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• CARLOS REYES PAREDES

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CNTROL NUMÉRICO

INDICE 1.

HISTORIA: ..........................................................................................................................3

2.

INTRODUCCIÓN ...............................................................................................................4

3.

DEFINICIÓN DE CONTROL NUMÉRICO .....................................................................6

4.

CLASIFICACIÓN DE LOS CONTROLES NUMÉRICOS .............................................7 4.1.

Clasificación según el sistema de referencia .........................................................7

4.2.

Clasificación según el control de las trayectorias ..................................................8

4.2.1.

Control Numérico Punto a Punto: ....................................................................8

4.2.2.

Control Numérico Paraxial: ...............................................................................9

4.2.3.

Control numérico de contorneado: ..................................................................9

4.3.

Según el tipo de accionamiento .............................................................................10

4.4.

Según el bucle de control .......................................................................................10

4.5.

Clasificación según la tecnología de control ........................................................10

4.5.1.

Control Numérico (CN):...................................................................................10

4.5.2.

Control Numérico computarizado (CNC): .....................................................11

4.5.3.

Control Numérico Adaptativo (CNA): ............................................................11

5.

ELEMENTOS DE LAS MÁQUINAS HERRAMIENTAS NC ......................................12

6.

MÁQUINAS HERRAMIENTA CNC ...............................................................................13

7.

6.1.

Introducción: .............................................................................................................13

6.2.

Componentes funcionales en máquinas CNC .....................................................14

6.3.

Funciones de las maquinas herramienta CNC: ...................................................15

6.4.

Comparación de los sistemas NC con los sistemas CNC: ................................16

ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO PARA EL NC ................18 7.1.

Servo control en sistemas de control numérico ...................................................19

7.1.1. 7.2. 8.

Sistemas de posicionamiento de Ciclo abierto ............................................19

Sistemas de posicionamiento de ciclo cerrado....................................................21

PRECISIÓN DEL POSICIONAMIENTO .......................................................................22 8.1.

COMPONENTES .....................................................................................................25

8.1.1.

La Unidad de Gobierno ...................................................................................26

8.1.2.

Los servomecanismos. ...................................................................................27

8.1.3.

Los transductores ............................................................................................28

8.1.4.

Dispositivos para el cambio de herramientas. .............................................29

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CNTROL NUMÉRICO Husillos y ejes de trabajo y avances. ............................................................30

8.1.5. 8.2.

EJES PRINCIPALES DE REFERENCIA..............................................................30

PROGRAMACION DE PARTES POR NC ...................................................................31

9.

9.1.

Programación manual .............................................................................................31

9.2.

Programación de partes asistida por computadora: ...........................................36

9.3.

Programacion de partes asistida por sistemas CAD/CAM.................................38

CAD / Diseño Asistido por Computadora .............................................................................38 Beneficios de CAD ..............................................................................................................39 Software CAD ......................................................................................................................39 CAM / Manufactura Asistida por Computadora ...................................................................40 Beneficios de CAM ..............................................................................................................41 Software CAM ......................................................................................................................41 10.

APLICACIONES DEL CONTROL AUTOMATICO ..................................................43

10.1.

FUNCIONES PROGRAMABLES CN................................................................43

10.1.1.

Sistemas CN básicos: .................................................................................44

10.1.2.

Sistemas CNC: (controlados numéricamente por ordenador) ...............44

10.2.

MAQUINAS HERRAMIENTAS DE CONTROL NUMÉRICO (MHCN) .........45

10.2.1.

Ventajas ........................................................................................................47

10.2.2.

Desventajas ..................................................................................................47

10.3.

MECANIZADO .....................................................................................................48

10.4.

APLICACIONES DE MAQUINAS HERRAMIENTAS. ....................................49

10.5.

APLICACIONES QUE NO SON MÁQUINAS HERRAMIENTAS. .................51

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CNTROL NUMÉRICO

CONTROL NUMÉRICO CN 1. HISTORIA: Quienes merecen el crédito acerca de las primeras investigaciones sobre control numérico son John Parsons y Frank Stulen, en la Parsons Corporation en Michigan, a fines de la década de los cuarenta. Parsons era un contratista de maquinado para la fuerza aérea de Estados Unidos y había diseñado un medio que utilizaba datos de coordenadas numéricas a fin de mover la mesa de trabajo de una fresadora y producir partes complejas para aeronaves. Con base en el trabajo de Parsons, la fuerza aérea de Estados Unidos premio con un contrato a esta compañía en 1949, con el fin de estudiar la factibilidad del nuevo concepto de control para maquinas herramienta. El proyecto fue subcontratado para el laboratorio de servomecanismos en el Massachusetts Institute of Technology (M.I.T) con el propósito de desarrollar una máquina herramienta prototipo que utilizara el nuevo principio de datos numéricos. El laboratorio del M.I.T confirmo que el concepto era factible y procedió a adaptar una fresadora vertical de tres ejes, usando controles combinados analógicos-digitales. El sistema mediante el cual se realizaban los movimientos de la máquina herramienta recibió el nombre de control numérico (NC). La máquina prototipo se mostró en 1952. La exactitud y la capacidad de repetición del sistema de control numérico eran mucho mejor que los métodos de maquinado manual disponibles entonces. También era evidente el potencial para reducir el tiempo no productivo en el ciclo de maquinado. Sin embargo, los constructores de máquinas herramienta no estaban dispuestos a invertir las grandes cantidades requeridas para desarrollar productos basados en el control numérico en diversas compañías. Estas máquinas herramienta de control numérico en diversas compañías. Estas máquinas se pusieron en operación en diferentes compañías de aeronaves entre 1958 y 1960. Pronto fueron evidentes las ventajas del control numérico y las compañías de la industria aeronáutica y aeroespacial empezaron a hacer pedidos de nuevas máquinas de control numérico. Incluso, algunos iniciaron la construcción de sus propias unidades. La importancia de la programación de partes fue clara desde el principio. La fuerza aérea de Estados Unidos siguió apoyando el desarrollo y la aplicación del NC mediante el patrocinio de la investigación en el M.I.T para un lenguaje de programación de partes, cuyo propósito era controlar las máquinas de control ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO numérico. Esta investigación produjo el desarrollo de la habilitación de herramientas programadas automáticamente (APT) en 1958. El lenguaje APT es un lenguaje de programación de partes a través del cual un usuario describe las instrucciones de maquinado en enunciados simples parecidos al idioma inglés.

2. INTRODUCCIÓN

El control numérico (CN) es una forma de automatización programable en la cual el equipo de procesado se controla a través de números, letras y otros símbolos. Estos números, letras y símbolos están codificados en un formato apropiado para definir un programa de instrucciones para desarrollar una tarea concreta. Cuando la tarea en cuestión cambia, se cambia el programa de instrucciones. La capacidad de cambiar el programa hace que el CN sea apropiado para volúmenes de producción bajos o medios, dado que es más fácil escribir nuevos programas que realizar cambios en los equipos de procesado.

El primer desarrollo en el área del control numérico se le atribuye a John Parsons. El concepto de control numérico implicaba el uso de datos en un sistema de referencia para definir las superficies de contorno de las hélices de un helicóptero.

Actualmente existe un ambiente de grandes expectativas e incertidumbre. Mucho de esto se da por los rápidos cambios de la tecnología actual, pues estos no permiten asimilarla en forma adecuada de modo que es muy difícil sacar su mejor provecho. También surgen cambios rápidos en el orden económico y político los cuales en sociedades como la nuestra (países en desarrollo) inhiben el surgimiento de soluciones autóctonas o propias para nuestros problemas más fundamentales. Entre todos estos cambios uno de los de mayor influencia lo será sin duda el desarrollo de las nuevas políticas mundiales de mercados abiertos y globalización. Todo esto habla de una libre competencia y surge la necesidad de adecuar nuestras industrias a fin de que puedan satisfacer el reto de los próximos años. Una opción o alternativa frente a esto es la reconversión de las industrias introduciendo el elemento de la automatización. Sin embargo se debe hacerse en la forma más adecuada de ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO modo que se pueda absorber gradualmente la nueva tecnología en un tiempo adecuado; todo esto sin olvidar los factores de rendimiento de la inversión y capacidad de producción. Uno de los elementos importantes dentro de este resurgir de la automatización son las Máquinas de Herramientas de Control Numérico Computarizado, las cuales brindan algunas ventajas adicionales. Desde los orígenes del control numérico todos los esfuerzos se han encaminado a incrementar la productividad, precisión, rapidez y flexibilidad de las máquinasherramienta. Su uso ha permitido la mecanización de piezas muy complejas, especialmente en la industria aeronáutica, que difícilmente se hubieran podido fabricar de forma manual. La utilización de sistemas de control abiertos aportará considerables beneficios, no sólo a los fabricantes de control y fabricantes de máquina-herramienta, sino también al usuario final. Permitirá la integración de módulos propios, dando así a una empresa la posibilidad de implementar, por ejemplo, su sistema de programación específico tanto a pie de máquina como en el departamento de programación. Al basarse en estándares, la integración en un entorno CIM será fácil y económica. También se obtendrán una reducción del tiempo de desarrollo y un incremento de la flexibilidad en la adaptación de los controles a las demandas especiales de las máquinas- herramienta y células de producción. Finalmente, se reducirán los costes de

desarrollo, adaptación, puesta

en

marcha, formación, documentación

y

mantenimiento. Las maquinas herramienta de control numérico configuran una tecnología de fabricación que de la mano de la microelectrónica, la automática y la informática industrial ha experimentado en los últimos años un desarrollo acelerado y una plena incorporación a los procesos productivos, desplazando progresivamente a las maquinas convencionales, su capacidad de trabajo automático y de integración de los distintos equipos entre sí y con los sistemas de control, planificación y gestión de formación, hacen del control numérico (CN) la base de apoyo a unas tecnologías de fabricación: el COM.- fabricación flexible y el CIM fabricación integrado por computadora. ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO 3. DEFINICIÓN DE CONTROL NUMÉRICO

Existen diversas definiciones de lo que es un control numérico (CN) entre las que se pueden citar las siguientes: 

Es todo dispositivo capaz de dirigir posicionamientos de un órgano mecánico móvil, en el que las órdenes relativas a los desplazamientos del móvil son elaboradas a partir de las instrucciones codificadas en un programa.



Es todo dispositivo que realiza un mando mediante números, haciendo que las máquinas desarrollen su trabajo automáticamente mediante la introducción en su memoria de un programa en el que se definen las operaciones a realizar por medio de combinaciones de letras y números.



Son sistemas que, en base a una serie de instrucciones codificadas (programa), gobierna todas las acciones de una máquina o mecanismo al que le ha sido aplicado haciendo que éste desarrolle una secuencia de operaciones y movimientos en el orden previamente establecido por el programador.

Quizá la definición más clara en lo que se refiere al CN aplicado a las máquinasherramienta sea la siguiente: Sistema que aplicado a una máquina herramienta automatiza y controla todas las acciones de la misma, entre las que se encuentran: 

Los movimientos de los carros y del cabezal.



El valor y el sentido de las velocidades de avance y de corte.



Los cambios de herramientas y de piezas a mecanizar.



Las condiciones de funcionamiento de la máquina (bloqueos, refrigerantes, lubricación, etc.).



El estado de funcionamiento de la máquina (averías, funcionamiento defectuoso, etc.).



La coordinación y el control de las propias acciones del CN (flujos de información, sintaxis de programación, diagnóstico de su funcionamiento, comunicación con otros dispositivos, etc.).

De todo ello se deduce que los elementos básicos de un sistema de control numérico son, con carácter general. ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO El programa, que contiene la información precisa para que se desarrollen esas tareas. El programa se escribe en un lenguaje especial (código) compuesto por letras y números y se graba en un soporte físico (cinta magnética, disquete, etc.) o se envía directamente al control vía RS-232.

El control numérico (CN), que debe interpretar las instrucciones contenidas en el programa, convertirlas en señales que accionen los dispositivos de las máquinas y comprobar su resultado.

El equipo de procesado es el componente que realiza el trabajo útil, y lo forman la mesa de trabajo, las máquinas herramienta así como los motores y controles para moverlas. 4. CLASIFICACIÓN DE LOS CONTROLES NUMÉRICOS

Debido a las diferencias que existen entre las máquinas que son susceptibles de ser gobernadas por un CN, a las dificultades técnicas en el diseño de los controladores y a condicionantes de tipo económico, han aparecido diversos tipos de CN que pueden clasificarse de varias maneras: Según el sistema de referencia Según el control de las trayectorias Según el tipo de accionamiento Según el bucle de control Según la tecnología de control.

4.1.

Clasificación según el sistema de referencia

Para programar los sistemas de CN es necesario establecer un sistema de referencia estándar en el que puedan ser especificadas las diferentes posiciones relativas de la máquina herramienta con respecto al trabajo a realizar.

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CNTROL NUMÉRICO Para facilitar las cosas de cara al programador la pieza a ser maquinada se fija a una mesa de trabajo mientras que la máquina herramienta se mueve en torno a ella. De este modo el sistema de referencia se fija con respecto a la mesa de trabajo. Sistemas de referencia fijos frente a sistemas de referencia flotantes. El propósito de los sistemas de referencia es localizar la herramienta en relación con la pieza a ser maquinada. Dependiendo del tipo de máquina de CN el programador puede tener varias opciones para especificar esta localización. En el caso de sistemas de referencia fijos, el origen siempre se localiza en la misma posición con respecto a la mesa de trabajo. Normalmente, esta posición es la esquina inferior de la izquierda de la mesa de trabajo y todas las posiciones se localizan a lo largo de los ejes XY positivos y relativos a ese punto fijo de referencia. En el caso de sistema de referencia flotante, más común en las modernas máquinas de CN, permiten que el operador fije el origen del sistema en cualquier posición de la mesa de trabajo. A esta característica se le llama origen flotante. El programador es el que decide donde debe estar situado el origen. Esta decisión corresponde a la conveniencia de la parte de programación. Por ejemplo, la pieza a trabajar puede tener una simetría y convendría situar el origen en el centro de esa simetría. La localización de esta referencia se realiza al principio de la tarea, el operador mueve la herramienta mediante control manual al punto que se desea como origen del sistema de referencia y presiona un botón indicándole a la máquina que en ese punto se encuentra el origen. 4.2.

Clasificación según el control de las trayectorias

Si atendemos al primer tipo de clasificación nos encontramos con dos tipos de CN distintos: 

CN punto a punto.



CN paraxial.



CN continuo o de contorneado

4.2.1. Control Numérico Punto a Punto: El CN punto a punto controla únicamente el posicionado de la herramienta en los puntos donde debe ser realizada una operación de mecanizado realizando los ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO desplazamientos en vacío según trayectorias paralelas a los ejes o a 45 grados sin ninguna coordinación entre los sistemas de mando de cada uno. Se utiliza fundamentalmente en máquinas taladradoras, punzonadoras, punteadoras y en algunas mandrinadoras. La coordinación entre ejes no es necesaria porque lo importante es alcanzar un punto dado en el mínimo tiempo y con la máxima precisión posible. El mecanizado no comienza hasta que se han alcanzado todas las cotas en los diversos ejes para dicho punto. El camino seguido para ir de un punto a otro no importa con tal de que no existan colisiones. El método a es quizás el más lento, pero más sencillo. El método b es sin duda el más rápido aunque implica el uso de equipos sofisticados para mover los ejes coordinadamente (interpolación lineal). El método c es el más común, en él los dos ejes comienzan a moverse simultáneamente a máxima velocidad (formando 45 grados) hasta alcanzar la cota límite en alguno de los ejes, momento en el cual, para ese eje y continúan los demás. 4.2.2. Control Numérico Paraxial: El CN paraxial permite controlar la posición y trayectoria durante el mecanizado del elemento desplazable, siempre que esta última sea paralela a los ejes de la máquina y, en algunos casos, a 45 grados). En principio es aplicable a cualquier tipo de máquina herramienta si bien su uso en la práctica se reduce al gobierno de taladradoras y fresadoras. 4.2.3. Control numérico de contorneado: El CN de contorneado o continuo fue el primero en aparecer para después quedar en un segundo plano frente a los sistemas punto a punto y paraxiales y, posteriormente, con los avances en la tecnología electrónica e informática, desplazar a los otros dos sistemas siendo el más utilizado en la mayor parte de las máquinas-herramienta. Los sistemas CN de contorneado controlan no sólo la posición final de la herramienta sino el movimiento en cada instante de los ejes y coordinan su movimiento usando técnicas de interpolación lineal, circular y parabólica. La denominación de continuo viene dada por su capacidad de un control continuo de la trayectoria de la herramienta ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO durante el mecanizado, y de contorneado por la posibilidad de realizar trayectorias definidas matemáticamente de formas cualesquiera obtenidas por aproximación. Este tipo de control de contorneado se aplica a tornos, fresadoras, centros de mecanizado y, en general, a cualquier tipo de máquina que deba realizar mecanizados según una trayectoria más o menos compleja. 4.3.

Según el tipo de accionamiento

Según el tipo de accionamiento pueden ser: hidráulicos, eléctricos o neumáticos. 4.4.

Según el bucle de control

El control del sistema se puede realizar de dos formas: en bucle cerrado, donde a través de sensores se mide el valor a la salida, y se compara en todo instante con un valor de referencia proporcionando una adecuada señal de control; o en bucle abierto donde no existe tal realimentación. 4.5.

Clasificación según la tecnología de control

Si atendemos a la clasificación según la forma física de realizar el control encontramos los siguientes tipos de CN: Control Numérico (CN) Control Numérico Computarizado (CNC) Control Numérico Adaptativo (CNA)

4.5.1. Control Numérico (CN): La denominación de Control Numérico (CN) se utiliza para designar aquellos controles donde cada una de las funciones que realiza el control son implementadas por un circuito electrónico específico únicamente destinado a este fin, realizándose la interconexión entre ellos con lógica cableada.

Sus características principales son las de trabajar sin memoria, con una cinta perforada como medio de introducción del programa que se ejecuta de forma secuencial. Los armarios de control son de gran volumen y difícil mantenimiento. ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO 4.5.2. Control Numérico computarizado (CNC):

El tipo de controles basados en circuitos específicos y lógica cableada (CN) ha caído en desuso con la aparición de los Controles Numéricos Computarizados (CNC), basados en el uso de uno o varios microprocesadores que sustituyen a los circuitos de lógica cableada de los sistemas CN, poco fiables y de gran tamaño.

Los CNC incluyen una memoria interna de semiconductores que permite el almacenamiento del programa pieza, de los datos de la máquina y de las compensaciones de las herramientas. Por otra parte, incorporan un teclado que facilita la comunicación y el grado de interactividad con el operario y permiten la ruptura de la secuencia de los programas, la incorporación de subrutinas, los saltos condicionales y la programación paramétrica. De esta forma, se facilita una programación más estructurada y fácil de aprender. Por otra parte, se trata de equipos compactos con circuitos integrados, lo que aumenta el grado de fiabilidad del control y permite su instalación en espacios reducidos y con un nivel de ruido elevado.

Actualmente, todos los controles que se fabrican son del tipo CNC, quedando reservado el término CN para una referencia genérica sobre la tecnología, de tal forma que se utiliza la denominación CN (Control Numérico) para hacer referencia a todas las máquinas de control numérico, tengan o no computador. 4.5.3. Control Numérico Adaptativo (CNA): El Control Numérico Adaptativo (CNA) es la tendencia actual de los controles. En ellos el controlador detecta las características del mecanizado que está realizando y en función de ellas optimiza las velocidades de corte y los avances; en otras palabras, adapta las condiciones teóricas o programadas del mecanizado a las características reales del mismo. Para ello, hace uso de sistemas sensoriales de fuerza y deformación en la herramienta, par, temperatura de corte, vibraciones, potencia, etc. Las razones de la introducción del CNA residen en la variación de las condiciones de corte durante el mecanizado por varios motivos:

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CNTROL NUMÉRICO 

Geometría variable de la sección de corte (profundidad y anchura) por la complejidad de la superficie a mecanizar, típico de las operaciones de contorneo.



Variaciones en la dureza y en la maquinabilidad de los materiales.



Desgaste de las herramientas, incrementándose el esfuerzo de corte.

5. ELEMENTOS DE LAS MÁQUINAS HERRAMIENTAS NC Los elementos importantes de una máquina CN son los siguientes. 5.1.

Compactadores: Un comparador es un circuito analógico que monitorea dos entradas de voltaje. Uno es llamado voltaje de referencia (Vref) y el otro voltaje de entrada (Vin). Cuando Vin se incrementa por encima o se reduce por debajo de Vref, la salida (Vout) del comparador cambia de estado entre bajo y alto.

5.2.

DAC: Un convertidor de digital a analógico (DAC o D-a-A) es un dispositivo que convierte una señal digital (generalmente binaria) de código en una señal analógica (corriente, tensión, o carga eléctrica).

5.3.

Servomotor: Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. Un servomotor es un motor eléctrico que consta con la capacidad de ser controlado, tanto en velocidad como en posición.

5.4.

Servocontrol: Los servocontroles son amplificadores de muy alta ganancia que se retroalimentan con la información proveniente de los tacómetros de los servomotores. Estos amplificadores reciben como entrada una señal analógica de un control manual o automático; esto es, de un potenciómetro o de un PLC por ejemplo. Su uso es muy específico para lugares donde se requiere exactitud en la velocidad y/o en la posición de una máquina. Ejemplo: Los servos de las máquinas herramienta de control numérico.

5.5.

Controlador: Un controlador o control CNC (Computer Numerical Control) es un dispositivo digital de control numérico (CNC) que cumple la función

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CNTROL NUMÉRICO controlar máquinas herramientas y sus procesos. Ofrecen capacidades que van desde el control de una simple relación de movimiento de punto a punto, hasta el control de algoritmos muy complejos, con múltiples ejes de control. Los controladores CNC se utilizan para equipar a muchos tipos de maquinaria en un taller o planta fabril. 5.6.

Actuador: Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Este recibe la orden de un regulador o controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula.

5.7.

La retroalimentación: Es el que auto corrige las perturbaciones, eliminando los errores para obtener la salida ideal. Una plancha posee un dispositivo que mantiene la temperatura deseada, es decir, si se sube la temperatura abre el circuito de alimentación de las resistencias y si se baja lo cierra para que calienten. Los servosistemas son también de este tipo solo que su salida son elementos mecánicos, un brazo de un robot o una válvula auto regulado o piloteado.

6. MÁQUINAS HERRAMIENTA CNC 6.1.

Introducción:

Las maquinas herramientas CNC, a las que también se les conoce como maquinas herramienta de control numérico computarizado, son accionadas automáticamente. Por ello deben ser cuidadosamente diseñadas, pues, en caso contrario, pueden ocurrir grandes daños. Ya que requieren de menos supervisión. En las maquinas CNC pueden ocurrir deformaciones o daños inesperados debido a que trabajan a altas velocidades, con recorridos excesivos u oscilación de la herramienta o de la mesa que provoquen cambios en la operación, a presión excesiva de la herramienta sobre la pieza de trabajo y a fricción de las guías. Todos estos factores conducen a: 

Calidad pobre de la pieza de trabajo.



Accidentes y fatiga del operario.

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CNTROL NUMÉRICO 

Mayor costo de mantenimiento.



Producción menor.

En consecuencia, los criterios generales para probar una máquina herramienta CNC son: 

Buena producción.



Precisión de lo que se produce.



Productividad incrementada.



Facilidad para el operario



Confiabilidad de las maquinas herramienta.



Seguridad contra todo tipo de accidentes.

Un máquina herramienta CNC debe ser de construcción robusta y estar libre de contragolpes. 6.2.

Componentes funcionales en máquinas CNC



Programa CNC



Dispositivo entrada programa (IHM)



Controlador máquina



Sistemas de actuación



Sistemas de realimentación



Herramientas de la máquina

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CNTROL NUMÉRICO

6.3.

Funciones de las maquinas herramienta CNC:

Las principales funciones de las maquinas herramientas CNC son las siguientes: 6.3.1. Control de la máquina herramienta: es la función fundamental de las maquinas herramientas CNC y comprende la conversión de las instrucciones del programa de la parte en movimiento de la máquina herramienta

mediante

una

computadora

de

interface

y

un

servomecanismo.

6.3.2. Compensación durante el proceso: está estrechamente relacionada con el control de la máquina herramienta. Comprende la corrección dinámica del movimiento de la máquina herramienta o la rectificación de errores que ocurren durante el procesamiento. Comprende las siguientes opciones: 

Ajuste de errores detectados por sondas y calibradores de inspección durante el proceso



Ajuste de control adaptable de la velocidad y del avance



Selección del manejo alternativo de herramientas conforme a las instrucciones.



Recálculo de las posiciones de los ejes mediante la localización de la referencia de origen en una pieza de trabajo

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CNTROL NUMÉRICO 6.3.3. Programación mejorada y características de operación: las principales características de este sistema son las siguientes: 

Edición de los programas de la partes en la máquina.



Despliegue grafico de la trayectoria de la herramienta para verificar la cinta



Provee diferentes tipos de interpolación: circular, parabólica y cubica



Comprender viejas unidades tradicionales y nuevas unidades métricas



Almacenamiento de diferentes programas

6.3.4. Diagnósticos: las maquinas CNC modernas están equipadas con la capacidad de diagnóstico. Esta ayuda tanto a dar mantenimiento y reparar el sistema como para:

6.4.



Minimizar el tiempo muerto.



Dar aviso de la falta inminente de algún componente

Comparación de los sistemas NC con los sistemas CNC:

Ventajas de las maquinas CNC sobre las maquinas NC: 

Las maquinas CNC son más flexibles que las NC.se pueden hacer modificaciones a los programas mientras que las maquinas NC requieren de una cinta totalmente nueva.



Los errores de lectura de datos son menos.



Es posible editar el programa en línea. Los errores de dimensiones, condiciones de corte y compensación del contador se pueden modificar fácilmente.



Posee características de diagnóstico. Puede diagnosticar un programa y detectar las fallas de funcionamiento de la maquina incluso antes que se produzca la parte.



Se puede integrar con el sistema el control numérico directo (DNG). Por ello es posible producir componentes altamente complejos.



Se puede convertir un sistema de unidades en otro, es decir si la cinta se produjo en pulgadas se puede convertir a unidades SI.

Las desventajas de las maquinas CNC son: ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO 

El costo inicial del equipo y el de instalación es mayor que el de las maquinas NC



Requieren personal más capacitado en comparación con las maquinas NC



No son adecuadas para aplicaciones de corridas largas



Su consto de mantenimiento es alto



Requieren lugares con aire acondicionado para su instalación.

TORNO CNC

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CNTROL NUMÉRICO TORNO CONVENCIONAL

7.

ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO PARA EL NC

Su función es convertir las coordenadas que se especifican en el programa de partes del control numérico en posiciones relativas entre la herramienta y la parte de trabajo durante el procesamiento. Vemos como funcionaria un sistema de posicionamiento simple. Este sistema consiste en una mesa de trabajo, la cual la parte de trabajo esta fija. El propósito de la mesa es mover la parte respecto a una herramienta o cabezal de sujeción. Para conseguir este propósito la mesa de trabajo se mueve en forma lineal mediante un tornillo guía giratorio, el cual se controla mediante un motor .Para aportar la capacidad de desplazamiento sobre los ejes x-y, el sistema mostrados se construirá encima de un segundo eje perpendicular al primero. ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO

7.1.

Servo control en sistemas de control numérico 7.1.1. Sistemas de posicionamiento de Ciclo abierto

Características:  En los sistemas en lazo abierto, la mesa puede sobrepasar o no alcanzar la posición deseada debido a cambios en la inercia, desgastes y/o fricción.  La diferencia es que en un ciclo abierto opera sin verificar la posición adecuada para la mesa de trabajo.  Los sistemas ciclo abierto son menos costos.  Angulo de paso permisible , donde

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es la cantidad de ángulos de paso para el motor

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CNTROL NUMÉRICO  Para cierta rotación angular del eje, el codificador detecta cierta cantidad de impulsos:

En un sistema de ciclo abierto opera sin verificar la posición adecuada para la mesa de trabajo. Un sistema de ciclo cerrado usa una medición retroalimenta para verificar que la posición de la mesa de trabajo sea en verdad la que esta especificada en el programa. Los sistemas de ciclo abierto son menos costosos que los de ciclo cerrado y son convenientes donde es mínima la fuerza que resiste el movimiento de funcionamiento. Los sistemas de ciclo cerrado generalmente se especifican para maquinas herramientas que ejecutan operaciones de trayectoria continua, tales como la fresadora o torneado, en los cuales las fuerzas de resistencia son significativas. Es común que un sistema de posicionamiento de ciclo abierto use un motor de engranajes para hacer girar el tornillo guía. En el NC se controla un motor de engranajes mediante una serie de pulsos eléctricos que genera la unidad de control de máquina. Cada pulso provoca que el motor gire una fracción de una revolución, llamada ángulo de paso. Los ángulos de paso permisibles deben apegarse a la relación:

Las ecuaciones que describen el funcionamiento de un sistema de posicionamiento de ciclo cerrado son similares a la de un ciclo abierto. En el codificador óptico básico, el ángulo entre las ranuras de disco debe cumplir:

Para cierta rotación angular del eje, el codificador detecta una cantidad de pulsos que se obtienen mediante:

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CNTROL NUMÉRICO La cuenta de pulsos se usa para determinar la posición lineal del eje x de la mesa de trabajo, mediante la factorización del paso del tornillo guía, por tanto:

Así mismo la velocidad de alimentación a la cual se mueve la mesa de trabajo se obtiene a partir de la frecuencia del tren de pulsos:

Donde

=velocidad

pulg/rev(mm/rev),

de

alimentación,

pulg/min(mm/min);p=paso,

=frecuencia del tren de pulzos,en Hz(pulsos/seg);

en

=cantidad de

ranuras en disco codificadorenpulsos/rev; y 60 es el factor que convierte los segundos a minutos. La serie de pulsos que genera el codificador se compara con la posición de coordenadas y la velocidad de alimentación especificadas en el programa de partes; la unidad de control de maquina usa la diferencia para conducir un servomotor, el cual a su vez controla la mesa d trabajo. Se usa un convertidor analógico digital para transformar las señales digitales de MCU a una señal analógica continua a fin de operar el motor conductor.

7.2.

Sistemas de posicionamiento de ciclo cerrado

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CNTROL NUMÉRICO

Características  En los sistemas en lazo cerrado, los sensores de posición permiten corregir el movimiento de la mesa y conseguir una mayor precisión y repetitibilidad.  Un sistemas de ciclo cerrado usa una medición retroalimentada para verificar que la posición de la mesa de trabajo sea en verdad la que se esa especificando en el programa.  Los sistemas de ciclo cerrado generalmente se especifican para maquinas herramientas que ejecutan operaciones de trayectoria continua, tales como fresado y torneado, donde las fuerzas de resistencia son significativas

8. PRECISIÓN DEL POSICIONAMIENTO Tres medidas de precisión importantes en el posicionamiento son la resolución de control, La exactitud y la capacidad de repetición. Estos términos se explican con mayor facilidad considerando un eje único del sistema de posición. La resolución de control se refiere a la capacidad del sistema para dividir el rango total del movimiento del eje en puntos estrechamente espaciados que puede distinguir la unidad de control. La resolución de control se define como la distancia que separa dos puntos de control adyacentes en el movimiento del eje. En ocasiones los puntos de control se denominan puntos direccionales, que debido a que son posiciones a lo largo del eje, hacia los cuales puede dirigirse específicamente la mesa de trabajo. Es conveniente que la resolución de control sea la más pequeña posible. Esto depende de las limitaciones que imponen:1) Los componentes electromecánicos del sistema de

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CNTROL NUMÉRICO posicionamiento y 2) la cantidad de bits que usa el controlador para definir la posición de coordenadas del eje. Los factores electromecánicos que limitan la resolución incluyen el paso del tornillo guía, la relación de engranajes en el sistema conductor y el ángulo de paso en el motor de engranajes (para un sistema de ciclo abierto) o el ángulo entre las ranuras en un disco codificador (para un sistema de ciclo cerrado).Juntos estos factores determinan una resolución de control, que es la distancia mínima que puede moverse la mesa de trabajo. Por ejemplo, la resolución de control para un sistema de ciclo abierto que se conduce mediante un motor de engranajes con una relación de engranajes de 1:1 entre el eje del motor y el tornillo guía se proporciona mediante:

Donde

=resolución de control de los componentes electromecánicos P=paso del tornillo guía en pulg/rev(mm/rev) = cantidad de pasos/rev

Aunque no es común en la tecnología moderna de computadoras, el segundo factor posible que limita la resolución de control es la cantidad de bits que definen el valor de coordenadas del eje. Por ejemplo, la capacidad de almacenamiento de bits del controlador puede imponer esta limitación. Si B=la cantidad de bits en el registro de almacenamiento para el eje, el número de puntos de control entre los que puede dividirse e rango del eje=

Suponiendo que los puntos de control están separados

equitativamente dentro del rango, entonces:

Resolución del sistema de control de la computadora en pulg(mm) y L=rango del eje en pulg (mm)La resolución del control del sistema de posicionamiento es el máximo de los dos valores , esto es, CR=Max(

,

)

En general es conveniente que

, lo que significa que el sistema

electromecánico es el factor limitante e la resolución de control. Cuando se dirige un sistema de posicionamiento para mover la mesa de trabajo a un punto de control determinado, la capacidad del sistema para moverse a tal punto ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO estará limitada por errores mecánicos. Estos se deben a diversas imprecisiones e imperfecciones en el sistema mecánico tales como una holgura entre tornillo guía y la mesa de trabajo, un retroceso en los engranajes y una desviación de los componentes de la máquina. Es útil suponer que los errores forman una distribución estadística alrededor del punto de control, distribución neutral normal con una media =0. Con las tres definiciones de resolución de control y distribución de errores mecánicos, consideremos ahora la exactitud y la capacidad de repetición. La exactitud se define en una escena con el

caso extremo, en la cual el punto objetivo se encuentra

exactamente entre dos puntos de control adyacentes. Dado que el sistema solo puede moverse a uno u otro de los puntos de control, habrá un error en la posición final de la mesa de trabajo. Si el objetivo estuviera más cerca de uno de los puntos de control, La mesa se movería al punto más cercano y el error sería más pequeño. Es conveniente de finir la exactitud en el peor de los casos. La precisión de cualquier eje en un sistema de posicionamiento es el máximo error posible que puede ocurrir entre el punto objetivo deseado y la posición real que toma el sistema y la obtenemos mediante: Precisión=0.5CR+3

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CNTROL NUMÉRICO Donde CR= resolución de control en pulg(mm) y

=desviación estándar de la

distribución de error. La capacidad de repetición (repeatability) se refiere a la capacidad que posee un sistema de posicionamiento para regresar a un punto de control determinado que se ha programado antes. Esta capacidad se mide en términos de los errores de posición encontrada cuando el sistema intenta colocarse en un punto de control. Los errores de posición son una manifestación de los errores mecánicos del sistema de posicionamiento, los cuales se definen mediante una distribución normal supuesta, como se describió antes. Por lo tanto, la capacidad de repetición de cualquier eje de un sistema de posicionamiento se define como el rango de errores mecánicos asociados al eje, esto se reduce a:

Capacidad de repetición=

8.1.

COMPONENTES

Al analizar una máquina con CNC, observamos que básicamente mantiene su principio de funcionamiento comparada con una convencional, con excepción de la innovación que le confiere su ordenador o unidad de gobierno. ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO Este componente es quien más ha evolucionado con el correr de muy poco tiempo, aunque los demás elementos que conforman tradicionalmente una máquina herramienta, han debido adecuarse a las altas velocidades de maquinado, y a la extrema precisión en los posicionamientos tanto de las herramientas como de las piezas. Por ejemplo, se recubrieron las superficies de deslizamiento con materiales plásticos muy resistentes al desgaste, los desplazamientos de los carros son mediante sistemas de transmisión por tornillos de bolas recirculantes, los restantes movimientos son mediante circuitos hidráulicos o neumáticos.

Los desplazamientos de las herramientas y el giro del husillo, son provocados por motores de corriente continua. Y muy particularmente, en el campo de las herramientas de corte, se han debido adecuar a las altas exigencias de terminación y de esfuerzos de corte.

Podríamos decir, que los elementos componentes de una máquina con CNC, son:

La unidad de gobierno. Los servomecanismos. Los transductores. Dispositivos para el cambio de herramientas. Husillos y ejes de trabajo y avances.

8.1.1. La Unidad de Gobierno Es el elemento que contiene la información necesaria para todas las operaciones de desplazamientos de las herramientas, giro de los husillos, etc. Está conformada por el ordenador o procesador, que es donde se encuentra la memoria de almacenamiento de los datos de maquinado, que serán transformados ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO en impulsos eléctricos y transmitidos a los distintos motores de la máquina; y por el tablero o panel de servicio, elemento físico por donde se ingresan los datos requeridos por el control. Esto se realiza mediante un teclado alfanumérico similar al teclado de una computadora, una zona de paneles de mando directo de la máquina, y un monitor (display o pantalla).

8.1.2. Los servomecanismos.

Estos se encargan principalmente de los movimientos de los carros o mesas de la máquina. Son servomotores con motores paso a paso, a corriente continua, hidráulicos, etc. Reciben los impulsos eléctricos del control, y le transmiten un determinado número de rotaciones o inclusive una fracción de rotación a los tornillos que trasladarán las mesas o los carros.

Los servomotores con motores paso a paso, constan de un generador de impulsos que regulan la velocidad de giro del motor variando la cantidad y frecuencia de los impulsos emitidos. Estos motores giran un ángulo (paso) de aproximadamente 1° a 10° por impulso.

La cantidad de impulsos puede variar hasta 16.000 por segundo, dando como resultado una gran gama de velocidades.

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CNTROL NUMÉRICO En los servomotores con motores de corriente continua, cuando varía la tensión, varía proporcionalmente la velocidad de giro del motor.

El servomotor hidráulico, posee una servoválvula reguladora del caudal que ingresa al motor, dosificando de esta manera la velocidad de rotación del mismo.

8.1.3.

Los transductores

La función de los mismos consiste en informar por medio de señales eléctricas la posición real de la herramienta al control, de manera que este pueda compararla con la

posición

programada

de

la

misma,

y

efectuar

los

desplazamientos

correspondientes para que la posición real sea igual a la teórica.

Los dispositivos de medición pueden ser directos o indirectos. En los de medición directa, encontramos una regla graduada unida al carro. En cambio, en los de medición indirecta, un cuenta vueltas reconoce la cantidad de giros que efectúa el tornillo de filete esférico del carro. También podemos clasificarlos de acuerdo a sus características de funcionamiento, pudiendo ser absolutos, incrementales o absolutos-cíclicos. Los absolutos, informan de las posiciones de los carros punto por punto con respecto a un punto de origen fijo previamente determinado. Los incrementales, emiten un impulso eléctrico

a intervalos de desplazamiento

determinados, los que son acumulados por un contador de impulsos, quienes informarán al control de la suma de estos impulsos. ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO Los últimos, pueden decirse los más difundidos, y funcionan de la siguiente manera:

Pueden medir directamente movimientos angulares o giratorios, lo que se utiliza para determinar la coordinación exacta de los carros con el giro del husillo en los casos de roscado. Otros miden la posición del carro o la mesa utilizando una escala metálica con un circuito impreso en forma de grilla, que se encuentra fijo sobre la carrera a dimensionar.

Sobre esta, se mueven con los carros, un par de lectores

(cursores) eléctricos, que informarán sobre la mensura efectuada al control.

8.1.4. Dispositivos para el cambio de herramientas.

El cambio de las herramientas de trabajo en una máquina con CNC, se efectúa de manera totalmente automática, para lo cual se utilizan dispositivos de torreta tipo revólver, con un número importante de posiciones o estaciones, o sistemas de cambio denominados magazines, que consta de una cinta o cadena, que con el auxilio de agarraderas, selecciona la herramienta a emplear de un “almacén” y la sitúa en posición de trabajo.

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CNTROL NUMÉRICO

8.1.5. Husillos y ejes de trabajo y avances.

Los husillos de trabajo en las máquinas con CNC son movidos con motores de corriente continua, generalmente, ya que los mismos permiten incrementar o decrecer el número de R.P.M. sin escalonamientos.

Cuando hablamos de ejes de trabajo o de rotación, nos referimos a las máquinas en las cuales la mesa de trabajo o el cabezal del husillo son orientables pudiendo adoptar distintas posiciones angulares, tal es el caso de los centros de maquinado o las fresas, o algunos tornos verticales con varios montantes.

Conocemos como ejes de avances a las direcciones en las cuales se mueven los carros, el husillo o la mesa de trabajo. De esta manera, en un torno tendremos un eje X determinado por un avance en el sentido perpendicular al husillo, y un eje Z que será colineal al eje del torno. En una fresa, generalmente los ejes X e Y son coplanares y generados ambos por el movimiento de la mesa, y el eje Z, coincidirá con el movimiento vertical del husillo

8.2.

EJES PRINCIPALES DE REFERENCIA.

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CNTROL NUMÉRICO Tendremos

fundamentalmente

tres

ejes

de

referencias: los ejes X, Y, Z. El eje X, es paralelo al carro transversal, y en el caso del torno, sus medidas se toman a partir del eje de la pieza, pero con valores de diámetros. El eje Y, que es perpendicular al anterior, y solo lo encontramos en las fresas. El eje Z, que es coincidente con el eje de la máquina.

9. PROGRAMACION DE PARTES POR NC La programación de partes requiere que el programador defina los puntos, las líneas y las superficies de la parte de trabajo en el sistema del eje y que, además, controle el movimiento de la herramienta de corte en relación con estas características de parte definidas. Entre las técnicas de programación de partes, las más importantes son: 1) la programación manual de partes, 2) la programación de partes asistida por computadora, 3) la programación de partes asistida por CAD/CAM y 4) el ingreso manual de datos. 9.1.

Programación manual

El sistema consta únicamente por medio de razonamientos y cálculos que realiza un operario, usando datos numéricos básicos y códigos. Consiste en calcular primero las relaciones dimensionales de la herramienta, la pieza y la mesa con base en planos técnicos de la base. El sistema de mecanizado comprende todo el conjunto de datos que el control necesita para la mecanización de la pieza. Al conjunto de informaciones que corresponde a una misma fase del mecanizado se le denomina bloque o secuencia, que se numeran para facilitar su búsqueda. Este conjunto de informaciones es interpretado por el intérprete de órdenes. Una secuencia o bloque de programa debe contener todas las funciones geométricas, funciones máquina y funciones tecnológicas del mecanizado. De tal modo, un bloque de programa consta de varias instrucciones. La programación manual es el método más fácil y económico, es usado frecuentemente en las aplicaciones de punto a punto. Los caracteres más usados comúnmente, regidos bajo la norma DIN 66024 y 66025 son, entre otros, los siguientes:

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CNTROL NUMÉRICO N es la dirección correspondiente al número de bloque o secuencia. Esta dirección va seguida normalmente de un número de tres o cuatro cifras. En el caso del formato N03, el número máximo de bloques que pueden programarse es 1000 (N000 ® N999). X, Y, Z son las direcciones correspondientes a las cotas según los ejes X, Y, Z de la máquina herramienta. Dichas cotas se pueden programar en forma absoluta o relativa, es decir, con respecto al cero pieza o con respecto a la última cota respectivamente. G es la dirección correspondiente a las funciones preparatorias. Se utilizan para informar al control de las características de las funciones de mecanizado, como por ejemplo, forma de la trayectoria, tipo de corrección de herramienta, parada temporizada, ciclos automáticos, programación absoluta y relativa, etc. La función G va seguida de un número de dos cifras que permite programar hasta 100 funciones preparatorias diferentes. Ejemplos:

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CNTROL NUMÉRICO

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CNTROL NUMÉRICO

M es la dirección correspondiente a las funciones auxiliares o complementarias. Se usan para indicar a la máquina herramienta que se deben realizar operaciones tales como: parada programada, rotación del husillo a derechas o a izquierdas, cambio de útil, etc. La dirección M va seguida de un número de dos cifras que permite programar hasta 100 funciones auxiliares diferentes. Ejemplos: M00: Provoca una parada incondicional del programa, detiene el husillo y la refrigeración. ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO M02: Indica el fin del programa. Se debe escribir en el último bloque del programa y posibilita la parada del control una vez ejecutadas el resto de las operaciones contenidas en el mismo bloque. M03: Permite programar la rotación del husillo en sentido horario. M04: Permite programar la rotación del husillo en sentido antihorario, etc. F es la dirección correspondiente a la velocidad de avance. Va seguida de un número de cuatro cifras que indica la velocidad de avance en mm/min. S es la dirección correspondiente a la velocidad de rotación del husillo principal. Se programa directamente en revoluciones por minuto, usando cuatro dígitos. I, J, K son direcciones utilizadas para programar arcos de circunferencia. Cuando la interpolación se realiza en el plano X-Y, se utilizan las direcciones I y J. Análogamente, en el plano X-Z, se utilizan las direcciones I y K, y en el plano Y-Z, las direcciones J y K. T es la dirección correspondiente al número de herramienta. Va seguido de un número de cuatro cifras en el cual los dos primeros indican el número de herramienta y los dos últimos el número de corrección de las mismas. Por ejemplo, para realizar una operación de taladro se introduce un comando del tipo siguiente: n010

x20750

y3.000

f7.00

s500

Cada palabra en el enunciado especifica un detalle en la operación de taladro. La palabra n (n010) es simplemente un número de secuencia para el enunciado. Las palabras x y y indican las posiciones de coordenadas x y y. (x=2.75 pulg, y=3.00 pulg). La s y la f especifican la velocidad de alimentación y la velocidad de giro que se van a usar en la operación de taladrado (velocidad de alimentación=7.00 pulg/min y velocidad de giro=500 rpm). El programa de partes con control númerico completo consta de una secuencia de enunciados similares al comando anterior.

LOS FAMOSOS BLOCKS EN CN

Estructura de Block Es el modo de dar órdenes a la máquina para que se los ejecute tiene ciertas características que se debe cumplir. ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO La máquina ejecuta las ordenes (operaciones) de otra manera por lo que cada orden tiene una estructura definida a cada orden le denominamos block o bloque de programa. De manera general cada block tiene la siguiente estructura: a) Numero de operaciones b) Código de orden de configuración c) Puntos coordenados o coordenadas d) Parámetros complementarios Formato de Block El modo básico de comunicarse con la máquina herramienta es a través de los elementos que forman la estructura de un block de instrucciones, en donde cada uno de los caracteres alfanuméricos tienen un significado y una representación propia. A

b

c

D

O001 N010

G21

N020

[BILLET

Encabezado X

Z

30

80

N030

G28

N040

M06

T1

N050

M03

S 500

N060

F 60

Procedimiento

N…….

9.2.

N070

M02

N080

G28

N090

M05

Conclusión

Programación de partes asistida por computadora:

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CNTROL NUMÉRICO Cuando el perfil es complejo y la precisión requerida es elevada, el gran número de cálculos de puntos intermedios es inabordable por métodos manuales. La programación manual de 3 y más ejes, a poco compleja que sea la pieza, no es aconsejable sin apoyo del ordenador. La primera intervención del ordenador en el campo del control numérico se dio precisamente en el área de la programación cuando a finales de los 60 el MIT desarrollo la programación de herramientas en forma automática APT (Automatic Programming Tool), un lenguaje para programación del control numérico por ordenador. La programación utilizando el ordenador pasó a conocerse con el nombre de programación automática. El nombre más correcto sería el de programación asistida por ordenador. Hasta hoy es el más usado para programación de punto a punto y trayectoria continua. Fases de la programación asistida: -

Definición del contorno de la pieza con los elementos geométricos que la componen (líneas, puntos, arcos, planos, cilindros, esferas, superficies regladas, etc) y codificándolos según el lenguaje de programación utilizada.

-

Definición del recorrido de la herramienta sobre los elementos geométricos definidos anteriormente.

-

Introducción de los parámetros de corte.

El lenguaje más utilizado en el APT, lenguaje universal válido para mecanizados en 3, 4 y 5 ejes, en el que cada instrucción del programa está compuesta de palabras de vocabulario, valores numéricos y símbolos, separado por caracteres especiales como la barra (/) o la coma (,).

La geometría se define usando enunciados de geometría de la APT, tales como: P1 = POINT/1.0, 5.0 L1 =LINE/P1,P2 P1 es un punto definido en el plano x-y que se localiza en x=1.0 pulg y en y =5.0 pulg. L1 es una línea que va a través de los puntos P1 y P2. Se usan enunciados Similares para definir círculos, cilindros y otros elementos geométricos. La mayoría de las formas de las partes de trabajo se describen usando enunciados como estos para especificar sus superficies, esquinas, bordes y posiciones de orificios.

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CNTROL NUMÉRICO La especificación de una trayectoria de herramienta se realiza con los enunciados de movimiento del APT. Un enunciado común para una operación de punto a punto es GOTO/P1 Esto dirige a la herramienta para que se mueva de su posición actual a una posición definida mediante P1, en donde P1 se ha definido mediante un enunciado previo de geometría de APT. Los comandos de movimiento de trayectoria continua usan elementos de geometría. Por ejemplo considere el ejemplo: GORGT/L3, PAST, L4 El enunciado dirige a la herramienta para que vaya a la derecha (GORGT) a lo largo de la línea L3 hasta que se coloque justo después de la línea L4. Se usan enunciados APT adicionales para definir los parámetros de operación tales como velocidades de alimentación, velocidades de giro, tamaños de herramientas y tolerancias. Cuando termina, el programador introduce el programa APT a la computadora durante el procesamiento se generan enunciados de bajo nivel (similares a los que se preparan en la programación manual de partes) para que los use una máquina herramienta particular.

9.3.

Programacion de partes asistida por sistemas CAD/CAM

CAD / Diseño Asistido por Computadora Computer-aided design (CAD) es el uso de programas computacionales para crear representaciones gráficas de objetos físicos ya sea en segunda o tercera dimensión (2D o 3D). El software CAD puede ser especializado para usos y aplicaciones específicas. CAD es ampliamente utilizado para la animación computacional y efectos especiales en películas, publicidad y productos de diferentes industrias, donde el software realiza cálculos para determinar una forma y tamaño óptimo para una variedad de productos y aplicaciones de diseño industrial. En diseño de industrial y de productos, CAD es utilizado principalmente para la creación de modelos de superficie o sólidos en 3D, o bien, dibujos de componentes físicos basados en vectores en 2D. Sin embargo, CAD también se utiliza en los ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO procesos de ingeniería desde el diseño conceptual y hasta el layout de productos, a través de fuerza y análisis dinámico de ensambles hasta la definición de métodos de manufactura. Esto le permite al ingeniero analizar interactiva y automáticamente las variantes de diseño, para encontrar el diseño óptimo para manufactura mientras se minimiza el uso de prototipos físicos. Beneficios de CAD Los beneficios del CAD incluyen menores costos de desarrollo de productos, aumento de la productividad, mejora en la calidad del producto y un menor tiempo de lanzamiento al Mercado. 

Mejor visualización del producto final, los sub-ensambles parciales y los componentes en un sistema CAD agilizan el proceso de diseño.



El software CAD ofrece gran exactitud de forma que se reducen los errores.



El software CAD brinda una documentación más sencilla y robusta del diseño, incluyendo geometría y dimensiones, lista de materiales, etc.



El software CAD permite una reutilización sencilla de diseños de datos y mejores prácticas.

Software CAD Estos son algunos ejemplos de aplicaciones de Software tipo CAD: NX es una gama integrada de aplicaciones completamente asociativas de tipo CAD/CAM/CAE. NX aborda la variedad completa de procesos de desarrollo de diseño de productos, manufactura y simulación; lo que le permite a las compañías motivar el uso de mejores prácticas al capturar y re-usar productos y conocimiento de procesos. Solid Edge es un sistema híbrido de CAD en 2D/3D que utiliza Synchronous Technology para acelerar el diseño, cambios ágiles, y mejor re utilización de importaciones. Con modelado de partes y ensable, borradores, administración transparente de datos, y análisis de elementos finitos (FEA) integrado, Solid Edge facilita la creciente complejidad de diseño de productos.

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CNTROL NUMÉRICO Los siguientes componentes de software son utilizados por desarrolladores de software CAD como base para sus aplicaciones: Parasolid es un componente de software para modelado geométrico en 3D, permitiéndoles a los usuarios de aplicaciones basadas en Parasolid modelar partes y ensambles complejos. Es utilizado como la herramienta geométrica en cientos de diferentes aplicaciones de CAD, CAM y CAE. D-Cubed Components son seis librerías de software que pueden ser licenciadas por desarrolladores de software para integrarlas en sus productos. Proveen capacidades que incluyen el bosquejo parametrizado, diseño de partes y ensambles, simulador de movimiento, detección de colisiones, medidas de separación y visualización de líneas ocultas.

CAM / Manufactura Asistida por Computadora Manufactura Asistida por Computadora (CAM) comúnmente se refiere al uso de aplicaciones de software computacional de control numérico (NC) para crear instrucciones detalladas (G-code) que conducen las máquinas de herramientas para manufactura de partes controladas numéricamente por computadora (CNC). Los ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO fabricantes de diferentes industrias dependen de las capacidades de CAM para producir partes de alta calidad. Una definición más amplia de CAM puede incluir el uso de aplicaciones computacionales para definir planes de manufactura para el diseño de herramientas, diseño asistido por computadora (CAD) para la preparación de modelos, programación NC, programación de la inspección de la máquina de medición (CMM), simulación de máquinas de herramientas o post-procesamiento. El plan es entonces ejecutado en un ambiente de producción, como control numérico directo (DNC), administración de herramientas, maquinado CNC, o ejecución de CCM. Beneficios de CAM Los beneficios de CAM incluyen un plan de manufactura correctamente definido que genera los resultados de producción esperados. 

Los sistemas CAM pueden maximizar la utilización de la amplia gama de equipamiento de producción, incluyendo alta velocidad, 5 ejes, máquinas multifuncionales y de torneado, maquinado de descarga eléctrica (EDM), e inspección de equipo CMM.



Los sistemas CAM pueden ayudar a la creación, verificación y optimización de programas NC para una productividad óptima de maquinado, así como automatizar la creación de documentación de producción.



Los sistemas CAM avanzados, integrados con la administración del ciclo de vida del producto (PLM) proveen planeación de manufactura y personal de producción con datos y administración de procesos para asegurar el uso correcto de datos y recursos estándar.



Los sistemas CAM y PLM pueden integrarse con sistemas DNC para entrega y administración de archivos a máquinas de CNC en el piso de producción.

Software CAM Estos son algunos ejemplos de aplicaciones de Software CAM: NX CAM y CAM Express le permiten a los programadores NC maximizar el valor de sus inversiones en las máquinas de herramientas más nuevas, eficientes y capaces. ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO NX CAM provee el rango total de funciones para tratar con el maquinado de alta velocidad de superficies, máquinas funcionales, fresas-torno y maquinados de 5 ejes. CAM Express provee una gran programación NC con un bajo costo de propiedad. NX Tooling and Fixture Design offers a set of automated applications for mold and die design, fixture design and other tooling processes built on a foundation of industry knowledge and best practices. Tecnomatix Part Planning and Validation le permite a los ingenieros de manufacturas, programadores NC, diseñadores de herraientas, y administradores trabajar juntos para digitalmente definir y validar el proceso de manufactura de partes. Pueden compartir herramientas y librerías de recursos, así como conectar el plan de datos directamente a los sistemas del piso de producción tales como DNC y administración de herramientas. Los siguientes componentes de software son utilizados por desarrolladores de software CAM como base para sus aplicaciones: Parasolid es un componente de software para modelado geométrico en 3D, permitiéndoles a los usuarios de aplicaciones basadas en Parasolid modelar partes y ensambles complejos. Es utilizado como la herramienta geométrica en cientos de diferentes aplicaciones de CAD, CAM y CAE. D-Cubed Components son seis librerías de software que pueden ser licenciadas por desarrolladores de software para integrarlas en sus productos. Proveen capacidades que incluyen el bosquejo parametrizado, diseño de partes y ensambles, simulador de movimiento, detección de colisiones, medidas de separación y visualización de líneas ocultas.

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CNTROL NUMÉRICO

Ejemplo de una programación de código G en un controlador Mach3

10. APLICACIONES DEL CONTROL AUTOMATICO

10.1.

FUNCIONES PROGRAMABLES CN

Actualmente las MHCN emplean como método de trabajo la modalidad CNC exclusivamente. Sin embargo, existen en el entorno de la máquina herramienta

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CNTROL NUMÉRICO referencias continuas a la "tecnología CN". Es importante conocer los escalones de dicha tecnología y distinguir entre los términos CN y CNC.

10.1.1. Sistemas CN básicos:  En las primeras máquinas-herramienta dotadas de unidades de control numérico el programa se confeccionaba externamente y debía ser transferido a la MHCN mediante algún tipo de soporte físico (disquete, casete o cinta perforada). Estos programas CN podían ser puestos en marcha o detenidos a pie de máquina, pero no podían modificarse (editarse).  Las correcciones geométricas debidas a las dimensiones de las herramientas y de los dispositivos de sujeción tenían que preverse anticipadamente en la programación y ser gestionadas de manera exhaustiva. El operador montaba las herramientas

y

los

amarres

pieza

en

acuerdo

estricto

con

aquellas

consideraciones, utilizando generalmente hojas de proceso o de datos de utillaje.

10.1.2. Sistemas CNC: (controlados numéricamente por ordenador)  Presentan un ordenador como UC que permite al operador comenzar (o terminar) el programa y además realizar modificaciones (editar) sobre el mismo a pie de máquina manipulando los datos con periféricos de entrada y salida.  Las dimensiones de herramientas y utillajes se definen durante el reglaje o inicialización de las mismas, de forma independiente al programa. Estos datos se incorporan automáticamente a la programación durante la ejecución para que sean llevadas a cabo las correcciones pertinentes. Por esta razón el operador puede editar los programas con menos información de partida, limitándose a seleccionar las herramientas o utillajes en esa fase. 10.1.3. No existen diferencias entre CN y CNC con relación a:  Lenguaje de programación  Tecnología de la máquina-herramienta

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CNTROL NUMÉRICO

10.2.

MAQUINAS HERRAMIENTAS DE CONTROL NUMÉRICO (MHCN)

Las Maquinas Herramientas de Control Numérico (MHCN), constituyen una modalidad de automatización flexible más utilizada; son máquinas herramientas programadas para fabricar lotes de pequeño y medio tamaño de piezas de formas complicadas; los programas

de

software

sustituyen

a

los

especialistas

que

controlaban

convencionalmente los cambios de las máquinas y constituciones que incluye las tareas y sus velocidades así como algunas variables de control adaptativo para comprobar aspectos tales como temperatura, vibración, control adaptativo, condición del material, desgaste de las herramientas, etc., que permiten proceder a los reajustes necesarios.

Estas máquinas pueden encontrarse en forma aislada, en cuyo caso se habla de un módulo, o bien interconectadas entre sí por medio de algún tipo de mecanismo automático para la carga y descarga del trabajo en curso, en cuyo caso se hablaría de ING. MECÁNICA - UNT

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CNTROL NUMÉRICO una célula de fabricación. En ocasiones las máquinas están dispuestas en forma semicircular para que un robot pueda encargarse de manejar los materiales, mientras que en otros la configuración es lineal. Cuando una máquina de control numérico actúa de forma independiente, necesita contar con la presencia de un operario, quien se ocupa de la carga y descarga de las piezas a procesar, los programas y las herramientas. Algunas máquinas CN incluyen “cartucheras” rotatorias con diferentes herramientas. El programa de ordenador puede seleccionar la herramienta a utilizar, de este modo, una maquina puede encargarse de realizar distintas operaciones que antes habían de hacerse en varias. No solo es reduce aso el tiempo de lanzamiento, sino que también se simplifica el flujo de items en curso por el taller. En otros casos, frente a las maquinas se ubica un carrusel de herramientas, materiales, etc. y aquellas, sin necesidad de intervención humana, seleccionan con un “brazo” el instrumento o material que necesitan para desarrollar una determinada tarea.

Se cree que, en un futuro, las máquinas de Control Numérico harán el trabajo de precisión, mientras que los robots se limitaran a la carga, descarga y ensamblaje. En los casos de producción de gran volumen, la automatización rígida, más sencilla y barata, sería suficiente porque, aunque puede haber excepciones, las maquinas CN y los robots son lentos. Para determinar la conveniencia de estas máquinas en términos de coste habrá que considerar la mano de obra, la disponibilidad de operarios especializados, tipo y grado de precisión requerida, fiabilidad de las maquinas, etc. Algunas empresas que producen una gama de productos estrecha se han dirigido, no obstante, a las maquinas CN porque, aunque el coste de la programación sea alto, una vez hecha esta, puede ser utilizada posteriormente sin necesidad de volver a programar.

Sobre las funciones desarrolladas por las máquinas convencionales las máquinas a control numérico incorporan básicamente: 

Sistemas de posicionado de la herramienta.



Sistemas de medición del desplazamiento.



Sistemas de medición de piezas y herramientas.



Sistemas de control de condiciones de mecanizado.



Sistemas de cambio de herramientas.

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CNTROL NUMÉRICO 

Sistemas de cambio de pieza.

10.2.1. Ventajas 10.2.1.1. En diseño • Prototipos precisos. • Cumplimiento de especificaciones. • Reducción en la dificultad para manufacturar partes.

10.2.1.2. En Manufactura • Permite una mejor planeación de las operaciones. • Se incrementa la flexibilidad de maquinado. • Reducción en tiempo de programación. • Mejor control del proceso y tiempos de maquinado. • Disminución en los costos por herramientas. • Se incrementa la Seguridad para el usuario. • Reducción del tiempo de flujo de material. • Reducción del manejo de la pieza de trabajo. • Aumento de productividad. • Aumento en precisión.

10.2.2. Desventajas 

La frecuencia de errores en la programación.



El deterioro de las cintas magnéticas o perforadas en que están grabadas las instrucciones.



La sensibilidad del lector de las instrucciones a las averías.

También es importante mencionar que la configuración física de las maquinas no facilita la realización de cambios, así como que, en muchos casos, los operarios especializados tienen que permanecer al lado de aquellas para controlar como funcionan e introducir los posibles ajustes si fuesen necesarios. Aunque, como muchas otras tecnologías, las CN han resuelto menos problemas de los que se esperaba, puede afirmarse, una mayor flexibilidad que las convencionales a las que han sustituido, si bien ésta es mucho menor que la permitida por las maquinas CNC.

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CNTROL NUMÉRICO

10.3.

MECANIZADO

El mecanizado siguiendo un programa CN es diferente:

Las operaciones de mecanizado deben establecerse previamente y en el orden correcto, junto con las condiciones de avance, velocidad de giro, etc., y estos detalles almacenarse en el programa CN.

Una vez introducido el programa CN en el sistema de control, puede ejecutarse tantas veces como se desee.

Al operador tan sólo le queda: 

Preparar la máquina.



Monitorizar las secuencias de mecanizado.



Efectuar la inspección.



Cargar, fijar y liberar las piezas.



Recambiar las herramientas desgastadas.

Si algunas operaciones deben llevarse a cabo de forma diferente a la especificada en el programa CN, los puntos apropiados del programa CN deben modificarse. En un sistema de control CNC, tales modificaciones pueden ser realizadas directamente por el operador de la máquina.

Otras condiciones adicionales pueden consistir en:  información geométrica (p.e. datos de coordenadas. X20, Y40, Z30),  información tecnológica (p.e. avance: F0.2; F40; velocidad de giro: S1000) e  información

de programación

(p.e. nombre

de

bloques

de programa:

P50comienzo de bloque en programa nº50; Q60= final de bloque en programa nº60)

Subrutinas 

Los programas de CN con secuencias de mecanizado repetitivas incluyen un número de instrucciones que tienen que ser programadas varias veces.



Para que el programador no tenga que escribir y/o introducir instrucciones repetidamente, hay formas de preparar secciones de programas repetitivas

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CNTROL NUMÉRICO como subrutinas que son almacenadas separadamente en el sistema de control. Cuando se ejecuta el programa principal para una pieza concreta, se llama a la subrutina mediante instrucciones especiales en el punto adecuado, siendo insertada en la secuencia general de mecanizado. Al final de la subrutina, una instrucción devuelve el control al programa principal. 

Un programa CN consta básicamente de instrucciones. Estas instrucciones son convertidas por el sistema de control en pulsos de control para la máquina herramienta

Ejemplo Si en el programa aparece: "Desplazamiento rápido a X=40, Z=20", Esto origina que se activen los motores de los ejes X y Z, manteniéndose así hasta llegar a la posición X=40, Z=20

10.4.

APLICACIONES DE MAQUINAS HERRAMIENTAS.

Para Maquinado. Torno Freza Taladro Otras operaciones Esmerilado Para procesamiento de láminas. Para doblado de tubos. Procesos de corte térmico.

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CNTROL NUMÉRICO FUNCIONAMIENTO DE UN TORNO CONVENCIONAL

FUNCIONAMIENTO DE UN TORNO DE CONTROL NUMÉRICO

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CNTROL NUMÉRICO 10.5.

APLICACIONES QUE NO SON MÁQUINAS HERRAMIENTAS.

Máquinas de colocación de cinta. Máquinas de devanad de filamentos para compuestos. Máquinas para soldar por fusión con arco. Máquinas para soldar por fusión con resistencia. Máquina para inserción de componentes en ensambles electrónicos. Máquinas para cobertura de alambre eléctrico. Máquina de dibujo. Máquina de medición de coordenadas para inspección.

Torno de control numérico

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CNTROL NUMÉRICO Fresadora de control numérico

Taladradora de Control numérico

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CNTROL NUMÉRICO Esmeriladora de control numérico

Carga y descarga para procesamiento de láminas metálicas

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CNTROL NUMÉRICO Máquina de control numérico para doblado de tubos

Máquina de control numérico para procesos de corte térmico

Máquina de control numérico de colocación de cinta

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CNTROL NUMÉRICO

Máquina de control numérico para soldar por fusión con arco.

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CNTROL NUMÉRICO 11. REFERENCIAS  Procesos de manufactura, H.S. Bawa, Cap.34 Maquinas herramienta CNC, Cap. Programación de las maquinas CNC, Mc Graw Hill.  Curso de CNC torno-Manual I, CEDIT, pag. 56-115.  Fundamentos

de

Manufactura

Moderna

(Materiales,

Procesos

y

Sistemas)/Mikell P. Groover/1era Edición/1997/Págs. 925-938  http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_mecanica/controlnumericocnc/defa ult.asp  http://www.sitenordeste.com/mecanica/control_numerico.htm  http://www.frlp.utn.edu.ar/mecanica/Materias/CNCMH/ClaseDemo.PDF  http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/mecatronica/docs_curso/Anexo s/TUTORIALcnc/DOCUMENTOS/otros/U4-control-numerico-por computadora.pdf

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