fundamentos y preparacion de maquinas cnc
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Instituto Tecnológico Superior De Misantla
ING. ELECTROMECÁNICA704 “A”
Asesor: ing. Cabrera Jiménez Roberto
Carlos
“Sistemas integrados de manufactura”
Unidad I: Fundamentos y preparación de Maquinas CNC.
Presentan:
Hernández Zamora Ismael Landero delgado Rubén Eliud
ÍNDICE
Sistemas integrados de manufactura
INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................1
1.1 Historia situación actual y tendencias de CNC.................................................................2
1.2 Partes principales de una maquina CNC...........................................................................5
1.2.1 Ejes principales..............................................................................................................6
1.2.2 Ejes complementarios...................................................................................................7
1.2.3 Sistemas de transmisión...............................................................................................8
1.2.3.1 Transmisión.............................................................................................................8
1.2.3.2 Motores de transmisión.......................................................................................10
1.2.4 Control de desplazamiento.........................................................................................11
1.2.5 Componentes de un sistema CN...............................................................................12
1.2.6 Herramientas y cambiadores automáticos...............................................................13
1.3 Calculo de los parámetros de corte..................................................................................14
1.3.1 Parámetros de corte....................................................................................................15
1.4 Maquinas convencionales y CNC.....................................................................................19
1.4.1 Ventajas y desventajas de CNC................................................................................21
1.5 Procedimiento para cero máquinas de torno y fresadora............................................22
1.6 Procedimiento y criterio para determinar el cero pieza en torno y fresadora.............24
1.7 Procedimiento para hacer la compensación de herramientas en torno y fresadora. 26
CONCLUSIÓN...............................................................................................................................29
BIBLIOGRAFÍA..............................................................................................................................30
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INTRODUCCIÓN
Uno de los elementos importantes dentro de este resurgir de la
automatización son las Máquinas Herramienta de Control Numérico
Computarizado, las cuales brindan algunas ventajas adicionales.
En este presente documento se hablara lo referente a las maquinas
herramienta de control numérico (MHCN). Se mencionara desde lo que es
su historia, la situación actual y como han sido las tendencias de dichas
maquinas. También se mencionara lo referente a las partes principales, el
cálculo para el parámetro de corte y como hacer lo que es el maquinado en
general de una pieza que incluye el parámetro cero pieza en torno y
fresadora.
Todo esto es con el fin de conocer más sobre las maquinas
herramientas de control numérico para saberlas utilizar, ya que su uso es
muy frecuente hoy en día porque nos permite mecanizar piezas de una
manera fácil y concreta en lo que es la industria, de ahí la importancia de
conocer de ellas.
También cabe mencionar que este documento proporcionara
información al lector (o al estudiante en este caso) para conozca un poco
más lo referente a este tipo de maquina CNC y así puede tener un
panorama concreto y pueda serle útil para el estudio de este sistema.
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1.1 Historia situación actual y tendencias de CNC
En primer lugar se realizará un breve resumen de la historia del control
numérico desde sus orígenes. A continuación se analizarán las tendencias
actuales, contemplando tantos aspectos hardware como software. En tercer lugar
se presentarán las diferentes iniciativas (europeas, americanas y japonesas) en el
campo de los controles numéricos abiertos. Finalmente se presentarán diferentes
tipos de controles abiertos y, en particular, la futura familia de controles numéricos
abiertos en la que Fagor Automation está trabajando actualmente.
A continuación se mostrara una tabla donde nos muestra el desarrollo del
control numérico.
(1725) Máquinas de tejer construidas en Inglaterra, controladas por tarjetas
perforadas.
(1863) M. Forneaux- primer piano que tocó automáticamente.
(1870-1890) Eli Whitney- desarrollo de plantillas y dispositivos.
"Sistema norteamericano de manufactura de partes intercambiables.
(1880) Introducción de una variedad de herramientas para el maquinado de
metales.
Comienzo del énfasis en la producción a gran escala.
(1940) Introducción de los controles hidráulicos, neumáticos y electrónicos.
Aumento del énfasis en el maquinado automático.
(1945) Comienzo de la investigación y desarrollo del control numérico.
Comienzo de los experimentos de producción a gran escala con control
numérico.
(1955) Las herramientas automatizadas comenzaron a aparecer en las
plantas de producción para la Fuerza Aérea de producción de los Estados
Unidos:
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(1956) Hay concentración en la investigación y el desarrollo del control
numérico.
(1960) Hasta la actualidad
o Se crean varios nuevos sistemas de control numérico.
o Se perfeccionaron las aplicaciones a la producción de una gama más
grande de procedimientos de maquinado de metales.
o Se idearon aplicaciones a otras actividades diferentes del maquinado
de metales.
o Se utilizaron insumos computarizados de control numérico.
o Se utilizan documentos computarizados de planeación gráficos por
control numérico.
o Se han desarrollado procedimientos computarizados de trazo de
curvas de nivel por control numérico, a bajo costo.
o Se han establecido centros de maquinado para utilización general.
Dificultades actuales en el trabajo
Entre los problemas industriales de estos países desarrollados podemos
mencionar:
Existe cada vez una mayor exigencia en la precisión.
Los diseños son cada vez más complejos.
La diversidad de productos hace necesario la tendencia a estructuras de
producción más flexibles.
Se tiende a incrementar los tiempos de inspección.
Los costos de fabricación de moldes es mayor y se hace necesario
minimizar errores.
El tiempo de entrega de los productos tiende a ser cada vez más reducido.
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La formación de instructores es cada vez más difícil, pues se hace
necesario personal cada vez más experimentado.
El Ambiente de Trabajo.
El entorno del ambiente industrial se encuentra frecuentemente con
situaciones tales como:
Escasez de mano de obra calificada.
Producción masiva de múltiples modelos de un mismo producto.
Ambiente de producción y taller poco atractivo.
Estos aspectos son más fácil de encontrar en sociedades industriales, que
en países subdesarrollados.
Una solución para los problemas que aquejan hoy en día a la industria es
utilizar una de las 5 formas automatizar los procesos.
Los tipos de automatización son:
Control Automático de Procesos
El Procesamiento Electrónico de Datos
La Automatización Fija
El Control Numérico Computarizado
La Automatización Flexible.
El Control Automático de Procesos, se refiere usualmente al manejo de
procesos caracterizados de diversos tipos de cambios (generalmente químicos y
físicos); un ejemplo de esto lo podría ser el proceso de refinación de petróleo.
El Proceso Electrónico de Datos frecuentemente es relacionado con los
sistemas de información, centros de cómputo, etc. Sin embargo en la actualidad
también se considera dentro de esto la obtención, análisis y registros de datos a
través de interfaces y computadores.
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La Automatización Fija, es aquella asociada al empleo de sistemas lógicos
tales como: los sistemas de relevadores y compuertas lógicas; sin embargo estos
sistemas se han ido flexibilizando al introducir algunos elementos de programación
como en el caso de los (PLC'S) O Controladores Lógicos Programables.
Un mayor nivel de flexibilidad lo poseen las máquinas de control numérico
computarizado. Este tipo de control se ha aplicado con éxito a Máquinas de
Herramientas de Control Numérico (MHCN). Entre las MHCN podemos mencionar:
Fresadoras CNC.
Tornos CNC.
Máquinas de Electroerosionado
Máquinas de Corte por Hilo, etc.
El mayor grado de flexibilidad en cuanto a automatización se refiere es el de
los Robots industriales que en forma más genérica se les denomina como "Celdas
de Manufactura Flexible".
1.2 Partes principales de una maquina CNC
Los dispositivos y sistemas de las MHCN, son:
Ejes principales
Ejes complementarios
Sistema de transmisión
Control de desplazamiento
Componentes del sistema CNC
Herramientas y cambiadores automáticos
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1.2.1 Ejes principales.
En las MHCN se aplica el concepto de “eje”, a las direcciones de
los diferentes desplazamientos de las partes móviles de la máquina, como la
mesa porta piezas, carro transversal, carro longitudinal, etc.
Las MHCN disponen de diferentes órganos de movimiento lineal
(generalmente ejes) , para poder programar e l movimiento de dichos elementos,
se les asigna una letra . Esta asignación de letras está normal izada, no pudiendo
ser cambiada en ningún caso. Los signos "+" y"-" no tienen un sentido matemático
sino de dirección.
Las fresadoras disponen de un mínimo de tres ejes, X, Y y Z.
Dos de ellos X e Y se asocian al movimiento en el plano horizontal (longitudinal y
transversal) de la mesa de trabajo, mientras que el tercero es el desplazamiento
vertical del cabezal de la máquina. Como se observa en la figura 1.2.1
Fig. 1.2.1. Desplazamiento de ejes en la fresadora.
Los ejes correspondientes en la fresadora tienen la siguiente función:
Eje Z: El eje "Z" es el que realiza el movimiento perpendicular de la
herramienta hacia el suelo.
Eje Y: El eje "Y" es el que realiza el movimiento transversal de la
herramienta.
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Eje X: El eje "X" es el que realiza el movimiento longitudinal de la
herramienta
En trabajos de mecanizado de formas complejas se requiere en MHCN
dotadas de más ejes de desplazamiento. En la figura 1.2.2 se muestra un
ejemplo de funcionamiento de una máquina fresadora de 5 ejes.
Fig. 1.2.2. Ejemplo de fresadora con 5 ejes.
1.2.2 Ejes complementarios
Algunas MHCN disponen de mesas giratorias y/o cabezales
orientables. En ellas la pieza puede ser mecanizada por diferentes planos y
ángulos de aproximación. Los ejes sobre los que giran estas mesas y cabezales
se controlas de forma independiente y se conocen con el nombre de ejes
complementarios de rotación. Su velocidad y posición se regula también de forma
autónoma.
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Fig. 1.2.3. Ejes complementarios rotativos asociados.
Los ejes complementarios de rotación se designan en la programación CN
como A, B, C, estos ejes se asocian con los lineales tal como indica la fig. 1.2.3.
Debido a las exigencias impuestas por la complejidad de ciertas piezas,
otras MHCN están dotadas de más de tres ejes de desplazamiento principal.
1.2.3 Sistemas de transmisión
Los recorridos de la herramienta se originan por la acción única o
combinada de los desplazamientos de cada uno de sus ejes.
Todas las máquinas de CNC tienen dos o más grados de movimiento
llamados ejes, cada eje o grado de movimiento puede ser lineal o rotacional este
concepto está ligado a la complejidad de la máquina, esto es, entre más ejes tiene
una máquina más compleja es o tiene mayor capacidad de maquinar piezas
complejas.
Los ejes de las máquinas están encargados de los movimientos que tiene
que hacer la herramienta para el proceso de manufactura que se requiere.
1.2.3.1 Transmisión
Los sistemas de transmisión son los encargados de realizar los
movimientos en los ejes a partir del giro básico generado por el grupo del motor-
reductor.
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Si a un tornillo le colocamos una tuerca, y giramos el tornillo evitando que
la tuerca gire, la tuerca se desplazará proporcionalmente al giro del tornillo.
El planteamiento anterior es el principio de movimiento en las máquinas de
CNC, sin embargo el tornillo del que hablamos no es un tornillo común,
entrando en detalle, si hablamos de un tornillo común, de hilo triangular,
tendremos el problema que existe cierto juego entre el tornillo y la tuerca, y si
elimináramos éste juego, la fuerza necesaria para mover la tuerca sería muy alta,
a la par que el desgaste entre tornillo y tuerca nos pondría en el caso del juego
en poco tiempo.
Si usáramos un hilo cuadrado, el caso sería exactamente el mismo, salvo
que el tornillo resistiría mecánicamente más que con el hilo triangular.
Para una máquina de control numérico se requiere de un sistema tuerca -
tornillo con un juego mínimo, de poco desgaste y que requiera de poca potencia
para moverse.
El sistema tuerca – tornillo para estas condiciones da como resultado el
movimiento a los ejes a partir de los motores, realizados por los huesillos de
bolas, que funcionan por el principio de recirculación de bolas.
Este consiste en un vi sinfín acanalado y un acoplamiento o a los que se fija
el conjunto a desplazar. Cuando el grupo motor gira, su rotación se retransmite al
vi sinfín y el cuerpo del acoplamiento se traslada longitudinalmente a través de
este, arrastrando consigo a la mesa de trabajo en el sentido oportuno; es decir, el
tornillo lleva un perfil semicircular como se muestra en la Fig. 1.2.4
Fig. 1.2.4. Tornillo con perfil semicircular
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Y en contraparte, la tuerca lleva la otra mitad de la circunferencia
(Fig. 1.2.5). Esa circunferencia es con la finalidad de guiar una que corre a todo
lo largo de la cuerda del tornillo.
Fig. 1.2.5. Tuerca con perfil semicircular.
1.2.3.2 Motores de transmisión
Para realizar los movimientos de los diferentes ejes se utilizan
habitualmente motores eléctricos de corriente continua controlados mediante
señales electrónicas de salida y entrada. Estos actuadores pueden girar y
acelerarse controladamente en ambos sentidos.
Los movimientos de estos mecanismos tienen que ser de gran rigidez
y resistir los esfuerzos generados por las fuerzas de corte o por los
desplazamientos a alta velocidad que generan los diferentes mecanismos en su
movimiento en vació (grandes inercias).
Las transmisiones deben producir movimientos regulares, estables y
ser capaces de reaccionar rápidamente en las aceleraciones y desaceleraciones.
Existen varios tipos de motores eléctricos, cada uno con propiedades
distintas. Los más comunes, son los motores de CC (corriente continua). En este
tipo particular, podemos controlar la velocidad variando el voltaje en un cierto
rango; con una curva apropiada de voltaje podemos parcialmente controlar su
aceleración, pero no podemos controlar su posición y menos aún su torque.
Otro tipo de motor muy difundido es el motor CA (corriente alterna) que
puede variar su torque en base al voltaje suministrado dentro de un pequeño
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rango, y puede variar su velocidad en base al cambio de la frecuencia de CA que
se le suministra. Sin embargo no se puede controlar su posición.
Los tipos de motores más usuales actualmente son:
Motores pasó a paso.
Servomotores o motores encoder.
Motores lineales
1.2.4 Control de desplazamiento
Los movimientos de los diferentes ejes y sistemas por medio de las ordenes
que envía el control numérico a los diferentes motores, pero eso no garantiza que
la occisión real que tienen los carros sea exactamente la deseada, debido a
posibles percances que pueden producirse durante su movimiento: falta de grasa,
obstáculos durante el recorrido, juegos producidos por el desgaste de los
elementos móviles, inercias no controladas, etc. Para corregir esos posibles
problemas, se tiene que utilizar sistemas de control de la posición.
Los sistemas de control de posición son elementos que sirven para indicar
con gran exactitud la posición de los ejes de una máquina. Normalmente son
ópticos y funcionan por medio de una más regla de cristal con una cabeza
lectora que mide el desplazamiento de cada uno de los ejes, o electromagnéticos
basados en la inducción de una corriente sobre una regla magnética.
El control de las posiciones de los elementos móviles de las MHCN,
se realiza básicamente por dos sistemas:
Directo.
Indirecto.
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Fig. 1.2.6 Sistema directo e indirecto respectivamente.
1.2.5 Componentes de un sistema CN
Básicamente se distinguen las siguientes partes o estructuras en los
sistemas CN:
UCP (Unidad central de procesos)
Periféricos de entrada
Unidades de almacenamiento de datos
Periféricos de salida
UCP
Es el corazón del sistema, está compuesto por una estructura
informática donde el microprocesador es el elemento principal. La capacidad
y potencia de cálculo del microprocesador determina la capacidad real de la
máquina CNC (capacidad de interpolación).
Entre las funciones que tiene que realizar están las siguientes:
Calcula la posición de los ejes y los desplazamientos de la máquina
Controla los diferentes modos de funcionamiento de la máquina.
Dirige todas las señales que van o vienen de los diferentes periféricos
Controla el tráfico entre la UCP y el PLC
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Periféricos de entrada
Son todos los elementos que sirven para suministrarle información a la
UCP. Entre los más importantes existen los siguientes:
Teclado y panel de mandos
Conexión con ordenador (sistema de red o RS232)
Reglas ópticas o posicionadores
Ratón (en CN modernos se opera ya con este elemento)
Unidad de almacenamiento de datos
Los primeros controles, almacenaban la información por medio de tarjetas
perforadas, que luego se tenían que leer cada vez para realizar el programa, más
adelante se usaron las cintas magnéticas, que solían estar en una unidad portátil
que se conectan al control cada vez que se tenía que utilizar. Este mismo formato
se usó para las unidades de disquete.
Periféricos de salida
Son todos aquellos elementos que sirven para recibir la información que
suministre la UCP. Entre los más importantes destacaremos los siguientes:
Monitor
Control de movimiento de los ejes y demás elementos móviles de la
máquina.
1.2.6 Herramientas y cambiadores automáticos
Las herramientas precisan de cambios rápidos y precisos, lo que nos lleva a
tener que recurrir a sistemas rápidos de sujeción de herramientas y sistemas
automáticos de cambio de las mismas.
El cambio de herramientas puede ejecutarse manualmente por el operario o
de forma automática por medio de programación, no obstante, esto solo se realiza
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en la práctica con fresadoras y taladradoras dotadas de cabezales con
adaptadores portaherramientas de acceso rápido y sencillo.
El cambiar automático de herramienta se controla en una fresadora por
programación, caracterizándose por un giro de tambor hasta que coloca en la
posición de trabajo, aquella herramienta que se le solicita. La posición de trabajo
coincide con la posición seleccionada del tambor. Las capacidades de los
tambores de herramienta oscilan entre las 6 herramientas de los más pequeños y
las 20 de los más grandes. Existen básicamente los siguientes sistemas de
cambio herramienta:
Carruseles
Tambores giratorios
Sistema de cadena
Fig. 1.2.7 Cadena de Cambio de un centro mecanizado
1.3 Calculo de los parámetros de corte
El fresado forma parte de los procesos con cambio de volumen por
substracción y es uno de los procesos de corte más versátiles e indispensable
para la manufactura de piezas que no se pueden rotar. La herramienta de acción
es cilíndrica, rota sobre su propio eje y tiene múltiples bordes cortantes. El eje de
rotación es perpendicular a la dirección de avance. La forma geométrica de
maquinado por lo general es una superficie plana, pero se pueden crear otras
formas mediante la trayectoria de la herramienta de corte o la forma de la
herramienta.
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El fresado es una operación de corte interrumpido, los dientes de la fresa
entran y salen del trabajo durante cada revolución. Esto interrumpe la acción de
corte y sujeta los dientes a un ciclo de fuerzas de impacto y choque térmico en
cada rotación. El material de la herramienta y la geometría del cortador deben
diseñarse para soportar estas condiciones
1.3.1 Parámetros de corte
Durante el maquinado de piezas de trabajo por el método de fresado no
sólo es indispensable conocer la herramienta apropiada para cada tipo de
operación que se requiere, sino también conocer los parámetros necesarios para
llevar a cabo el maquinado, tal es el caso de la velocidad de corte, y es posible
determinarla de acuerdo a la velocidad de rotación del husillo y el diámetro exterior
de la fresa de la siguiente manera:
ecuación. 1.1
La ecuación anterior es la misma de la ecuación 1.1 para el taladrado,
donde ν = velocidad de corte en [in/min] o [mm/min]; D = diámetro exterior de la
fresa en [in] o [mm]; y N [rev/min] representa la velocidad de rotación del husillo.
El avance, está definido como el movimiento relativo entre la herramienta
de corte y la pieza de trabajo, y es relativo, porque en ciertos casos la herramienta
permanece inmóvil, y la pieza de trabajo es el que tiene movimiento (giratorio), sin
embargo en ocasiones es posible que la herramienta tenga movimiento tanto de
forma giratoria como desplazamiento y la pieza esté inmóvil.
En el caso de la operación de fresado, el avance se determina por lo
general como el avance por diente cortante, llamado carga de viruta, y representa
el tamaño de viruta formado por cada filo de corte. Esto se puede convertir a
velocidad de avance tomando en cuenta la velocidad del husillo y el número de
dientes que tiene la fresa. Entonces:
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ecuación 1.2
Donde ƒr = velocidad de avance en [in/min] ó [mm/min]; N = velocidad
del husillo en [RPM]; nt = número de dientes en la fresa; y ƒ = carga de viruta en
[mm/diente] o [in/diente]. De este modo se puede conocer la velocidad de
remoción de material utilizando la expresión:
ecuación 1.3
Donde w = ancho de corte [in] o [mm]; y d = profundidad de corte [in] o
[mm]. Lo anterior indica que el producto entre el área transversal que se desea
remover y el avance, arrojará como resultado la cantidad de material removido por
unidad de tiempo, cabe señalar que la expresión anterior puede sufrir
modificaciones de acuerdo al tipo de operación de fresado a utilizar, por lo que el
área de la sección transversal no tiene que ser necesariamente el producto de la
profundidad y el ancho de corte, por lo tanto, dependiendo de la geometría de la
fresa es como se calculará este factor de la ecuación 1.2.
Adicionalmente, si la producción de piezas es en gran escala, es
importante obtener el tiempo que se requiere para realizar una pieza completa,
para ello, es necesario diferenciar entre el tiempo de maquinado en una operación
de fresado periférico y una operación de fresado frontal. Para el fresado periférico,
el tiempo requerido para fresar una pieza de trabajo de longitud L, se determina
conociendo la distancia de aproximación de la fresa al material (ver figura
1.3.1), para que la fresa comience a remover material. La distancia de
aproximación, se puede calcular de la siguiente manera:
ecuación 1.4
Donde A = Distancia de aproximación de la fresa al material en [in] o [mm];
D = Diámetro de la fresa [in] o [mm]; y d = Profundidad de corte [in] o [mm]. Por
lo que el tiempo de maquinado se calculará como:
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ecuación 1.5
Figura 1.3.1: Fresado de placa (periférico) mostrando la entrada de la fresa en la pieza de
trabajo.
Para el fresado frontal es costumbre dejar para la aproximación la distancia
A más una distancia O, que representa la profundidad de desbaste inicial. Hay dos
casos posibles (ver figura 1.10), y en ambos casos A = O. El primer caso es
cuando la fresa se centra sobre la pieza de trabajo rectangular (ver figura
1.3.2(a)).
Figura 1.3.2 a) Fresado frontal convencional.
Entonces:
ecuación 1.6
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El segundo caso del fresado frontal se da cuando el cortador se posiciona
en algún lado de la pieza de trabajo y sobrepasa el borde de la misma (ver figura
1.3.3), en este caso las distancias de aproximación se calculan de la siguiente
manera:
ecuación 1.7
Donde w = ancho de corte en [in] o [mm]. Por lo tanto el tiempo de
maquinado para ambos casos, estará representado por la siguiente expresión:
ecuación 1.8
Figura 1.3.3: Fresado frontal mostrando las distancias de aproximación y de recorrido
adicional para dos casos: (a) cuando el fresador está centrado sobre la pieza de trabajo y (b)
cuando el cortador está desplazado hacia un lado del trabajo.
Las expresiones anteriores solamente evalúan el tiempo de maquinado,
por lo tanto, si se requiere el tiempo total que tarda una pieza en estar terminada,
se tienen que adicionar algunos tiempos tales como el tiempo de sujeción de la
pieza, tiempo de ajuste de la herramienta, tiempo de cambio entre herramientas,
tiempo de liberación de la pieza, etc.
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1.4 Maquinas convencionales y CNC.
Se dice que una máquina herramienta convencional cuándo utiliza los
métodos tradicionales de maquinado requiriéndose forzosamente la presencia de
un operador con cierta especialización para mantener la máquina trabajando.
La máquina con CN en cambio no requieren la presencia constante del
operador, ya que la máquina una vez programada ejecutará el maquinado sin
ayuda del operador sólo se requiere su presencia para retirar la pieza maquinada
y colocar la pieza por maquinar. Incluso en máquinas con CN con alimentador de
barra o brazos robotizados el operador ya no es necesario ya que el cambio de
pieza está automatizado requiriéndose únicamente un Ingeniero Industrial
especializado para la programación y el control de las máquinas CN.
Las diferencias más notables entre ambos tipos de equipos son debidas
básicamente a sus elementos y dispositivos utilizados en su construcción. En la
siguiente tabla se observan las diferencias entre una máquina herramienta
convencional y una con CN estás pueden ser tornos, fresadoras, etc.
En la tabla 1.1 podemos observar que los elementos mecánicos
tradicionales que por décadas se han utilizado en las máquinas convencionales
han sido sustituidos en los equipos con CN por otros elementos mecánicos y
electrónicos más confiables.
Tabla 1.1 Diferencias entre una maquina convencional y una maquina CNC
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El otro elemento que distingue al equipo con Control Numérico es la
presencia de servomotores qué controlan los movimientos de los ejes (o mesas) y
contra la velocidad del husillo, así como su movimiento en el caso de ser
requerido. Estos servomotores pueden trabajar con corriente directa o con
corriente alterna dependiendo del fabricante pero su función es la misma.
Dependiendo de las funciones que debe realizar la máquina, el control, a
través de detectores de proximidad puede controlar por ejemplo el movimiento de
un brazo que cambie la herramienta en una fresadora, la alimentación de material
en barra y detectar cuando ésta se termine para cambiar la barra por otra nueva
en caso de tornos alimentados por barra, hacer girar la torreta de un torno para
seleccionar otra herramienta deseada y hasta detectarse si el movimiento
comandado es demasiado grande que provocaría que la máquina choque o se
salga de su límite de movimientos normales, etcétera. Además, ya que el control
es el que ordena la ejecución de estos movimientos a sus elementos respectivos,
nos puede dar en todo momento el informe de lo que está realizando, lo que está
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por realizar y los puntos en los que ha fallado algún mecanismo o sistema interno
de la misma máquina.
Cualquier función por extravagante que parezca puede ser controlada por la
Unidad de Control Numérico siempre y cuando tengo una secuencia lógica y
puede ser detectada esta secuencia de ahí que la gran variedad de equipos de
Control Numérico sólo varíen en la cantidad de funciones adicionales que el
equipo pueda realizar; el tamaño del equipo la potencia que deba desarrollar
influirá determinadamente en el tamaño y potencia de los servomotores y de las
unidades de control de velocidad pero conservándose el mismo principio de
funcionamiento.
1.4.1 Ventajas y desventajas de CNC
El control numérico (CN) fue desarrollado pensado en las siguientes metas:
Incrementar la producción
Reducir los costos de mano de obra
Hacer la producción más económica
Efectuar los trabajos que serían imposibles o imprácticos sin CN
Incrementar la exactitud en la producción en serie
Antes de tomar la decisión en la utilización de una máquina-herramienta
convencional, una máquina CN a una CNC para un trabajo en particular, será
necesario primeramente analizar detenidamente las siguientes ventajas y
desventajas máquina CNC.
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Ventajas
Incremento en la productividad Mayor seguridad con las máquinas herramientas Reducción del desperdicio Menores posibilidades de error humano Máxima exactitud e intercambiabilidad de piezas Mejor control de calidad Menores costos herramienta Mínimo inventario de piezas de repuesto Menores horas de trabajo para la inspección Mayor utilización de las máquinas Flexibilidad que acelera los cambios en el diseño Perfeccionamiento en el control de la manufactura
Desventajas
1. Costó elevador de inversión inicial2. Inclemente mantenimiento eléctrico3. Mayor costo por hora de operación4. Reentrenamiento del personal5. Mayor espacio de piso para la maquinaria y equipo
1.5 Procedimiento para cero máquinas de torno y fresadora
Dimensiones básicas
Para garantizar la precisión dimensional en el mecanizado de una pieza con
una MHCN su UC debe tener noción exacta de las dimensiones de cada
herramienta empleada.
Las dimensiones básicas de una fresa son la longitud (L) y el radio de corte (R).
En herramientas de torno dichos parámetros son la longitud (L) y el decalaje
transversal (Q).
Las dimensiones básicas de la herramienta quedan referidas respecto del
punto de montaje del acoplamiento con el hueco correspondiente del cabezal (o
torreta) de la MHCN.
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El establecimiento de las dimensiones básicas (reglaje) de las herramientas
en las MHCN se realiza de dos formas:
Mediante una prueba de mecanizado: En este caso se almacenan unas
dimensiones aproximadas de la herramienta en la UC. Después se lleva a
cabo una operación de mecanizado sencilla que es verificada
dimensionalmente. Las desviaciones en las dimensiones de la operación
real sobre las teóricas se pueden calcular e incorporar seguidamente, como
datos para el reglaje correcto de útil.
Mediante un equipo de prereglaje (externo o incorporado a la MHCN): Estos
dispositivos verifican dimensionalmente las herramientas calculando
directamente sus dimensiones básicas respecto del punto de montaje.
Los sistemas externos de prereglaje de herramientas utilizan un sistema de
montaje y fijación idéntico al existente en la MHCN. Las dimensiones se calculan
por procedimientos ópticos o mecánicos. Los datos se incorporan dentro de un
sistema informático al que puede conectarse la UC a través de una pastilla
electrónica de datos o mediante comunicación por cable.
Cuando el prereglaje óptico se verifica en la MHCN la herramienta se ubica
en su estación de trabajo. Se debe posicionar el cabezal (o torreta) en un punto tal
que permita la visión correcta del útil por el sistema de medida pasando la
información dimensional directamente a la UC que gobierna toda la instalación.
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Figura 1.5: Procedimiento cero maquina en torno y fresadora.
Para determinar las dimensiones básicas de una herramienta, garantizar
que las asuma la UC e inicializar convenientemente la MHCN, se requiere un
conjunto de apoyos externos como puntos de contacto o patrones de referencia,
paradas de los indicadores de recorrido, mandriles de centrado, sensores de
medida, etc.
1.6 Procedimiento y criterio para determinar el cero pieza en torno y fresadora
La asignación del "cero de herramienta" se lleva a cabo de la siguiente forma:
En primer lugar, se hace contacto en una superficie de la pieza a mecanizar
con una herramienta de referencia o palpador almacenando la UC la medida
obtenida como la altura "cero" o de referencia.
A continuación se deberán introducir en la UC las diferencias entre las
alturas de las herramientas de trabajo y la de referencia.
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Durante el mecanizado la UC corrige de forma automática las trayectorias
de cada herramienta con esas diferencias, describiendo un recorrido único sobre
la pieza ajustado a la altura de referencia o "cero".
Control de funciones máquina
En adición a las funciones geométricas para el control de los
desplazamientos los sistemas CNC disponen de otras para el gobierno de la
máquina: funciones máquina. El número de estas y la forma en que se ejecutan
dependen, tanto de la propia MHCN, cómo de las posibilidades de la UC.
Las funciones máquina que se enumeran a continuación son un ejemplo de
las actividades complementarias que pueden ser programadas y que en algunos
casos afectan a tareas auxiliares de la MHCN:
Comienzo del giro y control de la velocidad del cabezal.
Posicionado angular del cabezal.
Activación del refrigerante a una presión de salida dada.
Mantenimiento del avance constante.
Mantenimiento de la velocidad de corte constante.
Cambio de herramienta activa.
Comienzo de acciones de los dispositivos auxiliares:
Sistemas de alimentación o cambiadores de piezas.
Contrapunto
Luneta
Manipuladores
Transportadores (convoyes)
La mayoría de las capacidades de las MHCN se pueden configurar como
funciones máquina con el objeto de automatizar al máximo los procesos de
fabricación.
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1.7 Procedimiento para hacer la compensación de herramientas en torno y
fresadora.
Para fresar un contorno, la fresa debe ser guiada de forma que sus hilos
sigan el contorno (figura 1.7.1). Esta trayectoria del centro de la fresa es
equivalente a una “trayectoria equidistante”.
Figura 1.7.1: Trayectoria de fresa con compensación.
Hasta ahora se ha hablado de las trayectorias de las herramientas sin
mencionar las dimensiones de las mismas y como afectan en el contornado.
Compensación de radio en la herramienta.
Para asegurar que el contorno de la fig. 1.7.2 es el fresado, el centro de la
fresa debe que desplazarse a lo largo de la ruta mostrada. Esta ruta de la
herramienta se denomina “trayectoria equidistante”. Sigue el contorno de acabado
a una distancia uniforme que depende del radio de la fresa.
En la mayoría de las CNC modernas, la trayectoria equidistante se calcula
automáticamente mediante la compensación de radio de la herramienta. Esta
compensación requiere la entrada dentro del almacén de datos de la herramienta
del programa CN de los siguientes datos:
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La dimensión del radio de la fresa, figura 3.46.
Figura 3.46: Compensación de radio de corte.
A qué lado del contorno de acabado programado (referido a la dirección
del mecanizado) se sitúa la herramienta (figura 3.47).
Figura 3.47: Trayectoria de fresa izquierda o derecha.
En el torneado, el radio de la fresa se reemplaza por la punta radial de la
herramienta a tornear (figura 3.48). Durante la programación del contorno de
acabado se asume que la punta de la herramienta es un punto agudo en contacto
con la pieza. Sin embargo, en la realidad la punta de la herramienta esta
redondeada y el control debe compensar el espacio entre la punta teórica de la
herramienta y el filo cortante de la misma, calculando la apropiada trayectoria de la
equidistante.
Para asegurar esta trayectoria equidistante se asigna siempre al lado
correcto del contorno es necesario introducir en el control el “cuadrante” correcto
(ejemplo, 1 a 4, ver figura 3.48). Y dicha información determina la dirección por la
cual la punta de la herramienta sigue el contorno (figura 3.48).
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Figura 3.48: Punta de herramienta en torno y cuadrantes.
Las trayectorias equidistantes se obtienen mediante cálculos de puntos
auxiliares. Estos cálculos determinan todos los puntos importantes que componen
las trayectorias equidistantes. Tales puntos son los comienzos y finales de la recta
y arco de circunferencia así como los radios de estas últimas.
En ciertos controles, el cálculo automático de trayectorias equidistante sólo
es posible para desplazamientos paralelos auxiliares.
Cuando se activa el cálculo automático de trayectorias equidistantes
(compensación de herramienta de radio de la herramienta, generalmente es
necesario se satisfagan condiciones especiales para que la herramienta anticipé al
contorno. Fíjese especialmente en las esquinas rincones marcados. No hay
trayectoria equidistante para el rincón ya que puede ser forzado completamente
sin dañar el contorno. Respecto a la esquina la trayectoria equidistante consiste en
un arco de círculo alrededor de la misma. Algunos controles extienden la
trayectoria hasta la intersección (figura de 3.49).
Figura 3.49: Cálculo de puntos auxiliares en trayectorias equidistantes.
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CONCLUSIÓN
Dentro del desarrollo del marco teórico antes realizado del tema
fundamentos y preparación de máquinas CNC, se puede puntualizar que
dicho trabajo fue satisfactorio ya que se logró alcanzar el objetivo
planteado, el cual era conocer y entender cuál ha sido el desarrollo de
estas máquinas, cuál es su funcionalidad y que aspectos de trabajo
desarrollan para alcanzar su máxima eficiencia, es así como este trabajo
fue fundamental y de gran importancia para nuestro enriquecimiento
estudiantil pues mediante esto se alcanzó la teoría para posteriormente
efectuarlo en la práctica en nuestro desarrollo como estudiantes de
Ingeniería Electromecánica lo cual nos ayudara no tan solo en plan del
curso de sistemas de manufactura sino que también será de gran utilidad
en todo nuestro campo estudiantil y laboral posteriormente.
También cabe mencionar que esta es de gran importancia porque
por medio de ella se aprendió los conocimientos básicos sobre las
maquinas herramientas CNC ya que hoy en día es fundamental conocer
sobre ellas porque cada vez las industrias están implementando
máquinas completamente automáticas para el maquinado de piezas ya
que con estas se tienen mayor precisión y los procesos son más rápidos.
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BIBLIOGRAFÍA
http://www.unac.edu.pe/documentos/organizacion/vri/cdcitra/
Informes_Finales_Investigacion/Abril_2011/IF_LOAYZA_FIME/CAPITULO%20II.PDF
(martes 19 agosto 2015 a las 1:25 p.m).
http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/66/
tesis.pdf.pdf?sequence=2 (viernes 21 agosto2015 a las 10:50 a.m)
http://tesis.ipn.mx/bitstream/handle/123456789/3175/29.pdf?sequence=1 (lunes
24 de agosto 2015 a las 12:08 p.m.)
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