y la compensacin de las deflexiones con el uso de controles especiales. La correcta seleccin de la relacin resistencia/peso ofrece alta rigidez dinmica porque suministra una frecuencia natural mediante la combinacin de una elevada resistencia esttica con un peso reducido.

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5.1.1 Control Numrico por Computadora Desde los orgenes del control numrico todos los esfuerzos se han encaminado a incrementar la productividad, precisin, rapidez y flexibilidad de las mquinasherramienta. Su uso ha permitido la mecanizacin de piezas muy complejas, especialmente en la industria aeronutica, que difcilmente se hubieran podido fabricar de forma manual. La utilizacin de sistemas de control abiertos aportar considerables beneficios, no slo a los fabricantes de control y fabricantes de mquina-herramienta, sino tambin al usuario final. Permitir la integracin de mdulos propios, dando as a una empresa la posibilidad de implementar, por ejemplo, su sistema de programacin especfico tanto a pie de mquina como en el departamento de programacin. Al basarse en estndares, en un entorno de manufactura integrada por computador (CIM) ser fcil y econmica. Tambin se obtendrn una reduccin del tiempo de desarrollo y un incremento de la flexibilidad en la adaptacin de los controles a las demandas especiales de las mquinas-herramienta y clulas de produccin. Finalmente, se reducirn los precios de desarrollo, adaptacin, puesta en marcha, formacin, documentacin y mantenimiento. Las mquinas herramienta de control numrico configuran una tecnologa de fabricacin que de la mano de la microelectrnica, la automtica y la informtica industrial ha experimentado en los ltimos aos un desarrollo acelerado y una plena incorporacin a los procesos productivos, desplazando progresivamente a las mquinas convencionales, su capacidad de trabajo automtico y de integracin de los distintos equipos entre s y con los sistemas de control, planificacin y gestin de formacin, hacen del control numrico (CN) la base de apoyo a unas tecnologas de fabricacin: el COM.- fabricacin flexible y el CIM fabricacin integrado por computadora. Los elementos bsicos del Control Numrico son: El programa, que contiene toda la informacin de las acciones a ejecutar. El Control Numrico, que interpreta estas instrucciones, las cuales convierte en las seales correspondientes para los rganos de accionamiento de la mquina y comprueba los resultados. La mquina, que ejecuta operaciones previstas. 5.1.1.1 Evolucin y tendencias de los controles numricos En sus comienzos las mquinas dependan enteramente de la manipulacin directa de uno o varios operarios para cada una de las funciones de las mismas. Desde hacer funcionar el mecanismo de movimiento hasta hacer avanzar la herramienta.24

Los controles de las mquinas se dividen en cuatro categoras: 1. Control manual completo 2. Control cclico, tanto automtico como semiautomtico 3. Control seguidor o duplicador 4. Control por mando pre-programado Para la primera categora (Figura 1), la secuencia de una mquina tpica accionada manualmente podra seguir la siguiente secuencia: Poner en marcha el husillo, Conectar el refrigerante, despus Posicionar la herramienta, Hacer avanzar la herramienta a la profundidad de corte, Poner en marcha la carrera de corte transversal, Detener esta ltima al completar el corte, Retirar la herramienta, Desconectar el refrigerante y por ultimo Parar el husillo. En este caso el operario realmente controla cada funcin y toma todas las decisiones en cuanto a velocidades, avances, profundidad y longitud del corte, y tiempo de la secuencia.Figura 1. Perforadora de cintas Siemens

Fuente: [10] se debe colocar el nombre de la fuente

En la segunda categora se disearon los controles de las mquinas de manera que se pueda colocar un ciclo de corte predeterminado por medio de levas, topes mecnicos o interruptores elctricos de lmite. En este caso el operario pone en funcionamiento el ciclo y la mquina posiciona la herramienta, hace el avance a la profundidad preparada, recorre la carrera de corte, retira la herramienta, regresa a la posicin inicial y detiene el funcionamiento. (Ver Figura 2).Figura 2. Maquina semiautomtica.


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La tercera categora proporciona controles para contornos complejos, tanto en dos como en tres dimensiones, se los nombra controles seguidores o duplicadores. Es necesario poseer un patrn. La cuarta categora de controles cubre las mquinas que han sido diseadas para ser controladas por medio de seales o mandatos de una fuente pre-programada. La informacin para las rdenes de mando se coloca en las mquinas en muchas formas. (Ver Figura 3)Figura 3. Control pre-programado


La industria metalmecnica cambi drsticamente durante la Segunda Guerra Mundial (1939 - 1945). Los ambiciosos proyectos de la industria area (de la Fuerza Area norteamericana) comenzaron a requerir la manufactura de piezas complicadas y exactas. La Parsons Corporation 1a su vez subcontrat el desarrollo del sistema de control al Laboratorio de Servomecanismos del MIT. En 1952 la mquina mecanizadora Cincinnati Hydrotel 2de tres ejes controlada con tecnologa digital fue desarrollada. Esta tecnologa digital es la que se conoce como control numrico (CN).

A continuacin en la tabla 1 se muestra el desarrollo del control numrico.1

Es una ingeniera , construccin e infraestructura tcnica y de gestin de la empresa de servicios con sede en Pasadena, California . Fundada en 1944 por el ingeniero Ralph M. Parsons, Parsons Corporation es actualmente una de las mayores compaas en el Estados Unidos.2

Se utilizo una cinta de perforaciones como los medios de comunicacin de entrada.

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Tabla 1. Desarrollo del control numrico

Fecha 1725 1863 1870 1890 1880 1940 1945 1947 1951 1955 1956

1960

Descripcin Mquinas de tejer construidas en Inglaterra, controladas por tarjetas perforadas. M. Forneaux- primer piano que toc automticamente Eli Whitney- desarrollo de plantillas y dispositivos. "Sistema norteamericano de manufactura de partes intercambiables. Introduccin de una variedad de herramientas para el maquinado de metales. Comienzo del nfasis en la produccin a gran escala. Introduccin de los controles hidrulicos, neumticos y electrnicos. Aumento del nfasis en el maquinado automtico. Comienzo de la investigacin y desarrollo del control numrico. Comienzo de los experimentos de produccin a gran escala con control numrico. John Parsons, Parsons Corporation, Michigan. Desarrollo de un sistema de control que dirigi un huso a muchos puntos de sucesin Primera mquina de tres ejes de control numrico, la herramienta de la cinta Mquina de avance Las herramientas automatizadas comenzaron a aparecer en las plantas de produccin para la Fuerza Area de produccin de los Estados Unidos Hay concentracin en la investigacin y el desarrollo del control numrico. Hasta la actualidad Se crean varios sistemas nuevos de control numrico. Se perfeccionaron las aplicaciones a la produccin de una gama ms grande de procedimientos de maquinado de metales. Se idearon aplicaciones a otras actividades diferentes del maquinado de metales. Se utilizaron insumos computarizados de control numrico. Se utilizan documentos computarizados de planeacin grficos por control numrico. Se han desarrollado procedimientos computarizados de trazo de curvas de nivel por control numrico, a bajo costo. Se han establecido centros de maquinado para utilizacin general.Fuente: [6] se debe colocar el nombre de la fuente

5.1.1.2 Del control numrico al control numrico computarizado27

Los primeros controladores numricos en los 50 usaban tubos al vaco y eran extremadamente grandes. Llegando a la dcada del 60 se comenz a usar transistores en los circuitos lgicos y lazos de control numrico. La tercera generacin usaba circuitos integrados y consecuentemente se volvieron menos costosas y ms pequeas. Algunas siguen hoy en da en operacin. La informacin que requieren las mquinas es mantenida en cintas perforadas e insertada a los controladores en lectores de cintas. Cerca de los 70 se comenzaron a usar computadoras en vez de las unidades controladoras en los sistemas de CN. Esto produjo la aparicin del Control numrico Computarizado (CNC) y del Control numrico Directo (CND). El CNC es un medio contenedor del sistema de CN para una mquina-herramienta simple incluyendo una computadora controlada por instrucciones almacenadas para mejorar algunas o todas las funciones bsicas del CN. El programa puede ser preparado desde un lugar remoto, y puede incorporar informacin obtenida de software de diseo y de simulaciones de maquinado. Pero tambin el operador puede fcilmente programar en forma manual desde la computadora que contiene la mquina, adems de poder modificar los programas anteriores y guardarlos. Como esas computadoras son de pequeo tamao y con una gran memoria, el CNC es hoy en da usado ampliamente. El CND es directamente controlado por una computadora central, el operador tiene acceso a dicha computadora a travs de un terminal remoto. Entonces, se elimina el manejo de cintas o la necesidad de tener una computadora para cada mquina, y el estado de todas las mquinas puede ser monitoreado desde la computadora central. Sin embargo, la principal desventaja es que si deja de funcionar esa computadora central, todas las mquinas dejan de operar. Ms tarde se implement el uso de un servidor con varios terminales (uno para cada mquina). Esto le daba ms memoria y capacidad, pero segua teniendo el mismo problema; por consiguiente el CNC se convirti mucho ms usado para sistemas de manufactura, principalmente por su flexibilidad y el bajo requerimiento de inversin. La preferencia al CNC en vez del CND se increment como resultado de la disponibilidad y reduccin de los costos de los minicomputadores y microcomputadores. Uno de los objetivos del CNC es el reemplazo de lo que se pueda del hardware convencional de los CN como sea posible con software y simplificar el hardware remanente. Una nueva rama de las mquinas-herramientas a CN son los llamados centros de mecanizado y centros de torneado, los cuales incorporan en una sola mquina con funciones de otras mquinas. Un centro de mecanizado puede tener mltiples herramientas para realizar varias operaciones como taladrado, fresado. Otras mquinas con CN incluyen mquinas soldadoras, dobladoras de tubos, mquinas de inspeccin, mquinas de cableado.28

Hoy en da sofisticadas mecanizadoras a CN mantienen control sobre seis ejes de movimiento y pueden literalmente esculpir complejas superficies. Una computadora controla la posicin y velocidad de los motores que accionan los ejes de la mquina. Gracias a esto, puede hacer movimientos que no se pueden lograr manualmente como crculos, lneas diagonales y figuras complejas tridimensionales. Las mquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo en los tres ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales como las que se requieren para el maquinado de complejos moldes y troqueles En una mquina CNC una computadora controla el movimiento de la mesa, el carro y el husillo. Una vez programada la mquina, sta ejecuta todas las operaciones por s sola, sin necesidad de que el operador est manejndola. Esto permite aprovechar mejor el tiempo del personal para que sea ms productivo. A continuacin en la tabla 2 se muestran las ventajas y desventajas del control numrico.Tabla 2. Ventajas y desventajas de CNC

Ventajas Facilidad de operacin Programacin ms sencilla Mayor exactitud Adaptabilidad flexibilidad de la mquina puede producir cierta pieza seguido por otras con diferentes formas La combinacin del diseo con computadora permite editar, depurar programas Altas velocidades y mayor productividad Reduccin de los tiempos de ciclos Ahorro de herramientas

Desventajas Alto porcentaje de piezas rechazadas Los factores que se deben estudiar con cuidado son el alto costo inicial del equipo Existe cada vez una mayor exigencia en la precisin Los diseos son cada vez ms complejos Se tiende a incrementar los tiempos de inspeccin La formacin de instructores es cada vez ms difcil, pues se hace necesario personal cada vez ms experimentado. Las fallas o roturas son muy costosas Trayectorias y velocidades ms ajustadas. Menor revisin constante de los planos Menor verificacin de medidas entre operaciones Utilizacin de herramientas ms universales


5.1.2 Componentes que caracterizan a las mquinas CNC Para tener un conocimiento ms completo acerca de estas mquinas se describirn la unidad de gobierno, los servomecanismos, los transductores,29

husillos y ejes de trabajo y avance componentes como almacenes transferidores de herramientas, los sistemas automticos de cambio de herramientas, las caractersticas generales de las herramientas y sus sistemas de fijacin. La unidad de gobierno: Es el elemento que contiene la informacin necesaria para todas las operaciones de desplazamientos de las herramientas, giro de los husillos, etc. Est conformada por el ordenador o procesador, que es donde se encuentra la memoria de almacenamiento de los datos de maquinado, que sern transformados en impulsos elctricos y transmitidos a los distintos motores de la mquina; y por el tablero o panel de servicio, elemento fsico por donde se ingresan los datos requeridos por el control. Ver (Figura 4).Figura 4. Unidad de gobierno


Esto se realiza mediante un teclado alfanumrico similar al teclado de una computadora, una zona de paneles de mando directo de la mquina, y un monitor (display o pantalla). Los servomecanismos: Estos se encargan principalmente de los movimientos de los carros o mesas de la mquina. Son servomotores con motores paso a paso, a corriente continua, hidrulicos. Reciben los impulsos elctricos del control, y le transmiten un determinado nmero de rotaciones o inclusive una fraccin de rotacin a los tornillos que trasladarn 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 ngulo (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.30

En los servomotores con motores de corriente continua, cuando vara la tensin, vara proporcionalmente la velocidad de giro del motor. El servomotor hidrulico, posee una servovlvula reguladora del caudal que ingresa al motor, dosificando de esta manera la velocidad de rotacin del mismo. Ver (figura 5).Figura 5. Servomotores.


Los transductores: La funcin de los mismos consiste en informar por medio de seales elctricas la posicin real de la herramienta al control, de manera que este pueda compararla con la posicin programada de la misma, y efectuar los desplazamientos correspondientes para que la posicin real sea igual a la terica. Los dispositivos de medicin pueden ser directos o indirectos. Ver (figura 6). En los de medicin directa, encontramos una regla graduada unida al carro. En cambio, en los de medicin indirecta, un cuenta vueltas reconoce la cantidad de giros que efecta el tornillo de filete esfrico del carro. Tambin podemos clasificarlos de acuerdo a sus caractersticas de funcionamiento, pudiendo ser absolutos, incrementales o absolutos-cclicos. 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 elctrico a intervalos de desplazamiento determinados, los que son acumulados por un contador de impulsos, quienes informarn al control de la suma de estos impulsos. Los ltimos, pueden decirse los ms difundidos, y funcionan de la siguiente manera:31

Qu significa?Pueden medir directamente movimientos angulares o giratorios, lo que se utiliza para determinar la coordinacin exacta de los carros con el giro del husillo en los casos de roscado, por ejemplo ]-->Qu significa?Otros miden la posicin del carro o la mesa utilizando una escala metlica 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) elctricos, que informarn sobre la mensura efectuada al control.Figura 6. Transductor


Husillos y ejes de trabajo y avances: Los husillos de trabajo en las mquinas con CNC son movidos con motores de corriente continua, generalmente, ya que los mismos permiten incrementar o decrecer el nmero de R.P.M. sin escalonamientos. Cuando se habla de ejes de trabajo o de rotacin, se refiere a las mquinas 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. Se conocen 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 x por se tendr que cambiar un eje X determinado por un avance en el sentido perpendicular al husillo, y un eje Z que ser 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, coincidir con el movimiento vertical del husillo.

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Figura 7. Husillos y ejes de trabajo


Almacenes transferidores de herramientas: La alimentacin automtica de las herramientas que deben ser utilizadas por un centro de control numrico constituye uno de los problemas bsicos del mismo, cuya solucin depende la versatilidad y el campo de utilizacin de aqul. Las caractersticas principales del almacn transferidor de herramientas con tres: capacidad, seguridad de transferencia y acceso. Evidentemente, cuanto mayor sea el nmero de herramientas tanto mayores son las posibilidades que ofrece para resolver intrincados problemas de mecanizado; adems, ahorra la necesidad de construir herramientas especiales, como brocas o fresas escalonadas, con las cuales se procura suplir la falta de herramientas suficientes. La solidez y la seguridad del mecanismo de transferencia son tambin muy importantes, ya que un fallo del sistema en el momento del cambio de herramienta puede provocar un grave dao en el mismo almacn, en el sistema transferidor de herramienta y en la propia estructura de la mquina. No debe subestimarse tampoco la importancia que un buen acceso representa para el operador, tanto para hacer la preparacin de la mquina como para su mantenimiento durante el curso del trabajo, sustituyendo o intercalando otras herramientas si es necesario. Hay 2 grandes grupos fundamentales: mecanismos de torre revlver y mecanismos de cadena. Los mecanismos del primer grupo mostrado en la figura 8. En este sistema las herramientas estas dispuestas en una serie de reglas que, en nmero de diecisis, se encuentran distribuidas sobre la periferia superior de la torre. El nmero de33

herramientas que se pueden montar en ella y utilizar se eleva en total a sesenta y cuatro.Figura 8. Almacn de revlver cilndrico transferidor de herramientas

Grafica poco claraFuente: [3] se debe colocar el nombre de la fuente

En la figura 9 muestra otro mecanismo revolver correspondiente a un almacn de diseo muy ortodoxo; se trata de un plato capaz de contener hasta treinta herramientas; debido a esto ofrece una mayor seguridad e funcionamiento y una buena accesibilidad para el operador.Figura 9. Almacn en forma de plato de revolver capaz de contener hasta treinta herramientas

Grfica poco claraFuente: [3] se debe colocar el nombre de la fuente

En los almacenes compuestos por una cadena cada uno de los eslabones de la misma lleva una herramienta. La disposicin de la cadena transferidora puede ser paralela al plano horizontal de la mquina, y situada equitativamente en la parte superior o en la parte inferior de la mquina, o perpendicular a dicho plano.34

La cadena-almacn se encuentra situada en el lado izquierdo de la mquina. La figura 10 muestra un almacn transferidor de cadena situado en la parte superior de la mquina y paralelo al plano horizontal.Figura 10. Almacn portaherramientas de cadena

Grfica poco claraFuente: [3]se debe colocar el nombre de la fuente

En la figura 11 se ilustra un ejemplo de un transferidor de cadena vertical. La disposicin de la cadena en forma de L, tiene por objeto principal alargar su longitud para incrementar el nmero de herramientas capaz de contener. Esta disposicin de almacn vertical tiene la ventaja de afectar menos la estabilidad de la mquina, y de conferirle mayor accesibilidad.Figura 11. Almacn transferidor de cadena vertical con capacidad para treinta herramientas


Sistemas automticos de cambio de herramientas. Los dispositivos cambiadores de herramientas son de diseos muy diversos, aunque genricamente varan solo en funcin de la posicin o situacin en que se encuentra el almacn transferidor de las mismas.35

La figura 12 muestra un esquema de un sistema cambiador de herramientas, su funcionamiento completo del mecanismo es descrito a continuacinFigura 12. Esquema cinemtico del sistema cambiador de herramientas Werner

Grfica poco claraFuente: [3] se debe colocar el nombre de la fuente

1. El transportador 1 presenta al vstago 4 la herramienta que se desea montar en el eje de la mquina 2. El vstago 4 accionado por el cilindro 3, avanza hasta que la pinza montada en su extremo agarra la herramienta seleccionada. 3. El vstago 4 retrocede hasta su punto de reposo y transfiere la herramienta a la horquilla 6, que forma parte del brazo 5. 4. El brazo 5 avanza en el sentido de la flecha A hasta liberar la herramienta de su cono de fijacin 5. El brazo 5 gira unos 90 sobre su eje hasta que la horquilla 7 encaja en el cuello de la herramienta montada en el rbol principal de la mquina 8. 6. El brazo 5 avanza en el sentido de la flecha A y extrae la segunda herramienta del eje principal en toda su longitud. 7. Una vez esta herramienta extrada de su alojamiento, el brazo 5 gira 180 hasta que la herramienta seleccionada queda enfrentada con el alojamiento del eje 8. 8. El brazo 5 retrocede en sentido inverso al de la flecha A y encaja entonces la nueva herramienta en su eje. 9. El brazo 5 gira nuevamente unos 90 en el sentido de las agujas de un reloj hasta quedar en posicin vertical, presenta la herramienta que extrajo del eje 8 a la pinza del vstago 4 y luego retrocede hasta que la herramienta extrada es sujetada por el vstago. 10. El transportador de tiles avanza una posicin y presenta el soporte correspondiente a la herramienta que fue extrada del eje.36

11.El vstago 4 avanza impulsando por el cilindro 3, y arrastra consigo la herramienta hasta incorporarla en el almacn transferidor. Este es el procedimiento que se sigue para el cambio de herramienta y el tiempo invertido en esto es de 9 segundos. La sucesin de los diversos movimientos del mecanismo puede verse claramente en las fotogrficas que constituyen la figura 13Figura 13. Secuencia fotogrfica de diversas fases del cambio de una herramienta por otra.


El siguiente procedimiento es utilizado principalmente en los centros de mecanizado EGO-Mandelli. Fundamentalmente consiste en un par de brazos articulados, capaces de situarse en cualquier posicin en el espacio. La figura 14 muestra el aspecto general del conjunto y las flechas indican los movimientos que37

pueden realizar cada uno de los componentes. Todos los movimientos son autnomos e independientes, para cada brazo y antebrazo.Figura 14. Conjunto del cambiador de herramientas sistema EGO-Mandelli.


Unas pinzas situadas en el extremo de los brazos son capaces de coger, la herramienta que se desea sustituir y la que se introduce. El cambio es posible cualquiera que sea la posicin en que estas se hallen, tanto si es en la mesa de la mquina como en el cabezal de la misma y comprende dos fases independientes. La primera es la seleccin de la herramienta, y se efecta mientras la mquina se encuentra trabajando. La informacin del programa relativa al nmero del til deseado provoca la rotacin del almacn transportador hasta que el til en cuestin queda adecuadamente posicionado. Una vez posicionado el til elegido, y estando en repodo el almacn transportador, el conjunto de los brazos se mueve como se ilustra en la figura 15. En la etapa A se ve el brazo 2 llevando todava el til que extrajo precedentemente del eje principal. En la etapa B se ve como el brazo 1 coge del almacn el til seleccionado que deber entrar en servicio. En la etapa C, el brazo 2 sita en el almacn el til que ya no se necesita. La segunda fase la constituye exactamente el movimiento de cambio. La informacin programada determina la secuencia operativa siguiente: detencin del movimiento del carro. Detencin y frenado del eje. Movimiento del brazo 2, para extraer del eje el til que se desea sustituir, y colocacin y alojamiento del nuevo til mediante los movimientos del brazo 1 (etapa D). Finalmente retorna el brazo a38

la posicin de reposo A, quedando a punto para reiniciar un nuevo ciclo. El tiempo total empleado en el cambio es de 12 segundos.Figura 15. Secuencia de movimientos del sistema cambiador de herramientas, EGO-Mandelli.

Grfica desalineadaFuente: [3] se debe colocar el nombre de la fuente

El siguiente sistema tiene movimientos muy simples en cuanto se refiere al mecanismo propiamente dicho para efectuar el cambio; no obstante, el hecho de que el almacn de herramientas este formado por un revlver limita el nmero de ellas a veinticinco, y por tanto reduce tambin las posibilidades de aplicacin a un determinado nmero de trabajos. El esquema de la figura 16 muestra la mquina en planta. El sistema de cambio, dibujado en trazo grueso, est formado por un brazo 1 cuyos extremos llevan unas horquillas simtricas y totalmente opuestas. El brazo 1 est montado sobre el eje A-A. 2el plato revlver, que a modo de almacn contiene las herramientas, se encuentra montado a un costado de la mquina, paralelo al eje de las Y.

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Figura 16. Vista en planta, mostrando el sistema de almacenamiento de las herramientas y el mecanismo de cambio

Grfica desalineadaFuente: [3] se debe colocar el nombre de la fuente

El camino se efecta a base de dos movimientos. Cuando se recibe la orden de cambio, el eje de trabajo de la mquina es detenido y frenado. El primer movimiento es de avance del brazo en el sentido de la flecha B, lo cual tiene como resultado la extraccin de sus respectivos alojamientos de la herramienta que se encontraba trabajando y de la que debe sustituirla, situada hasta ese instante en el plato revolver almacn. A continuacin el brazo gira 180 y, simultneamente, el plato revlver gira el ngulo necesario para situar frente al brazo el lugar donde debe depositarse la herramienta que ha terminado de trabajar. Finalizados ambos movimientos de giro, el brazo retrocede hasta su posicin original, en sentido contrario al de la flecha B, y sita as cada una de las herramientas de que es portador a su lugar respectivo, quedando nuevamente a punto de reanudar un nuevo ciclo. Una perspectiva que ilustra muy bien el conjunto del dispositivo es la figura 17.Figura 17. Perspectiva del sistema cambiador de herramientas.

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Sistemas portaherramientas. Es el encargado de establecer el eslabn de enlace entre la herramienta propiamente dicha y la mquina que debe utilizar. En el esquema de la figura 18 se muestran los diversos porta herramientas que han sido agrupados fundamentalmente segn las caractersticas de fijacin de las respectivas herramientas.Figura 18 .Equipo ideal mnimo de portaherramientas para un dentro de mecanizado con control CNC

Grfica poco legibleFuente: [3] se debe colocar el nombre de la fuente

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El primer grupo est formado por cinco portaherramientas destinados a recibir fresas de fijacin frontal de distintas formas (cnicas, cilndricas, de tres cortes, de disco, etctera). El segundo grupo engloba tres portaherramientas para herramientas con fijacin mediante cono morse. El primer mango recibe la herramienta y la fija solamente mediante e enclavamiento del cono; el segundo, adems de recibirla y fijarla por enclavamiento, la asegura con un tronillo de retencin posterior; y el tercero puede recibir un portaherramientas intermedio, que sirve para fijacin de herramientas frontales, como ocurre en los casos tercer y cuarto del primer grupo. Con estos tres portaherramientas pueden montarse seis variantes de herramientas, como se muestra en el esquema. El tercer grupo lo constituyen tres ejecuciones. La primera puede recibir tres tipos diferentes de tiles, tales como portabrocas Jacobs, portabrocas Kupfke y portafresas especiales. En la segunda puede ser utilizado como portamachos de roscar, con inversin del sentido de giro en el propio rbol de la mquina; y la tercera puede equipar un portamachos automtico de roscar, con inversin en el propio portamachos al retroceder el rbol, sin invertir ste su sentido de giro. El cuarto grupo la forma solo un porta herramientas que presenta en su extremo u plano y en su superficie dos taladros roscados; permite que se le acople una fresa, una cuchilla especial, una broca plana para perforaciones profundas, etctera. El quinto grupo se compone de tres portaherramientas destinados a recibir herramientas que deben ser fijadas mediante pinzas o collarines elsticos. El esquema muestra siete ejemplos de herramientas que pueden aplicrseles. Finalmente, el grupo sexto comprende seis portaherramientas. El primero esta destinad a recibir cartuchos de microreglaje para operaciones finas de mandrinado y ser descrito posteriormente. El segundo est destinado al montaje de herramientas de mandrinar fijas. En el tercero pueden montarse herramientas frontales de perfil constante y en el cuarto cuchillas para penetraciones frontales, rebajes o acanaladuras. El quinto es un mango portaherramientas que permite que se le monten brocas o herramientas de penetracin frontal; simultneamente, en sus planos laterales, pueden atornillarse cuchillas especiales. En el sexto pueden montrsele cartuchos microregulables a noventa grados con el eje del portaherramientas. El nmero total de portaherramientas es segn la clasificacin anterior, de veintiuno. Caractersticas fundamentales que deben tener los portaherramientas y su accionamiento: los soportes portaherramientas no solo estn asociados a las herramientas que deben llevar, sino tambin a la mquina que los tiene que42

utilizar, y por tanto deben reunir ciertas particularidades que los hagan aptos para ser manejados por mecanismos accionada automticamente. La figura 19 muestra el extremo posterior de un portaherramientas. Estos deben cumplir las siguientes condiciones: a) Facilidad de bloqueo. b) Inmovilizacin contra la rotacin sobre su eje geomtrico. c) Posibilidad de modificar la longitud del conjunto para asegurar su tensin de fijacin en sentido axial. d) Posibilidad de quedar sujeto mediante una pinza de amarre que asegure la fijacin axial.Figura 19. Extremo posterior de un portaherramientas


La figura 20, muestra tres fases del funcionamiento del sistema. En la primera, las pinzas estn abiertas, y como consecuencia el portaherramientas tanto pueden entrar como salir de su alojamiento, segn indican las flechas.Figura 20. Tres fases de funcionamiento de sistema de bloqueo y retencin de los portaherramientas


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La segunda fase corresponde al instante de introduccin y fijacin de portaherramientas; y la tercera muestra el portaherramientas sujeto en el rbol a punto de trabajar. 5.1.3 Descripcin de un proceso de mando numrico:Esquema sinptico de un proceso general de mando numrico, aplicado una mquina herramienta.


El sistema lector transmite la informacin contenida en la cinta a un generador de impulsos, el cual la transforma en los correspondientes impulsos elctricos, que penetran en una de las entradas de un calculador. Por la otra entrada se introducen las seales procedentes de un tactor, representativas de la posicin instantnea del carro de la mquina. En funcin de la informacin de mando y de la posicin de la herramienta, el calculador determina el movimiento que e correspondiente rgano de la quina debe ejecutar. La seal de mando es amplificada mediante dos cadenas sucesivas de amplificadores y transmitida finalmente al servo motor. Una dinamo tacomtrica montada en el eje de este ltimo proporciona una seal de comparacin, que es retroalimentada a la primera etapa de amplificacin. El circuito descrito sirve en principio para controlar un determinado movimiento del carro de la mquina. La cinta contiene las pistas necesarias con la informacin requerida para llevar a trmino los distintos movimientos. El sistema lector interpreta y discrimina la informacin registrada en cada uno. Para desplazar la herramienta o la pieza, el mando numrico CNC emite seales elctricas a los motores de avance que correspondan, para conseguir el movimiento a los ejes de la mquina. Las seales se refuerzan antes de entrar en los motores mediante amplificadores del accionamiento.44

Estas mquinas llevan tambin incorporado elementos para reconocer las diferentes rdenes que se les envan desde el CNC. Lo normal es que se utilicen captadores y regletas pticas o fotoelctricos, que actan como sistemas para gobernar la medicin del recorrido de los ejes, es decir, que exista un cdigo o lenguaje comn entre el armario CNC y la mquina. Referente a la construccin puramente mecnica, en las mquinas controladas por CNC, si se quiere conseguir mecanizados de gran precisin y calidad, as como contornos complejos, los ejes de las mquinas no deben tener prcticamente holguras entre husillos y tuerca. Y el rozamiento debe ser muy bajo debido a que los avances y velocidades del cabezal que, en general, son mucho mayores que en una mquina convencional. Para ello se emplean en su construccin husillos de bolas circulantes, guas de los carros de rodillos, engranajes de cambio. Husillo de bolas circulantes: Encargados de trasmitir el movimiento de los motores a los carros. Las ventajas que puede generar esto son: Minimo juego entre los elementos en contacto, reduccin del rozamiento donde implica menos desgaste de la pieza, larga duracin, buena capacidad de respuesta contra la tuerca, reversibilidad del desplazamiento con carga de trabajo. Como se muestra en la figura 21Figura 21. Husillo de bolas circulantes, con tuerca de reglaje

Eliminar lneas laterales del marco de la figuraFuente: [2] se debe colocar el nombre de la fuente

Guas de los carros: Evitar desgastes prematuros que constituyen una disminucin en su eficiencia. En la figura 22 podemos x se puede apreciar un conjunto de guas de los carros.

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Figura 22. Guas de los carrocen mquinas con CNC.


Engranajes de cambios: Posibilitan distintas velocidades de giro de los husillos.

Fuente??

5.1.4 Programacin Es el conjunto de instrucciones codificadas requeridas para que la mquina herramienta realice una operacin o un ciclo determinado mediante la preparacin las informaciones o instrucciones que sern proporcionadas a la mquina tales como: posicionamiento, desplazamiento, velocidad y cambio de herramienta que a su vez combinndolas condicionan el modo de trabajo. En general, dicha informacin necesaria para la ejecucin de una pieza en CNC puede ser de tipo geomtrica o de tipo tecnolgica.46

La informacin geomtrica es aquella que contiene datos referentes a las dimensiones de la pieza, superficies de referencia, origen de los movimientos, desplazamiento, acabado superficial, tolerancias y longitud de las carreras. La informacin tecnolgica describe los datos referentes a las condiciones de mecanizado, los materiales, el modo de funcionamiento de la mquina. En definitiva, todos aquellos que no tienen que ver con la geometra de la pieza, tales como: Velocidad de avance, velocidad de rotacin, caractersticas del material de la pieza, caractersticas de la herramienta, clase de refrigerante, modo de funcionamiento de la mquina. En conclusin la programacin de una mquina herramienta de control numrico consiste en elaborar y codificar la informacin necesaria para mecanizar una pieza en un lenguaje que la mquina pueda interpretar. Estos lenguajes se pueden clasificar en dos categoras: Lenguajes generales y Lenguajes especficos. Los lenguajes generales son aquellos que pueden utilizarse para programar cualquier tipo de Control Numrico existente, para estos lenguajes se hace necesario anotar que no todos los CN utilizan el mismo tipo de lenguaje de mquina, debido a esto se hace necesario dividir el proceso en dos partes. En la primera parte encontramos el Procesado en el cual se obtiene informacin de carcter general que el CN puede reconocer como por ejemplo las trayectorias de la herramienta y las condiciones de mecanizado mediante la generacin de un fichero de salida CLDATA (Cutter Location Data). La segunda parte se denomina como el post proceso, en el cual se codifica toda la informacin incluida en el fichero de salida CLDATA en el correspondiente lenguaje de control numrico; los programas de esta parte son elaborados propiamente por los usuarios, terceros y tambin pueden ser incluidos por los mismos fabricantes en sus sistemas. Los lenguajes especficos son en general de tipo ms sencillo y han sido desarrollados con el fin de obtener directamente el programa en un lenguaje de mquina predeterminado. El lenguaje universalmente ms utilizado es el APT (Automatic Programming Tool); este tipo de lenguaje se desarrollo a finales de los 60 el MIT (Massachusetts Institute of Technology) y su objetivo principal es el de simplificar la programacin mediante objetos geomtricos de alto nivel. 5.1.4.1 Pasos para la realizacin del proceso de programacin 1. Preparacin del trabajo: Es fundamental para el programador tener un conocimiento exacto de las prestaciones que le ofrece tanto el control como la mquina herramienta, dichas prestaciones que ofrece un control son muy variables, dependiendo de la complejidad y sofisticacin de la mquina herramienta que gobierna. Conocidos los elementos de fabricacin disponibles, la preparacin del trabajo puede dividirse en etapas que a continuacin se relacionan en la tabla 347

Tabla 3. Pasos para una buena programacin

Pasos

Descripcin

El preparador se informa de las caractersticas de las piezas a fabricar: material, dimensiones, cotas, tolerancias, La fase de estudio del acabados superficiales, etc., datos todos ellos que plano determinan las mquinas a utilizar. El programador descompone las superficies a mecanizar en tramos correspondientes a las trayectorias que las herramientas pueden seguir. En general slo son lineales y La fase de anlisis de las circulares, sobre superficies planas o de revolucin. Este operaciones elementales estudio geomtrico implica la definicin de las cotas de los puntos inicio y final de cada tramo, as como el centro en las circulares. Se estudia qu operaciones pueden efectuarse en cada una de las mquinas disponibles, intentando disminuir al mximo La fase de seleccin de el nmero de cambios de mquina y de atadas de la pieza. mquina y seleccin de Se eligen las ms adecuadas para cada operacin en herramientas funcin de las caractersticas de la misma y de las tolerancias y acabados superficiales deseados. La se estudia, en general, el origen y fijacin de la pieza sobre la mquina, procurando disponer del mximo de caras Fase de seleccin y y superficies libres para mecanizado y procedimientos diseo del utensilio flexibles, precisos y rpidos de fijacin. Establecen las velocidades de avance, profundidad de pasada y velocidad de corte adecuadas al material de la Fases de definicin de caractersticas tcnicas pieza segn la mquina y herramienta utilizadas, para obtener los ciclos de mecanizado ms cortos compatibles de mecanizado con la calidad exigida. Se establece el orden en que se mecanizarn las distintas fases dibujando en cada caso un croquis de la zona a mecanizar, las herramientas y fijaciones utilizadas y los La fase de parmetros tcnicos de fabricacin. Terminada la definicin secuenciacin de del proceso y conocidos los medios a utilizar y las operaciones operaciones a efectuar, el programador puede empezar a codificar. En general, esta fase de codificaciones es la que recibe el nombre de programacin del control numrico.Fuente: [24] se debe colocar el nombre de la fuente

2. Codificacin del programa: En la fase de codificacin se transcribe toda la informacin, segn los smbolos y reglas de sintaxis de un lenguaje comprensible por la mquina un soporte que el control pueda leer. Se precisa conocer las reglas del lenguaje que facilita el fabricante de la mquina en su manual. 3. Prueba y puesta a punto: En la fase de prueba y puesta punto del programa se comprueba que en realidad la mquina ejecuta las operaciones previstas y se obtiene la pieza con la forma y acabado deseados. Segn el procedimiento utilizado se puede efectuar una simulacin previa del mecanizado antes de48

efectuar la prueba sobre la mquina. Si los medios disponibles no permiten efectuar esta simulacin, la prueba se realiza en vaco o con un material muy blando para evitar que los posibles errores de programacin daen la pieza o la mquina. En un proceso iterativo de prueba y modificacin se obtiene finalmente el programa correcto. 5.1.4.2 Mtodos de programacin Se pueden utilizar tres mtodos, la programacin manual, la programacin automtica y la programacin interactiva: Programacin manual o ISO Recibe este nombre la codificacin del programa en lenguaje mquina realizada sin apoyo informtico. En este tipo de lenguaje, el programador descompone la informacin en operaciones elementales a ejecutar por la mquina, por ejemplo, un recorrido o un cambio de herramienta. El programa como tal est formado por una serie de secuencias u rdenes llamados bloques. Cada bloque puede contener varios de los siguientes caracteres y palabras, seguidos de un cdigo o valor regidos bajo la norma DIN 66024 y 66025; entre los cuales se distinguen los siguientes: N: Nmero de bloque o secuencia. Esta direccin va seguida normalmente de un nmero de tres o cuatro cifras. En el caso del formato N03, el nmero mximo de bloques que pueden programarse es 1000 N999).(N000). G: Funciones preparatorias. Se utilizan para informar al control de las caractersticas de las funciones de mecanizado, como por ejemplo, forma de la trayectoria, tipo de correccin de herramienta, parada temporizada, ciclos automticos, programacin absoluta y relativa, etctera. La funcin G va seguida de un nmero de dos cifras que permite programar hasta 100 funciones preparatorias diferentes. X, Y, Z, W: Cotas segn los ejes X, Y, Z, W de la mquina herramienta. Dichas cotas se pueden programar en forma absoluta o relativa, es decir, con respecto al cero pieza o con respecto a la ltima cota respectivamente. F: Velocidad de avance. S: Velocidad de giro del cabezal. T: Nmero de herramienta.

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M: Es la direccin correspondiente a las funciones auxiliares o complementarias. Se usan para indicar a la mquina herramienta que se deben realizar operaciones tales como parada programada, rotacin del husillo a derecha o izquierda, cambio de til, etctera. La direccin M va seguida de un nmero de dos cifras que permite programar hasta 100 funciones auxiliares diferentes. Dentro de cada bloque se debe de mantener el orden, si bien no es necesario que cada bloque contenga todas y cada una de estas informaciones. El CNC puede ser programado en el sistema mtrico, es decir, en mm o en pulgadas, y a su vez en coordenadas cartesianas, polares y paramtricas. Un programa se nombra con la letra P, seguido mximo de cinco nmeros, es decir desde P0 hasta P99999. El siguiente es un ejemplo de formato de programacin mtrica: P5 N4 G2 X+/-4.3 Y+/-4.3 Z+/-4.3 W+/-4.3 F4 S4 T2.2 M2 Este formato est elaborado para una programacin en coordenadas cartesianas, donde aparecen otras letras y nmeros segn el modo de programacin y ciclos fijos de mecanizado, donde: +/-4.3: Significa que se puede escribir una cifra positiva o negativa con cuatro nmeros delante del punto decimal y tres detrs. Notacin 2.2: Quiere decir que se puede colocar dos nmeros enteros delante del punto decimal y dos detrs. Definicin de funciones: La norma ISO no obliga, pero aconseja utilizar los siguientes caracteres alfabticos para las funciones gene

control numerico en maquinas ales (2)

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