Introducción

Los sistemas por control computarizado, remontan su historia hacia final

de la segunda guerra mundial, las maquinas con los nuevos controles

computarizados usaban una serie de números perforados en una cinta de papel o

en tarjetas perforadas para controlar su movimiento. Alrededor de 1960 se añaden

computadoras al proceso y desde entonces los sistemas de control comienzan a

llamarse sistemas de control computarizado o CNC.

Las máquinas de control numérico y CNC pueden repetir secuencias una y

otra vez con precisión, y pueden producir piezas mucho más complejas que las

que pueda hacer el operario más experimentado.

La evolución del control numérico ha producido la introducción del

mismo en grandes empresas, pequeñas empresas y empresas familiares o

pequeñas empresas, lo que ha originado la necesidad de trabajadores

especializados con grandes conocimientos de las maquinas CNC. Es por ello que

también actualmente, varias maquinarias trabajan con el control numérico, debido

a que este sistema computarizado ofrece varias ventajas que se verán más

adelante.

Sin embargo también se hallan desventajas en estas maquinas CNC o en el

sistema computarizado que las controla, los inconvenientes se presentan

actualmente en la implantación de estos sistemas en las empresas actuales debido

al mantenimiento o reparación lo cual hace costoso el mantenimiento de la

maquinaria y el sistema.

También, se revisaran otros tipos de sistemas CNC, así como los sistemas

de cambios automáticos de herramientas y controles de los sistemas CNC, que han

ayudado a crecer a la industria desde hace ya algunos años.

Historia y Evolución del CNC

CNC o "control numérico computarizado" son máquinas-herramientas de

metal que pueden crear piezas complicadas requeridas por la tecnología moderna.

Estos dispositivos son capaces de dirigir el posicionamiento de un órgano

mecánico móvil mediante órdenes elaboradas de formatotalmente automática a

partir de informaciones numéricas en tiempo real. Para maquinar una pieza se usa

un sistema de coordenadas que especificarán el movimientode la herramienta de

corte. Creciendo rápidamente con los avances en computación, CNC se encuentra

en tornos, fresadoras, cortadoras láser, chorro de abrasivos cortadores, plegadores,

y otras herramientas industriales. El término CNC se refiere a un grupo grande de

estas máquinas que utilizan la lógica del ordenador para controlar los

movimientos y realizar la metalurgia.

El primer torno de metalurgia práctica fue inventado en 1800 por Henry

Maudslay. Se trata de una máquina herramienta que sostenía el trozo de material a

trabajar, o de la pieza, en una pinza, o eje, y la giró para que una herramienta de

corte pudiera maquinar la superficie a la forma deseada. La herramienta de corte

era manipulada por el operador mediante el uso de bielas y manivelas.

Componentes del CNC

Básicamente se distinguen los siguientes componentes o partes en los

sistemas CNC:

UCP (Unidad central de procesos).

Periféricos de entrada.

Unidades de almacenamiento de datos.

Periféricos de salida.

UCP (Unidad central de procesos).

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).

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 conectaba al control cada vez que se tenía que utilizar. Este mismo formato

se usó para las unidades de disquete. Actualmente estos sistemas han cambiado de

forma radical, siendo los siguientes tipos los más utilizados:

Conexión con ordenador (La información se guarda en el PC): Con esta conexión

prácticamente lo que hacemos es usar el ordenador como fuente de

almacenamiento, aprovechando su disco.

En el mercado existen programas que están diseñados exclusivamente para

realizar las conexiones y trasvases de datos tanto en un sentido como en otro.

En el disco duro del propio control: Algunos controles modernos vienen

equipados con disco duro, lo que permite actuar como en un ordenador

PC, incluso utilizando el mismo sistema operativo que el del ordenador.

Conexión con Intranet: Esta conexión hace actuar al CN como una unidad

más del sistema de red instalado en la empresa, lo que permite un control

total, por ejemplo desde la oficina técnica o cualquier otro departamento

técnico de la empresa que tenga capacidades de acceso.

Periféricos de salida:

Son todos aquellos elementos que sirven para recibir la información que

suministre la UCP. Entre los más importantes están los siguientes:

Monitor: Es el encargado de informarnos de todos los sucesos que se están

produciendo entre los diferentes procesos de comunicación, tanto de datos

de entrada como de dates de salida.

Entre los procesos más importantes:

a) Ver la información que se le suministre desde el teclado.

b) Controlar las comunicaciones entre otros sistemas informáticos.

c) Informarnos de todos los sistemas que la máquina tenga activados.

d) Informarnos de las diferentes condiciones tecnológicas que se estén

usando.

e) Realizar la simulación de mecanizado por pantalla.

f) Indicar los posibles errores que se detecten en el sistema.

Control de movimiento de los ejes y accesorios de máquina: El control una

vez procesados los datos, trasmite información a los diferentes órganos de

la máquina, para que procedan a su ejecución: Estos datos no los envía

directamente a la máquina (motores, giro del cabezal, puesta en marcha de

taladrina, etc.), sino que lo hace a través de un PLC o autómata

programable.

Sistemas de sujeción de piezas en tornos

Puntos de torno:

La mayor parte de las operaciones de torneado se pueden realizar entre los

puntos de un torno. Los puntos se fabrican en varios tipos, según sea el trabajo

requerido. Es probable que los puntos más comunes en los talleres sean los

macizos de 60° de con un mango de cono Morse; por lo común éstos se fabrican

de acero alta velocidad o de acero para máquina con puntas de carburo.

El Plato:

Los platos que se emplean con mayor frecuencia para el trabajo de torno

son: el universal de tres mordazas, el de cuatro mordazas independientes, el

combinado y la boquilla.

Podemos distinguir varios tipos de platos:

El plato universal de tres mordazas: Se utiliza para sujetar piezas

redondas y hexagonales. Está constituido de tres mordazas distribuidas en

un ángulo de 120º de distancia radial que sujetan al componente a

mecanizar.

Plato de cuatro mordazas independientes: En este tipos de plato se pueden

ajustar sus mordazas en forma independiente por medio de una llave para

plato de extremo cuadrado. Se emplea para sujetar piezas que no sean

redondas debido a su manejabilidad.

El plato combinado: Este plato tiene características mecánicas tanto del

universal como del que tiene mordazas independientes. Las mordazas

pueden ajustarse individualmente o en forma universal.

El perro de arrastre: El perro de arrastre es un dispositivo de sujeción que

se utiliza entre puntos, se utiliza generalmente para piezas largas,

acompañado de una luneta. El perro de arrastre su punta debe estar en

contacto con el plato, para que haga la función del arrastre a la pieza.

Luneta móvil: La luneta móvil es un dispositivo de sujeción muy usual en el

torno, ésta se sujeta a la base del carro y se mueve junto con el mismo. Se usa para

evitar que la pieza de trabajo se flexione y se aleje de la punta de la herramienta

de corte durante una operación de torneado. También se puede emplear cuando se

cortan filetes de rosca sobre una pieza de material larga y delgada.

La luneta móvil tiene dos mordazas o un punto de soporte que sigue a la

herramienta de corte. Estas mordazas se apoyan sobre la superficie terminada de

la pieza de trabajo.

Soporta piezas largas durante el torneado, se sujeta a la base de la

bancada, esta emplea mordazas de bronce y son ajustables. Las piezas de trabajo

tienen diámetro menor a ¾ de pulgada hasta 6 pulgadas.

El cabezal móvil: El cabezal móvil se emplea para centrar el componente respecto

al eje de giro del husillo durante el mecanizado y también para fijar y hacer

avanzar las herramientas espigas (brocas, avellanadores y escariadores).

Controles de posicionamiento del CNC (Sistema Lazo Abierto y Lazo Cerrado)

Sistema Lazo Abierto: Son los sistemas en los cuales la salida no tiene

efecto sobre la acción de control. En un sistema de control de lazo abierto

no se mide la salida ni se realimenta para comprobarla con la entrada.

Sistema Lazo Cerrado: Un sistema que mantiene una relación determinada

entre la salida y la entrada de referencia, comparándolas y usando la

diferencia como medio de control, se denomina sistema de control en lazo

cerrado o retroalimentado

Factores que favorecen la implantación del CNC

Los problemas y exigencias de la industria actual, comparten una problemática

que favorecen la utilización de sistemas CNC. Entre los más importantes,

podemos nombrar los siguientes:

Mayor exigencia en la precisión de los mecanizados.

Los diseños son cada vez más complejos y evolucionados.

Diversidad de productos, lo que ocasiona la necesidad de estructuras de

producción más flexibles y dinámicas.

Necesidad de reducir los errores en la producción para no encarecer el

producto.

Plazos de entrega cada vez más exigentes, lo que exige mantener los

niveles de producción lo más altos posible.

El abaratamiento de los sistemas CNC, lo que favorece la adquisición de

los mismos.

Ventajas y desventajas del uso de maquinas CNC

Ventajas:

Mejor precisión, y por ende mayor calidad de los productos.

Uniformidad en la producción.

Mecanización de piezas o elementos geométricamente complicados.

Posibilidad de utilizar varias maquinas al mismo tiempo y con solo

operador.

Disminución del tiempo en que las maquinas están detenidas.

Posibilidad de servir productos urgentes.

Reducción de fatiga en el operario.

Simulación de los procesos de corte antes de la mecanización definitiva.

Mayor seguridad en el área de trabajo.

Desventajas:

Elevado costo del sistema y de la maquinaria.

Necesidad de cálculos, programación y una adecuada reparación para un

óptimo y correcto funcionamiento.

Costos de mantenimiento elevados.

Necesidad de contratar personal de servicio extra para control y

mantenimiento de maquinas y del sistema, debido a que este es

complicado.

Se debe tener un alto nivel de preparación para trabajar el sistema y las

maquinas.

Necesidad de tener grandes volúmenes de pedido para una mejor amortización del sistema.

Sistemas de cambio automático de herramientas

La mecanización moderna, exige mecanizados de muy alta calidad, tanto

como por la precisión de la pieza, como por los tiempos de mecanizado. Las

herramientas precisan de cambios rápidos y precisos, lo cual nos lleva a tener que

recurrir a sistemas rápidos de anclaje de herramientas y a sistemas automáticos de

cambio de las mismas.

El cambio de herramientas, puede realizarse de manera manual por el

operario o de forma automática por medio de programación, no obstante, esto solo

se realiza en la práctica con fresadoras y taladradoras dotadas de cabezales con

adaptadores portaherramientas de acceso rápido y sencillo, todos los tornos suelen

equipar, los sistemas automáticos.

Cambio automático en tornos

El cambio de herramienta se controla por programación, caracterizándose

por un giro de tambor, hasta que se coloca en la posición de trabajo la herramienta

que se solicita para el trabajo. La posición de trabajo, coincide con la posición

seleccionada del tambor. Las capacidades de los tambores de herramientas,

oscilan entre las seis (6) herramientas en tornos de los más pequeños y de veinte

(20) en los más grandes.

Cambio automático en fresadoras

El cambio de herramienta, al igual que en el torno se controla por

programación, caracterizándose por un giro de tambor hasta que se coloca en la

posición de trabajo que se solicita y los tambores de herramientas oscilan entre

seis (6) en fresas pequeñas, hasta veinte (20) en fresas grandes, sin embargo la

diferencia principal, radica en los sistemas de cambio de herramientas en las

fresadoras, ya que los sistemas para el torno son tres tipos de tambores, mientras

que en la fresa son:

Comparación entre las maquinas convencionales y las CNC.

En el siguiente cuadro comparativo se verá la gran ventaja que tiene una

maquina CNC contra una maquina convencional.

Maquinas Convencionales. Maquinas Operadas CNC

Es necesario que en cada máquina se

encuentre un operador controlándola.

Para la operación de una serie de

máquinas es más que suficiente un solo

operario.

Se debe consultar contantemente el

plano.

No es necesario consultar el plano, ya

que todo lo hace la máquina.

El técnico encargado de operar la

maquina debe tener una amplia

experiencia.

No es necesaria una amplia

experiencia referente a la máquina.

El operario tiene el control total de la

máquina, es decir, la profundidad, el

avance, etc.

El programa tiene todo el control de los

parámetros de corte.

Existen limitación en el mecanizado de

una pieza, en otras palabras, hay

mecanizados imposibles de realizar.

Existe la posibilidad de realizar

prácticamente cualquier mecanizado.

Tipos de control

Los conceptos de interpolación lineal y circular están relacionados con los

desplazamientos de los ejes básicos de las MHCN.

Interpolación lineal: En este tipo de trayectoria el sistema CNC calcula un

conjunto de posiciones intermedias a lo largo de un segmento recto

definido entre dos puntos dados. Durante el desplazamiento de una

posición intermedia a otra, los movimientos en cada uno de los ejes

afectados se corrigen continuamente de tal manera que la trayectoria no se

desvía de la recta prefijada más allá de la tolerancia permitida.

Interpolación circular: El sistema CNC calcula un conjunto de posiciones

intermedias a lo largo del segmento circular definido entre dos puntos

dados. Durante el desplazamiento de una posición intermedia a otra, los

movimientos en cada uno de los ejes afectados se corrigen continuamente

de tal manera que la trayectoria no se desvía de la circunferencia prefijada

más allá de la tolerancia permitida.

El control punto a punto: Se usa habitualmente en taladradoras o en

sistemas de soldadura por puntos.

El control paraxial: Permite, adicionalmente a los desplazamientos

rápidos en vacío, el avance de la herramienta en carga, según trayectorias

paralelas a los ejes básicos de la MHCN.

El control continuo: permite:

Los desplazamientos rápidos de la herramienta en vacío.

Avances en carga paralelos a los ejes básicos.

Avances en carga  hasta cualquier punto arbitrario de la pieza utilizando

interpolaciones rectas o circulares.

Un control de contornos 2D : permite llevar a cabo interpolaciones lineales

y circulares con la intervención de dos ejes básicos de desplazamiento. El

contorno queda dentro del plano formado por ambos ejes.

Si la MHCN tiene tres ejes básicos pero su capacidad es de contornos es

2D, el tercer eje sólo determina la posición relativa del plano mencionado. En

fresado, el tercer eje determinaría la profundidad o altura y el contorno a fresar

que se definiría con los otros dos.

Un control de contornos 2D y medio : permite la ejecución de contornos

2D en cualquier plano definido por dos desplazamientos básicos quedando

el eje ortogonal solamente hábil para definir profundidades. En las

máquinas-herramienta de tres ejes con CNC se da generalmente este tipo

de situación, pudiéndose definir contornos en los tres planos  XY, YZ y

ZX. En fresadoras conlleva la posibilidad de realizar cajeras en cualquiera

de los tres planos.

Un control de contornos 3D: permite interpolar linealmente y

circularmente en el espacio tridimensional. Esto supone que la máquina

debe desplazar simultáneamente sus tres ejes para poder definir

trayectorias rectas o circulares en cualquier plano.

Ejemplo de Maquina CNC.

Torno Mirac.

El torno Mirac es una de las máquinas herramienta que utilizan Control

Numérico (CN) más prácticas y didácticas empleadas para la capacitación de

personal, este tipo de máquina funciona con un post procesador de tipo FANUC,

que a su vez utiliza códigos ISO G y M para su programación.

El torno Mirac tiene una torreta de trabajo de hasta 8 estaciones

(dependiendo del modelo) generalmente con cuatro estaciones para maquinados

exteriores y cuatro para maquinados interiores, aunque esto puede variar de

acuerdo a las necesidades y requerimientos de la empresa.

Ejemplos de programación de movimientos de la herramienta de corte en el eje “z”

Estructura de los programas de Control Numérico (CN) para el torno Mirac.

Para realizar la programación de una pieza en el torno Mirac de Control

Numérico (CN) es necesario que se siga una estructura básica como la que se

indica:

Comentarios introductorios

Preparación de la máquina

Cuerpo principal del programa (maquinado)

Finalización del programa