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INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA 602-B

MANUFACTURA AVANZADA UNIDAD 1 DOCENTE: GUILLERMO PALACIOS PITALUA PERIODO: ENERO 2019 – JUNIO 2019

PRESENTA: FELIX DE JESÚS MOTO QUINO MATRICULA: 161U0154

SAN ANDRES TUXTLA, VER. A 15/ FEBRERO/ 2019

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INTRODUCCIÓN CAD/CAM, proceso en el cual se utilizan los ordenadores o computadoras para mejorar la fabricación, desarrollo y diseño de los productos. Éstos pueden fabricarse más rápido, con mayor precisión o a menor precio, con la aplicación adecuada de tecnología informática. Cuando los sistemas CAD se conectan a equipos de fabricación también controlados por ordenador conforman un sistema integrado CAD/CAM (CAM, acrónimo de Computer Aided Manufacturing). La Fabricación Asistida por Ordenador ofrece significativas ventajas con respecto a los métodos más tradicionales de controlar equipos de fabricación con ordenadores en lugar de hacerlo con operadores humanos. Por lo general, los equipos CAM conllevan la eliminación de los errores del operador y la reducción de los costes de mano de obra. Sin embargo, la precisión constante y el uso óptimo previsto del equipo representan ventajas aún mayores. Por ejemplo, las cuchillas y herramientas de corte se desgastarán más lentamente y se estropearían con menos frecuencia, lo que reduciría todavía más los costes de fabricación. Las características de los sistemas CAD/CAM son aprovechadas por los diseñadores, ingenieros y fabricantes para adaptarlas a las necesidades específicas de sus situaciones. Por ejemplo, un diseñador puede utilizar el sistema para crear rápidamente un primer prototipo y analizar la viabilidad de un producto, mientras que un fabricante quizá emplee el sistema porque es el único modo de poder fabricar con precisión un componente complejo. La gama de prestaciones que se ofrecen a los usuarios de CAD/CAM está en constante expansión.

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1.3 EL CONTROL NUMÉRICO. Las máquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo en los tres ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales como las que se requieren para el maquinado de complejos moldes y troqueles como se muestra en la imagen. En una máquina CNC una computadora controla el movimiento de la mesa, el carro y el husillo. Una vez programada la máquina, ésta ejecuta todas las operaciones por sí sola, sin necesidad de que el operador esté manejándola. Esto permite aprovechar mejor el tiempo del personal para que sea más productivo. El término “control numérico” se debe a que las órdenes dadas a la máquina son indicadas mediante códigos numéricos. Por ejemplo, para indicarle a la máquina que mueva la herramienta describiendo un cuadrado de 10 mm por lado se le darían los siguientes códigos: G90 G71 G00 X0.0 Y0.0 G01 X10.0 G01 Y10.0 G01 X0.0 G01 Y0.0 Un conjunto de órdenes que siguen una secuencia lógica constituyen un programa de maquinado. Dándole las órdenes o instrucciones adecuadas a la máquina, ésta es capaz de maquinar una simple ranura, una cavidad irregular, la cara de una persona en altorrelieve o bajorrelieve, un grabado artístico un molde de inyección de una cuchara o una botella... lo que se quiera. Al principio hacer un programa de maquinado era muy difícil y tedioso, pues había que planear e indicarle manualmente a la máquina cada uno de los movimientos que tenía que hacer. Era un proceso que podía durar horas, días, semanas. Aun así era un ahorro de tiempo comparado con los métodos convencionales.

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1.4 ANÁLISIS DE SISTEMAS CNC. Factores que favorecen la implantación del CNC Los problemas y exigencias de la industria actual comportan una problemática que favorece la utilización de los sistemas CNC. Entre los más importantes podemos citar los siguientes:  Mayor exigencia en la precisión de los mecanizados.  Los diseños son cada vez más evolucionados y complejos.  Diversidad de productos, lo que ocasiona la necesidad de estructuras de producción más flexibles y dinámicas.  Necesidad de reducir errores en la producción para no encarecer el producto.  Plazos de entrega cada vez más exigentes, lo que exige mantener los niveles de producción lo más altos posibles.  El abaratamiento de los sistemas CNC, lo que favorece la adquisición de los mismos. Ventajas de la utilización de sistemas CNC Los sistemas CNC poseen, entre otras, las siguientes ventajas:  Mejora de la precisión, así como un aumento en la calidad de los productos.  Una mejor uniformidad en la producción.  Posibilidad de utilización de varias máquinas simultáneamente por un solo operario.  Mecanización de productos de geometría complicada.  Fácil intercambio de la producción en intervalos cortos.  Posibilidad de servir pedidos urgentes.  Reducción de la fatiga del operario.  Aumento de los niveles de seguridad en el puesto de trabajo.  Disminución de tiempos por máquina parada.  Posibilidad de simulación de los procesos de corte antes de la mecanización definitiva, lo que ahorra en piezas defectuosas. Desventajas de la utilización de sistemas CNC Entre otras se pueden citar las siguientes desventajas:  Elevado costo de accesorios y maquinaria.  Necesidad de cálculos, programación y preparación de forma correcta para un eficiente funcionamiento.  Costos de mantenimiento más elevados, ya que el sistema de control y mantenimiento de los mismos es más complicado, lo que genera la necesidad de personal de servicio y mantenimiento con altos niveles de preparación.  Necesidad de mantener grandes volúmenes de pedidos para una mejor amortización del sistema.  4

1.5 COMPONENTES Y ESTRUCTURA DE LAS MHCN. EJES PRINCIPALES En las MHCN se aplica el concepto de “eje”, a los diferentes desplazamientos de las partes móviles de la máquina. Torno  Eje Z: es el que realiza el movimiento longitudinal en sentido del ejeprincipal de la máquina.  Eje X: es el que realiza el movimiento transversal perpendicular al ejeprincipal al eje principal de la máquina.

Motores lineales Un motor lineal es un motor rotatorio “desenrollado”, es decir, que sea cortado por uno de sus radios y se ha estirado hasta dejarlo plano. Otra definición es un elemento primario, donde se encuentran los devanados, y un elemento secundario que se extiende a lo largo de la distancia que se va a recorrer, aportando como ventaja la posibilidad de poder disponer de varios primarios sobre un mismo secundario. También pueden existir modelos síncronos y así n cronos. Son motores de nueva generación que tienen la capacidad de generar grandes aceleraciones, lo que reduce de manera considerable los tiempos de mecanizado en los desplazamientos de trabajo vació.

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CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS Los controles de posición son elementos que sirven para indicar con gran exactitud la posición de los ejes de una máquina. Normalmente son ópticos y funcionan por medio de una o más reglas de cristal con una cabeza lectora que mide el desplazamiento de cada uno de los ejes, o electromagnéticos basados en la inducción de una corriente sobre una regla magnética.

Control de posiciones El control de las posiciones de los elementos móviles de las MHCN, se realiza básicamente por 2 sistemas:  Directo  Indirecto El sistema directo utiliza una regla de medida situada en cada una de las guías de la máquina. Un resolver óptico controla constantemente la posición por conteo directo en la regla graduada, transforma esta información a señales eléctricas y las envía para ser procesadas por el control numérico.

En el sistema indirecto la posición de la mesa se calcula por la rotación en el sinfín. Un resolver registra el movimiento de un disco graduado solidario con el sinfín. El control 6

numérico calcula la posición mediante el número de pasos o pulsos generados durante el desplazamiento. Husillo principal El husillo principal realiza en las MHCN las siguientes funciones:  En los tornos – el movimiento rotativo de la pieza  En las fresadoras – la rotación de la herramienta – El husillo puede ser accionado por:  Motores de corriente alterna de tres fases  Motores de corriente continua

ESTRUCTURA Y TIPOS DE CONTROL Tipos de control según su función Existen 3 tipos de control complementándolos desde la perspectiva de lafunción que realizan. Los 3 tipos son:    

Control punto a punto Control paraxial Control interpolar o continuo Control punto a punto

Solo controla puntos definidos por la programación, no teniendo ningún control del recorrido de la herramienta de un punto a otro, ni a nivel de trayectoria, hasta alcanzar la posición, ni en el ámbito de la velocidad de desplazamiento entre ambos puntos. Este tipo de control es el más sencillo de todos los tipos de controles existentes, lo que le convierte en el más barato.

1.6 CONDICIONES TECNOLÓGICAS EN EL MECANIZADO CNC. Antes de empezar a confeccionar un programa de mecanizado se tiene que conocer bien el mecanizado que se va a realizar en el torno y las dimensiones y características del material de partida, así como la cantidad de piezas que hay que componen la serie que hay que mecanizar. Con estos conocimientos previos, se establece el sistema de 7

fijación de la pieza en el torno, las condiciones tecnológicas del mecanizado en cuanto a velocidad de corte, avance y número de pasadas.

Igualmente se establecen los parámetros geométricos del mecanizado señalando las cotas de llegada y partida de las herramientas, así mismo se selecciona las herramientas que se van a utilizar y las calidades de las mismas. Velocidad de giro del cabezal. Este dato está en función de las características del material, del grado de mecanizado que se desee y del tipo de herramienta que se utilice. El programa permite adaptar cada momento la velocidad de giro a la velocidad más conveniente. Se representa por la letra (S) y puede expresarse como velocidad de corte o revoluciones por minuto del cabezal. Avance de trabajo. Hay dos tipos de avance para los carros, uno de ellos muy rápido, que es el avance de aproximación o retroceso al punto de partida, y otro que es el avance de trabajo. Este también está en función del tipo de material, calidad de mecanizado y grado de acabado superficial. El programa permite adaptar cada momento el avance que sea más conveniente. Se representa por la letra (F) y puede expresarse en milímetros por revolución o milímetros de avance por minuto. Otro factor importante a determinar es que todo programa debe indicar el lugar de posición que se ha elegido para referenciar la pieza que se llama “cero pieza”. A partir del cero pieza se establece toda la geometría del programa de mecanizado. El control numérico es una máquina herramienta que nos ayuda en el mecanizado de piezas en metal mecánica. SH Número de secuencia N Se denomina secuencia al conjunto de órdenes no contradictorias que se pueden dar de una sola vez a la máquina. Se identifican por la letra N, y en un torno normal se pueden dar hasta 9999 órdenes sucesivas. Si el programa no es muy largo se pueden numerar de 10 en 10, por si es necesario introducir alguna orden complementaria no prevista, así tendremos N10, N20, N30, etc. o podríamos tener, N10, N11, N20, etc. Funciones preparatorias G Bajo la letra G acompañada de una cifra se agrupan una gran variedad de funciones que permiten al torno realizar las tareas adecuadas y necesarias para su trabajo. Hay cinco tipos básicos de funciones preparatorias: Funciones de movilidad. Funciones tecnológicas. Funciones de conversión. Funciones de mecanizado especiales. 8

Funciones modales. 1- Funciones de movilidad Las funciones de movilidad más importantes son las siguientes: G00. Desplazamiento rápido. Indica el desplazamiento más rápido posible del carro portaherramientas, desde el punto de referencia al punto donde inicia el trabajo cada herramienta. Hay que tener especial cuidado en el uso de esta función ya que la trayectoria no es controlada por el usuario sino que el torno actúa basándose únicamente en la máxima velocidad de desplazamiento. Nunca se mecaniza con ella. Sólo actúa al inicio del programa, cada vez que se produce un cambio de herramienta, y al final del programa en el retorno al punto de referencia. G01. Interpolación lineal. Indica que la herramienta se está desplazando al avance de trabajo programado, permitiendo las operaciones clásicas de cilindrado y refrentado así como el mecanizado de conos. Mecanización con interpolación circular.

G02 Interpolación circular a derechas (sentido horario) Se utiliza cuando es necesario mecanizar zonas esféricas o radiales con velocidad controlada. G03. Interpolación circular a izquierdas (sentido antihorario). Se utiliza cuando es necesario mecanizar zonas esféricas vacías, o radios a izquierdas. Hay otras funciones de movilidad G, menos importantes y que están en función del equipo que se instale en la máquina. 2- Funciones tecnológicas Las funciones tecnológicas son las que se refieren a la forma de programar la velocidad del cabezal y el avance de trabajo. La velocidad de rotación del cabezal se puede programar a las revoluciones por minuto que se desee, para lo cual se antepondrá la función G97, o se puede programar para que gire a una velocidad de corte constante en m/min. En tal caso se indica con la función G96. Igual sucede con el avance de trabajo, si se desea programar el avance en mm/rev, se antepone la función G95 y si se desea trabajar en mm/min se antepone la función G94. 3- Funciones de conversión La función más importante de este grupo es la que corresponde al traslado de origen para situar el cero pieza que se realiza mediante la 9

función G59. También existen funciones si el acotado está en pulgadas o en milímetros. Si bien ya tiene preestablecida la que se va a usar normalmente. Otro caso de conversión es si se programa con cotas absolutas o cotas incrementales. 4- Funciones de mecanizados especiales. La más popular de estas funciones es la que corresponde a un ciclo de roscado representada por la función G33. Otras funciones de este tipo son las de refrentados, taladrados, roscado con macho, escariado, etc. 5- Funciones modales. En los programas de CNC, existen funciones que, una vez programadas, permanecen activas hasta que se programa una función contraria, o el programa se termina. Estas funciones son las llamadas funciones modales. En un bloque se pueden programar tantas funciones como se desee, siempre que no sean incompatibles entre ellas. Por ejemplo no se pueden programar en un bloque las funciones G00 y G01.

1.7 EJES Y SISTEMAS DE COORDENADAS. Para medir cualquier objeto o pieza con volumen es necesario efectuar tres medidas, el ancho, el largo y el alto. Si ese objeto no es un "dado", si no que se trata de una pieza de formas irregulares, lleno de entrantes y de salientes, entonces es necesario describir todas sus formas indicando las "cotas" o medidas de cada una de ellas. Para facilitar esa labor disponemos de lo que se denomina el sistema de coordenadas. Como todas las medidas hay que tomarlas desde un punto que sirva de referencia, le llamaremos "origen de coordenadas". Con el objeto de hacerlo más sencillo de entender, ahora nos vamos a ocupar sólo de dos de las "medidas", el ancho y el largo, dejando para más adelante el alto, en éste caso es como si mirásemos la pieza desde arriba, viendo tan solo el contorno, dejando de lado su profundidad. Entonces tomamos como origen de coordenadas el punto "O" del dibujo, y para poder medir, colocamos dos reglas perpendiculares que pasen las dos por el origen de coordenadas, así tendremos la regla o "eje" que mide el ancho y que llamaremos eje "X", y el "eje" o regla que mide el largo, que la llamamos eje "Y". El origen de coordenadas es el punto "O", por lo que las cotas o medidas que efectuamos en el eje "X" hacia la derecha serán cotas positivas, mientras que las que están hacia la izquierda serán cotas negativas. Con el largo, eje "Y", haremos lo mismo, siendo positivas las cotas que se encuentren hacia arriba del origen "O", y negativas las que se encuentren por debajo de él origen. Como ya se ha mencionado, todas las "cotas" deben de tomar como referencia los ejes "X" e "Y" del sistema de coordenadas, cuyo origen es el punto "O" y al tratarse de una simple referencia, éste punto lo podemos situar donde más nos convenga para "acotar" Para medir cualquier objeto o pieza con volumen es necesario efectuar tres medidas, el ancho, el largo y el alto. 10

Si ese objeto no es un "dado", si no que se trata de una pieza de formas irregulares, lleno de entrantes y de salientes, entonces es necesario describir todas sus formas indicando las "cotas" o medidas de cada una de ellas. Para facilitar esa labor disponemos de lo que se denomina el sistema de coordenadas. Como todas las medidas hay que tomarlas desde un punto que sirva de referencia, le llamaremos "origen de coordenadas".

Con el objeto de hacerlo más sencillo de entender, ahora nos vamos a ocupar sólo de dos de las "medidas", el ancho y el largo, dejando para más adelante el alto, en éste caso es como si mirásemos la pieza desde arriba, viendo tan solo el contorno, dejando de lado su profundidad.

Entonces tomamos como origen de coordenadas el punto "O" del dibujo, y para poder medir, colocamos dos reglas perpendiculares que pasen las dos por el origen de coordenadas, así tendremos la regla o "eje" que mide el ancho y que llamaremos eje "X", y el "eje" o regla que mide el largo, que la llamamos eje "Y".

El origen de coordenadas es el punto "O", por lo que las cotas o medidas que efectuamos en el eje "X" hacia la derecha serán cotas positivas, mientras que las que están hacia la izquierda serán cotas negativas. Con el largo, eje "Y", haremos lo mismo, siendo positivas las cotas que se encuentren hacia arriba del origen "O", y negativas las que se encuentren por debajo de el origen.

Como ya se ha mencionado, todas las "cotas" deben de tomar como referencia los ejes "X" e "Y" del sistema de coordenadas, cuyo origen es el punto "O" y al tratarse de una simple referencia, éste punto lo podemos situar donde más nos convenga para "acotar" mejor nuestra pieza. Es lo que en CNC llamamos "cero pieza", que además de situarlo donde queramos, también es posible cambiarlo de sitio a lo largo de nuestro programa, como ya veremos más adelante.

Siguiendo éste patrón, podemos decir que el punto "A" tiene unas cotas de X = 5, y de Y = 5, luego las cotas de A son X5 Y5. Así- mismo el punto "B" será X-3 Y4, el punto "C" será X-4 Y-2 y el punto "D" tiene unas cotas de X9 Y-4 en nuestro sistema de coordenadas. Del alto nos ocuparemos cuando hablemos del eje "Z". Los puntos que nos interesan acotar, son el principio o punto de partida, el final y todos aquellos que definan un "cruce" o cambio de trayectoria, como iremos viendo más adelante. 11

Una vez acotados los puntos de interés, solo queda indicar al CNC que vaya desplazando la herramienta, de uno a otro definiendo el contorno o camino que queremos que siga. Para ello usaremos las "funciones" de desplazamiento que dispone el lenguaje ISO. Nuestra pieza. Es lo que en CNC llamamos "cero pieza", que además de situarlo donde queramos, también es posible cambiarlo de sitio a lo largo de nuestro programa, como ya veremos más adelante.

Siguiendo éste patrón, podemos decir que el punto "A" tiene unas cotas de X = 5, y de Y = 5, luego las cotas de A son X5 Y5. Así- mismo el punto "B" será X-3 Y4, el punto "C" será X-4 Y-2 y el punto "D" tiene unas cotas de X9 Y-4 en nuestro sistema de coordenadas. Del alto nos ocuparemos cuando hablemos del eje "Z". Los puntos que nos interesan acotar, son el principio o punto de partida, el final y todos aquellos que definan un "cruce" o cambio de trayectoria, como iremos viendo mas adelante. Una vez acotados los puntos de interés, solo queda indicar al CNC que vaya desplazando la herramienta, de uno a otro definiendo el contorno o camino que queremos que siga. Para ello usaremos las "funciones" de desplazamiento que dispone el lenguaje ISO.

1.8 CALCULO TRIGONOMÉTRICO. La trigonometría es una rama de las matemáticas que se dedica al estudio de la relación entre los lados y ángulos del triángulo rectángulo y una circunferencia cuyo radio coincida con la hipotenusa del triángulo, tiene diversas aplicaciones en geometría, como por ejemplo medición de distancia a estrellas, navegación global por satélite (GPS), etc. En nuestro caso veremos lo más básico y suficiente para poder desenvolvernos con soltura en los sistemas de coordenadas cartesianas, que son los que empleamos. 12

También nos ayudará a convertir cotas polares en cotas absolutas y viceversa, que en el caso de programación CNC puede ser muy interesante. Razones trigonométricas:  Seno, cuya abreviatura es "Sin" es la razón entre el cateto opuesto al ángulo y la hipotenusa del triángulo. En este caso sería

Sin α = a / r.

 Coseno, cuya abreviatura es "Cos" es la razón entre el cateto contiguo al ángulo y la hipotenusa del triángulo. En este caso sería

Cos α = b / r .

 Tangente, cuya abreviatura es "Tg" es la razón entre el cateto opuesto y el cateto contiguo al ángulo. En este caso sería

Tg α = a / b .

Despejando de las ecuaciones anteriores se deduce que la tangente también se puede expresar como la razón entre el seno y el coseno. En este caso sería

Tg α = Sin α / Cos α .

La tangente expresada en tanto por ciento es en realidad la pendiente de la hipotenusa o pendiente de una recta. Existen otras razones trigonométricas que aquí no vamos a mencionar pues no se trata de hacer un estudio exhaustivo, si no de adquirir los conocimientos que nos van a ser útiles en nuestro caso. Así por ejemplo conociendo la longitud de "r", que es el radio de la circunferencia y el ángulo "α" expresado en grados, podemos calcular las cotas del punto "P1" en éste sistema de coordenadas, siendo:  Abscisa o cota en el eje X es el producto de multiplicar "r" por el Coseno de "α" Cota X = r * Cos α

 Ordenada o cota en el eje Y es el producto de multiplicar "r" por el Seno de "α" Cota Y = r * Sin α Los Senos, Cosenos y Tangentes se pueden obtener de las tablas correspondientes o también directamente desde la calculadora. 13

1.9 INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN. La introducción de las máquinas con CNC, lógicamente va muy ligada a la evolución de las computadoras y produjo un cambio radical en la industria (principalmente durante la década de los 70 ́s). Con la aparición de éstas, la intervención del usuario se redujo drásticamente y realizar perfiles complejos (líneas curvas o incluso superficies 3D) se volvió casi tan fácil como hacer líneas rectas. Este tipo de maquinaria ha minimizado o eliminado la intervención del operario (con todo lo que ello supone con respecto a la fatiga, el comportamiento y la predicción de tiempos). Aumentó de forma muy notable la precisión, repetitividad, flexibilidad y facilitó de gestión de la producción, entre otros muchos factores. CONTROL DE MOVIMIENTOS Principio de funcionamiento: Motor: En una bobina cerrada por la que circula corriente sometida a un campo magnético se induce una corriente que la hace girar. Accionamiento o driver. Para mantener la rotación en el mismo sentido es necesario conmutar el sentido de la corriente. TIPOS DE MOTORES 1-Motor Asíncrono o AC Trifásico. Poco par a baja velocidad , Respuesta en aceleraciones altas, mucha inercia , posicionamientos de poca precisión 2-Motor Paso-Paso. Potencias o pares pequeños, problemas en alta velocidad, precisa de aceleraciones suaves por problemas de deslizamiento y pérdida de posición. 3-Motor DC con escobillas. En aplicaciones de bajo par. Electrónica muy económica y de fácil diseño. En potencias superiores a 500W, en desuso. 4-Motor Brushless. Es un Motor Síncrono, el disparo o control de las fases (U;V;W) es activo sincrónicamente en cada polo magnético. En el ROTOR tenemos situados los Imanes de alto campo magnético (Samario Cobalto/Tierras Raras). En el ESTATOR tenemos las bobinas. DRIVERS/CONTROLADORES Desde el punto de vista de la electrónica asociada con el motor, existen variadas y diferentes técnicas de pilotado (Accionamiento) según sea el tipo de motor al que nos referimos. La denominación de los pilotajes (termino en desuso) para los motores de par constante que comúnmente se emplea son: regulador de velocidad (o simplemente regulador) o, del término Servo Drive Amplifier se simplifica denominándolos como Servo o también SerrvoDrive.

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CONCLUSIÓN En este trabajo de investigación se comprendió de una mejor manera los sistemas de CNC empleados para el diseño de diferentes piezas que se utilizan en la vida cotidiana de ahí que es indispensable conocer su funcionamiento para llevarlo a la practica en los diversos sistemas que se presenten y poder estar inmersos en la última tecnología empleadas en las industrias a través de estos sistemas es por ello la importancia de conocer su manejo y las partes que la componen.

BIBLIOGRAFÍA https://maquinadocnc.com.mx/torno-cnc/ https://www.gestiopolis.com/control-numerico-computarizado-diseno-manufacturaasistidos-computadora/ http://docplayer.es/14772558-Capitulo-1-introduccion-y-analisis-de-sistemas-cnc.html https://es.scribd.com/document/97932413/Componentes-y-Estructura-de-Las-Mhcn

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