INSTITUTO TECNOLOGICO DE TLALNEPANTLA DEPARTAMENTO DE METALMECANICA INGENIERIA MECANICA SISTEMAS DE CONTROL NUMERICO CONCEPTOS DE CONTROL NUMERICO UNIDAD 1 PROFESOR: ING. SALOMON JIMENEZ CAMPOS ALUMNOS: ESCALONA CAMBRAY FELIPE 09251339 SERRANO CHACN MARCOS MANUEL 09250396 JIMNEZ NAVA LUIS JORGE 08250938 JORGE ROBERTO TLLEZ PREZ 09251148 SATURNINO HERNANDEZ VARGAS 08250904 VALENCIA JUREZ ERICK ALEJANDRO 07251758

UNIDAD 1 FUNDAMENTOS DE CONTROL NUMERICO DE LAS MAQUINAS HERRAMIENTAS

1.1 HISTORIA DEL CONTROL NUMERICO

En principio, contrariamente a lo que se pudiera pensar, el Control Numrico de Mquinas Herramientas no fue concebido para mejorar los procesos de fabricacin, sino para dar solucin a problemas tcnicos surgidos a consecuencia de] diseo de piezas cada vez ms difciles de mecanizar. En 1942, la "Bendix Corporation" tiene problemas con la fabricacin de una leva tridimensional para el regulador de una bomba de inyeccin para motores de avin. El perfil tan especial de dicha leva es prcticamente imposible de realizar con mquinas comandadas manualmente. La dificultad provena de combinar los movimientos del til simultneamente segn varios ejes de coordenadas, hallando el perfil deseado. Se acord entonces confiar los clculos a una mquina automtica que definiera gran nmero de puntos de la trayectoria, siendo el til conducido sucesivamente de uno a otro. En 1947, Jhon Parsons, constructor de hlices de helicpteros, americano, concibe un mando Automtico La idea de utilizar cartas perforadas (comportando las coordenadas de los ejes de los agujeros) en un lector que permitiera traducir las seales de mando a los dos ejes, permite a Parsons desarrollar su sistema Digitn. En esta poca, la U.S. Air Force estaba preocupada con la fabricacin de estructuras difciles de trabajar por copiado susceptibles de ser modificadas rpidamente. Gracias a su sistema, Parsons obtiene un contrato y el apoyo del Massachusetts Institute of Technologie" El Gobierno americano apoya la iniciativa para el desarrollo de una fresadora de tres ejes en contorneado mandado por control digital. En 1953, despus de cinco aos de puesta a punto, el M.I.T. utiliza por primera vez la apelacin de "Numerical Control" En 1956, la U.S.A.F. hace un pedido de 170 mquinas de Control Numrico a tres grandes Constructores americanos: Cincinnati Milling Machine Company, Giddin & Levis, Kearney & Trecker Paralelamente a esta evolucin, ciertos constructores se interesan por el desarrollo de mquinas ms simples para trabajos, tales como taladrado, mandrinado y punteado, que no requieren ningn movimiento continuo, pero s un posicionamiento preciso. De esta forma se ha visto que la necesidad industrial de la aeronutica fue la que cre la demanda de sistemas continuos complejos. El paso de complejos a simples revolucion los procesos de fabricacin.

En 1960, tambin en el M.I.T. se realizaron las primeras demostraciones de Control Adaptable (un perfeccionamiento del Control Numrico que permite, adems, la autorregulacin de las condiciones de trabajo de las mquinas). A finales de 1968 tuvieron lugar los primeros ensayos de Control NumricoDirecto (DNC). En general, el incremento en la utilizacin de mquinas herramientas con CN se debe a que un gran nmero de problemas, que se consideraban bien resueltos por los mtodos de trabajo clsicos, que pueden tener una respuesta ventajosa desde el punto de vista tcnico mediante la utilizacin de dichas mquinas. Hoy da este tipo de maquinarias est siendo implementado en casi todo tipo de fbricas y se prev que para el ao 2000 el 85 % de la produccin industrial del mundo se realizar con este tipo de mquinas. Nuestro pas no es ajeno a esta proyeccin y puede apreciarse que actualmente este sistema se encuentra en plena difusin y las mquinas herramientas comandadas por control numrico, principalmente tornos y fresadoras, se incorporan a pequeas y medianas empresas en nmero creciente. Otro dato que confirma esta tendencia es que en las ltimas Exposiciones referentes a Mquinas industriales como EMAQH (Exposicin de Mquinas Herramientas), prcticamente han desaparecido los expositores de mquinas herramientas convencionales siendo desplazados por fabricantes de M.H.C.N. nacionales y extranjeros.

1.2 CONSEPTOS FUNDAMENTALES

La mquina herramienta es un tipo de mquina que se utiliza para dar forma a materiales slidos, principalmente metales. Su caracterstica principal es su falta de movilidad, ya que suelen ser mquinas estacionarias. El moldeado de la pieza se realiza por la eliminacin de una parte del material, que se puede realizar por arranque de viruta, por estampado, corte o electroerosin. El trmino mquina herramienta se suele reservar para herramientas que utilizan una fuente de energa distinta del movimiento humano, pero tambin pueden ser movidas por personas si se instalan adecuadamente o cuando no hay otra fuente de energa. Muchos historiadores de la tecnologa consideran que las autnticas mquinas herramienta nacieron cuando se elimin la actuacin directa del hombre en el proceso de dar forma o troquelar los distintos tipos de herramientas. Las mquinas-herramienta para modelar metales, el CNC se usa en la fabricacin de muchos otros productos de ebanistera, carpintera, etc. La aplicacin de sistemas de CNC en las mquinasherramienta han hecho aumentar enormemente la produccin, al tiempo que ha hecho posible efectuar operaciones de conformado que era difcil de hacer con mquinas convencionales, por ejemplo la realizacin de superficies esfricas manteniendo un elevado grado de precisin dimensional. Finalmente, el uso de CNC incide favorablemente en los costos de produccin al propiciar la baja de costes de fabricacin de muchas mquinas, manteniendo o mejorando su calidad.

El control numrico por computadora, de ahora en adelante CNC, es un sistema que permite controlar en todo momento la posicin de un elemento fsico, normalmente una herramienta que est montada en una mquina. Esto quiere decir que mediante un software y un conjunto de rdenes, controlaremos las coordenadas de posicin de un punto (la herramienta) respecto a un origen (0,0,0 de mquina), o sea, una especie de GPS pero aplicado a la mecanizacin, y muchsimo ms preciso. Un CNC es un equipo totalmente integrado dentro de mquinas-herramienta de todo tipo, de mecanizado, de corte, por lser, cortadoras, etc. El CNC permite controlar en todo momento cuales son los movimientos de una herramienta, as que nos servir para obtener piezas con determinadas medidas, para crear programas que nos repitan con gran precisin piezas iguales, tambin se utiliza, y mucho, para verificar las medidas de alguna pieza que ha sido fabricada. Un conjunto de rdenes que siguen una secuencia lgica constituyen un programa de maquinado. Dndole las rdenes o instrucciones adecuadas a la mquina, sta es capaz de maquinar una simple ranura, una cavidad irregular, la cara de una persona en altorrelieve o bajorrelieve, un grabado artstico un molde de inyeccin de una cuchara o una botella. Actualmente muchas de las mquinas modernas trabajan con lo que se conoce como "lenguaje conversacional" en el que el programador escoge la operacin que desea y la mquina le pregunta los datos que se requieren. Cada instruccin de este lenguaje conversacional puede representar decenas de cdigos numricos. Tambin se emplean sistemas CAD/CAM que generan el programa de maquinado de forma automtica. En el sistema CAD (diseo asistido por computadora) la pieza que se desea maquinar se disea en la computadora con herramientas de dibujo y modelado slido. Posteriormente el sistema CAM (manufactura asistida por computadora) toma la informacin del diseo y genera la ruta de corte que tiene que seguir la herramienta para fabricar la pieza deseada; a partir de esta ruta de corte se crea automticamente el programa de maquinado, el cual puede ser introducido a la mquina mediante un disco o enviado electrnicamente. Para mecanizar una pieza se usa un sistema de coordenadas que especificarn el movimiento de la herramienta de corte. El sistema se basa en el control de los movimientos de la herramienta de trabajo con relacin a los ejes de coordenadas de la mquina, usando un programa informtico ejecutado por un ordenador. En el caso de un torno, hace falta controlar los movimientos de la herramienta en dos ejes de coordenadas: el eje de las X para los desplazamientos laterales del carro y el eje de las Z para los desplazamientos transversales de la torre. En el caso de las fresadoras se controlan los desplazamientos verticales, que corresponden al eje Z. Para ello se incorporan servomotores en los mecanismos de desplazamiento del carro y la torreta, en el caso de los tornos, y en la mesa en el caso de la fresadora; dependiendo de la capacidad de la mquina, esto puede no ser limitado nicamente a tres ejes.

1.3 DEFINICION DE CONTROL NUMERICO

El Control Numrico se puede definir de una forma genrica como un dispositivo de automatizacin de una mquina herramienta, mediante una serie de instrucciones codificadas, controla su funcionamiento. Cada programa establece un determinado proceso a realizar por la mquina herramienta. 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 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.

Entre las operaciones de maquinado que se pueden realizar en una mquina CNC se encuentran las de torneado y de fresado. Sobre la base de esta combinacin es posible generar la mayora (si no son todas) las piezas de industria. Este es, uno de los sistemas que ha revolucionado la fabricacin de todo tipo de objetos, tanto en la industria metalrgica como en muchos otros mbitos productivos.

1.4 TIPOS DE MAQUINAS-HERRAMIENTAS CNC

Mquinas Fresadoras. Las mquinas CNC Fresadoras usan un cortador rotatorio para el movimiento de corte y un movimiento lineal para la alimentacin. El material es empujado en el cortador, o el cortador es empujado al material, en caminos rectos o curvos tridimensionales, para producir los elementos deseados de una pieza. La pieza terminada es creada mediante la remocin de todo el material innecesario desde la pieza de trabajo. Este proceso se denomina fresado.

Tornos. Los Tornos CNC rotan la pieza de trabajo en contra de un nico punto de una herramienta para producir movimiento de corte. La herramienta se alimenta a lo largo o en la pieza de trabajo para producir el movimiento de alimentacin. El maquinado de una pieza en un tono se denomina Giro.

Centros de Maquinado. Los centros de maquinado son mquinas CNC ms sofisticadas que frecuentemente combinan las tecnologas de fresado y torneado.

Mquinas EDM. Una Mquina de Descarga Elctrica (Electrical Discharge Machine, EDM) usa chispas elctricas para hacer una cavidad en una pieza de metal. este proceso requiere de un electrodo, una fuente de poder, un tanque, y enfriador. La pieza de trabajo se conecta a un lado de la fuente de poder y se coloca en el tanque. El electrodo, construido en la forma de la cavidad deseada, se conecta al otro lado de la fuente de poder. El tanque se llena con enfriador. este enfriador es un material dielctrico. Un dielctrico opone una resistencia al flujo de la electricidad. Se baja el electrodo hasta que una chispa salta entre el electrodo y la pieza de trabajo. Cuando la chispa salta, la calidad dielctrica del enfriador ha sido superada. La chispa libera pequeas partculas de material que son eliminadas por el enfriador. Se crea una cavidad de la misma forma que el electrodo.

Robots o centros de produccin. Los robots industriales son mquinas especializadas que son un reemplazo directo del trabajo humano. Estos robots se utilizan para realizar consistentemente tareas que son montonas, repetitivas y / o difciles. Algunos ejemplos son: fundicin, pintura, soldadura, paletizado, transferencia de materiales y como intercambiadores de herramientas y piezas para mquinas CNC.

Taladro CNC: Un centro de mecanizado ha unido en una sola mquina y en un solo procesotareas que antes se hacan en varias mquinas, taladradoras, fresadoras, mandrinadoras, etc, y adems efecta los diferentes mecanizados en unos tiempos mnimos antes impensables debido principalmente a la robustez de estas mquinas a la velocidad de giro tan elevada que funciona el husillo y a la calidad extraordinaria de las diferentes herramientas que se utilizan.

1.5 SISTEMAS DE CONTROL Sistemas de sujecin Existen diferentes mecanismos para amarrar la pieza en los tornos CN: Platos universales de dos, tres o cuatro garras autocentrables. Platos frontales para la colocacin de sargentos para agarre de formas irregulares. Mandriles autocentrables. Pinzas para la sujecin de piezas cilndricas pequeas. Puntos y contrapuntos con arrastre para piezas esbeltas. Lunetas escamoteables para apoyo intermedio. Conos. En fresado se emplean las siguientes formas de sujecin: Sargentos y apoyos con formas escalonadas, ajustables en altura o bloques con varias facetas de contacto, con pernos y resortes de apriete de montaje-desmontaje rpido. Placas angulares de apoyo. Palancas de apriete. Mordazas mecnicas autocentrables Platos o mesas magnticas. Mesas y dispositivos modulares de uso universal. Apoyos de diseo especfico o especial. Los dispositivos de sujecin permiten asegurar la pieza a la mesa de trabajo (fresado) o al cabezal (torneado) El nmero de funciones controlables que estn relacionadas con estos sistemas depende de la forma de alimentacin de piezas (manual o automtica) y de la complejidad del sistema de amarre. En los tornos el plato de garras se puede abrir y cerrar mediante instrucciones Programadas de CN. Tambin se puede establecer por programa la presin de cierre de las garras. La eleccin de la fuerza de apriete depende generalmente de la velocidad de giro del cabezal; velocidades elevadas demandan las presiones mayores al aumentar la accin de la fuerza centrifuga. Como es habitual que las MHCN trabajen a velocidades de giro (corte) elevadas y esto podra suponer presiones que daasen la pieza, estas incorporan mecanismos de compensacin de las fuerzas centrifugas. El

diseo de las mismas se basa de mantener una presin estable del accionamiento de cierre hidrulico a velocidades de giro elevadas Cambiadores de herramienta Mecanizar productos en MHCN requiere diferentes operaciones sucesivas sin soltar la pieza de su sistema de amarre (fase) lo que supone incorporar un dispositivo que permita cambiar de forma automtica las herramientas durante el proceso. Es poco habitual llevar a cabo un trabajo de mecanizado sin cambiar de herramienta. El cambio de herramientas puede ejecutarse manualmente por el operario, sin embargo, esto solo se realiza en la prctica con fresadoras y taladradoras dotadas de cabezales con adaptadores portaherramientas de acceso rpido y sencillo. Los tornos CN y centros de mecanizado de gran produccin utilizan cambiadores Automticos de herramientas que pueden albergar un nmero variable de tiles dependiendo de su diseo. Los cambiadores de herramientas reciben los nombres de: Torreta de herramientas (tornos) Carrusel de herramientas (fresadoras / centros de mecanizado) El cambio de herramienta se controla por programacin CN caracterizndose por un giro de la torreta hasta que coloca en la posicin de trabajo aquella que se le solicita En el caso de los carruseles (almacenes) de herramientas, para cambiar la herramienta se emplea un manipulador o garra adicional. La UC de la mquina interrumpe el mecanizado para que el manipulador extraiga del carrusel, que ha girado hasta colocar al til deseado en la posicin de cambio, la nueva herramienta. Simultneamente la garra opuesta del manipulador extrae la herramienta en uso del cabezal. Un volteo del manipulador coloca la nueva en el cabezal y a la usada en el hueco (estacin) dejado por la primera en el almacn. La operacin solo dura segundos.

Carrusel de herramientas Los cambiadores de herramientas incorporan frecuentemente el "posicionado lgico", que se basa en realizar giro de la torreta o el carrusel en el sentido que permite ubicar el til deseado de forma ms rpida desde la posicin actual. Componentes de un sistema CN Un sistema CNC est constituido por numerosos componentes.

El corazn de un sistema CNC es un ordenador que se encarga de realizar todos los clculos necesarios y de las conexiones lgicas. tendiendo a que el sistema CNC es el puente de unin entre el operador y la mquinaherramienta se necesitan dos interfaces (traductores): El interfaz del operador formado por el panel de control y varios a l conectados relacionados generalmente con dispositivos de perifricos almacenamiento. El interfaz de control de la mquina-herramienta que esta subdividido en mltiples conexiones de control y que afectan los actuadores de ejes, del husillo principal, etc. hasta llegar al sistema auxiliar de alimentacin de energa. Los apartados que restan hasta finalizar este tema explican con mayor detalle las funciones y operativa del ordenador y de los dos interfaces. El panel de control El aspecto externo del panel de control de las MHCN puede variar considerablemente en funcin del fabricante, no obstante, los componentes que en l aparecen se pueden agrupar de forma genrica en: Monitor: que incluye una pantalla CRT o un panel de texto (en desuso) as como un conjunto de diales analgicos o digitales, chivatos e indicadores. Mandos para el control mquina: Estos permiten el gobierno manual o directo de la MHCN en actividades anlogas a las ejecutadas con una convencional mediante manivelas, interruptores, etc. Estos controles pueden ser empleados de forma alternativa durante las operaciones programadas para modificar puntualmente el proceso. Controles para la programacin: Generalmente se presentan como teclados para la edicin textual de programas y datos almacenados. Presentan caracteres alfabticos, nmeros e iconos o smbolos de las funciones que ejecutan.

SISTEMA DE CONTROL DE LAZO ABIERTO Son los sistemas en los cuales la salida no afecta la accin de control. En un sistema en lazo abierto no se mide la salida ni se realimenta para compararla con la entrada.

En cualquier sistema de control en lazo abierto, la salida no se compara con la entrada de referencia. Por tanto a cada entrada de referencia le corresponde una condicin operativa fija; como resultado, la precisin del sistema depende de la calibracin. Ante la presencia de perturbaciones, un sistema de control en lazo abierto no realiza la tarea deseada. En la prctica, el control en lazo abierto slo se utiliza si se conoce la relacin entre la entrada y la salida y si no hay perturbaciones internas ni externas. Es evidente que estos sistemas no son de control realimentado.

SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO

Los sistemas de control realimentados se denominan tambin sistemas de control de lazo cerrado. En la prctica, los trminos control realimentado y control en lazo cerrado se usan indistintamente. En un sistema de control en lazo cerrado, se alimenta al controlador la seal de error de actuacin, que es la diferencia entre la seal de entrada y la salida de realimentacin (que puede ser la seal de salida misma o una funcin de la seal de salida y sus derivadas o/y integrales) a fin de reducir el error y llevar la salida del sistema a un valor conveniente. El trmino control en lazo cerrado siempre implica el uso de una accin de control realimentando para reducir el error del sistema.

1.6 JUSTIFICACIN DEL EMPLEO DE MAQUINAS HERRAMIENTAS

Las Maquinas Herramientas de Control Numrico (MHCN), constituyen una modalidad de automatizacin flexible ms utilizada; son mquinas herramientas programadas para fabricar lotes de pequeo y medio tamao de piezas de formas complicadas; los programas de software sustituyen a los especialistas que controlaban convencionalmente los cambios de las mquinas y constituciones que incluye las tareas y sus velocidades as como algunas variables de control adaptativo para comprobar aspectos tales como temperatura, vibracin, control adaptativo, condicin del material, desgaste de las herramientas, etc., que permiten proceder a los reajustes necesarios. Estas mquinas pueden encontrarse en forma aislada, en cuyo caso se habla de un mdulo, o bien interconectadas entre s por medio de algn tipo de mecanismo automtico para la carga y descarga del trabajo en curso, en cuyo caso se hablara de una clula de fabricacin. En ocasiones las mquinas estn dispuestas en forma semicircular para que un robot pueda encargarse de manejar los materiales, mientras que en otros la configuracin es lineal. Cuando una mquina de control numrico acta de forma independiente, necesita contar con la presencia de un operario, quien se ocupa de la carga y descarga de las piezas a procesar, los programas y las herramientas. Algunas mquinas CN incluyen cartucheras rotatorias con diferentes herramientas. El programa de ordenador puede seleccionar la herramienta a utilizar, de este modo, una maquina puede encargarse de realizar distintas operaciones que antes haba n de hacerse en varias. En otros casos, frente a las maquinas se ubica un carrusel de herramientas, materiales, etc. y aquellas, sin necesidad de intervencin humana, seleccionan con un brazo el instrumento o material que necesitan para desarrollar una determinada tarea. Se cree que, en un futuro, las mquinas de Control Numrico harn el trabajo de precisin, mientras que los robots se limitaran a la carga, descarga y ensamblaje. En los casos de produccin de gran volumen, la automatizacin rgida, ms sencilla y barata, sera suficiente porque, aunque puede haber excepciones, las maquinas CN y los robots son lentos.

Para determinar la conveniencia de estas mquinas en trminos de coste habr que considerar la mano de obra, la disponibilidad de operarios especializados, tipo y grado de precisin requerida, fiabilidad de las maquinas, etc. Algunas empresas que producen una gama de productos estrecha se han dirigido, no obstante, a las maquinas CN porque, aunque el coste de la programacin sea alto, una vez hecha esta, puede ser utilizada posteriormente sin necesidad de volver a programar.

1.7 VENTAJAS Y DESVENTAJAS

VENTAJAS Incremento de la flexibilidad en la maquinaria (se adapta mejor a los cambios en las tareas y en los programas de produccin) Incremento en la flexibilidad para el cambio, en la medida en que las instrucciones grabadas se pueden modificar cuando sea necesario, con lo que facilitan la adaptacin a los cambios introducidos por la ingeniera de diseo. Reduccin de necesidades de mano de obra y de inventarios, as como de los tiempos de lanzamiento, de suministro externo y de proceso. Alto grado de calidad debido a la precisin, repetibilidad y ausencia de variaciones introducidas por un operador. Desperdicios reducidos. Son menos probables los errores debidos a la fatiga del operador, interrupciones y otros factores. Inspeccin simplificada. Una vez que la primera pieza ha pasado la inspeccin, se requiere una inspeccin mnima en las partes subsecuentes. Menores costos de herramientas debido a la menor necesidad de montajes y reparaciones complejas. Tiempo de servicio reducido. Las operaciones complejas de la maquinaria se realizan ms fcilmente debido al control avanzado de la mquina.

DESVENTAJAS La frecuencia de errores en la programacin. Las herramientas de una mquina numricamente controlada no cortan el metal tan rpido como las mquinas convencionales.

El control numrico no elimina la necesidad de herramientas caras. Adems, hay un gasto inicial mayor. El control numrico no elimina los errores por completo. Los operadores todava se pueden equivocar al presionar los botones equivocados, al realizar alineaciones erradas, y fallan al ubicar las piezas adecuadamente en una montura. Se necesita escoger y entrenar a programadores y a personal de mantencin.

Bibliografa: www.wikipedia.com. www.mecanicapupular.es/ Procesos de manufactura si Amstead 5 edicin http://usuarios.multimania.es/automatica/temas/tema2/pags/la_lc/lc.htm http://www.up2edm.com/index.php? main_page=products_new&disp_order=3&language=sp Enciclopedia Encarta Microsoft 2002 artculos CNC maquinas herramientas