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• Pablo Fdez

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Fundamentos de fabricación mecánica

Capítulo 11.11.1

Control numérico

CONTROL NUMÉRICO DE MÁQUINAS HERRAMIENTA.

Introducción.

La máquina herramienta ha jugado un papel fundamental en el desarrollo tecnológico del mundo hasta el punto que se puede decir que la tasa del desarrollo de máquinas herramientas gobierna directamente la tasa del desarrollo industrial. Gracias a la utilización de la máquina herramienta se ha podido realizar de forma práctica, maquinaria de todo tipo que, aunque concebida y realizada, no podía ser comercializada por no existir medios adecuados para su construcción industrial. La necesidad de: - Obtener productos hasta entonces imposibles o muy difíciles de fabricar, por ser excesivamente complejos para ser controlados por un operador humano. - Flexibilizar la producción, fabricar productos que no se podían conseguir en cantidad y calidad suficientes sin recurrir a la automatización del proceso de fabricación. - Fabricar productos a precios suficientemente bajos. Hace surgir en 1942 lo que se podría llamar el primer control numérico verdadero, para resolver un problema en la industria aeronáutica para la realización de hélices de helicópteros de diferentes configuraciones

Muchas veces se emplea el término CNC que significa "control numérico computerizado", aunque generalmente usamos CN (Control Numérico) ó NC (Numerical Control). Estos nombres se deben a que las órdenes dadas a la máquina son indicadas mediante códigos numéricos. En una máquina CNC, a diferencia de una máquina convencional o manual, un control electrónico gestiona la posición y velocidad de los motores que accionan los ejes de la máquina. Gracias a esto, se pueden hacer movimientos que no se pueden lograr manualmente como círculos, líneas diagonales y figuras complejas tridimensionales. Las máquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo en tres o más ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales como las que se requieren para el mecanizado de complejos moldes y troqueles como se muestra en las imágenes.

11.1

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Control numérico

En una máquina CNC se controla: -

Movimientos de los carros o el cabezal. Valor y sentido de las velocidades de avance y corte. Cambios de herramienta y en su caso los de pieza. Condiciones de funcionamiento de la máquina (refrigerante, apertura de puertas, averías, etc.).

11.2

Ventajas de la aplicación del CN en las máquinas herramienta. -

Menores tiempos de ciclo. Ahorro de herramientas y utillaje. Mayor precisión dimensional y acabado superficial. Menor porcentaje de piezas defectuosas. Inferior tiempo de cambio de piezas. Disminución del tamaño del lote de piezas. Superior flexibilidad de la producción. Reducción de los tiempos de inspección.

11.3

Información necesaria para la creación de un programa de CN.

- Geométrica

     

Dimensiones de la pieza. Acabado superficial Tolerancias Dimensiones de la herramienta Longitud de las carreras de ejes. Etc.

- Tecnológica

      

Velocidad de avance Velocidad de giro Características del material de la pieza. Peculiaridades de la herramienta. Tipo de refrigerante. Modo de trabajo de la máquina herramienta. Etc.

- Información

11.4

Programación manual de MHCN.

A partir de esta información se debe definir en las Máquinas Herramienta de Control Numérico (MHCN) por parte del operario y/o programador una serie de etapas que concluirán en el lanzamiento a máquina del programa CN. Estas etapas son: ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

El orden cronológico de las operaciones. Determinar herramientas y utillaje necesarios Definir condiciones de trabajo. Calcular trayectorias. Escribir programa de CN.

Es debido a que estas etapas se realizan por parte de una persona, por lo que hablamos de programación manual.

11.2

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11.5

Control numérico

Tipos de lenguaje de CN.

El lenguaje de CN de las máquinas herramienta dista mucho de ser común a la gran mayoría de ellas. Se pueden distinguir tres tipos de lenguajes de programación en CN: 1. Programaciones en entorno gráfico de operaciones específicas.- Un programa de ordenador muestra diferentes opciones geométricas a las que se deben introducir los datos necesarios. P.e. posicionamiento de un taladro necesitaríamos la introducción de sus coordenadas en dos ventanas. Este lenguaje no es válido para propósitos generales 2. Lenguajes específicos de marca. P.e. la marca Heidenhain emplea un lenguaje propio, lenguaje que se orienta igualmente al procesamiento de operaciones. 0 BEGIN PGM 1 MM 1 BLK FORM 0.1 Y X+0.000 Y-29.000 Z+0.000 2 BLK FORM 0.2 X+82.000 Y+0.000 Z+60.000 3 TOOL DEF 1 L+0.000 R+10.000 4 TOOL DEF 2 L-2.200 R+5.000 5 TOOL CALL 1 Y S 600.000 6 M03 7 L X-10.000 Y+2.000 Z+0.000 R F MAX M

3. Lenguaje basado en código ISO. Es un lenguaje definido entre otras por las siguientes normas: ISO 841:2001; ISO 6983-1:1982 y DIN 66025. Es el más extendido y empleado con variantes por gran cantidad de fabricantes: Siemens, Num, Fanuc, Fagor, etc. Este lenguaje será el único que estudiaremos en este curso, es un lenguaje orientado a la acción, a la realización de cada movimiento individualmente. 11.6

Estructura de un programa en código ISO.

El lenguaje de programación en CN es un lenguaje alfanumérico (letras, números y signos) accesible al hombre e interpretado por la máquina. Cualquier programa de editor de textos es válido para escribirlo, siempre y cuándo enviemos a máquina solamente los caracteres alfanuméricos sin formato alguno. El programa se divide en una serie de pasos ordenados secuencialmente en líneas de programa llamadas bloques. Cada bloque posee la estructura siguiente:

N[nº de orden][espacio][letra][número][espacio][letra][número][espacio][letra][número]...

Empezará el bloque por la letra “N” seguida de un número de orden, dejaremos un espacio en blanco, y colocaremos las letras necesarias seguidas de sus modificadores numéricos, tantas veces cómo sea necesario en cada bloque.

11.3

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Por ejemplo, para que la máquina mueva la herramienta describiendo un cuadrado de 10 mm por lado se darán los códigos: N10 G90 G71 N20 G00 X0.0 Y0.0 N30 G01 X10.0 N40 Y10.0 N50 X0.0 N60 Y0.0 Un conjunto de órdenes que siguen una secuencia lógica constituyen un programa de mecanizado. Dándole las órdenes o instrucciones adecuadas a la máquina, ésta es capaz de mecanizar 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. 11.7

Caracteres empleados.

Según las normas referenciadas las letras que emplearemos son las siguientes: (en caracteres cursivos se han resaltado las más importantes). A B C D E F G H I J K M N O P Q R S T U V W X Y Z

Coordenada angular alrededor del eje X. Coordenada angular alrededor del ei e Y. Coordenada angular alrededor del Ci e Z. Coordenada angular alrededor del eje especial o tercera velocidad de avance. Coordenada angular alrededor de un eje especial o segunda velocidad de avance. Función velocidad de avance (Feed). Función preparatoria (Go function). Disponible. Disponible para utilizar en CN continuos. Disponible para utilizar en CN continuos. Disponible para utilizar en CN continuos. Función auxiliar (Miscellaneous). Número de bloques (Number). No utilizar. Movimiento terciario paralelo eje X. Movimiento terciario paralelo eje Y. Mov. terciario paralelo eje Z, desplazamiento rápido según Z o radio (Radius). Función velocidad de rotación (Spindle Speed). Función herramienta (Tool). Movimiento secundario paralelo al eje X. Movimiento secundario paralelo al eje Y. Movimiento secundario paralelo al eje Z. Movimiento principal del eje X. Movimiento principal del eje Y. Movimiento principal del eje Z.

11.4

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11.8

Control numérico

Funciones preparatorias (G__).

Las “G” son las llamadas funciones preparatorias y hacen referencia al modo y forma de realizar las trayectorias. Pueden aparecer más de una vez en un bloque. Las principales funciones “G” que poseen las máquinas del laboratorio son: 1. Centro de Torneado

11.5

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2. Centro de mecanizado vertical:

11.6

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11.9

Control numérico

Funciones auxiliares (M__).

Las “M” o funciones auxiliares hacen referencia al modo de funcionamiento de la máquina herramienta y del control numérico. Igualmente las funciones auxiliares que poseen las máquinas del laboratorio son: 1. Centro de Torneado

2. Centro de mecanizado vertical:

11.10 Interpretación de las principales funciones.

11.7

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11.8

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11.9

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11.10

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11.11

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11.12

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11.13

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11.14

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11.15

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11.11 Ejemplo de contorneado en fresa por CN Realizar el contorneado de la pieza de la figura, situada en el plano XY (seleccionado con G17), y con compensación de la herramienta (T1.1) de radio R=10 mm a derechas (G42). Se supone que no hay movimiento en el eje Z, solo penetra la herramienta 10 mm en profundidad. .

11.16

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Control numérico

PROGRAMA CN

COMENTARIOS

N100 (EJEMPLO FRESA) N110 G54 N115 G90 G71 G17 G94 N120 F150 S1000 T1.1 N130 M06 N140 M03 N150 G00 X-10 Y-10 Z-10 N160 G42 N170 G01 X20 Y20 N180 X50 Y30 N190 X70 N200 G03 X85 Y45 I0 J15 N210 G02 X100 Y60 I15 J0 N220 G01 Y70 N230 X55 N240 G02 X25 Y70 I-15 J0 N250 G01 X20 Y20 N260 X15 Y15 N270 G00 X-100 Y-100 N280 M30

Comentario inicial Nuevo origen Absolutas, mm, plano XY; avance mm/min Avance 150 mm/min; 1000 rpm; hta. 1 Cambio de herramienta Arranque motor sentido horario Avance rápido hasta (-10, -10, -10) Compensación hta. a derechas Avance al avance programada en recto hasta (20, 20) ídem a (50, 30) ídem a (70, 30) Curva antihoraria a (85, 45) centro giro a (0, 15) del punto inicio curva Curva horaria a (100, 60) centro giro a (15, 0) del punto inicio curva Recto hasta (100, 70) Recto hasta (55, 70) Curva horaria a (25, 70) centro giro a (-15, 0) del punto inicio curva Recto hasta (20, 20). Fin perfil. Recto hasta (15, 15). Nos apartamos de la pieza a veloc. de mecanizado Recto hasta (-100, -100) a máxima velocidad para apartar herramienta Fin de programa

Resultado de la pieza mecanizada:

11.17

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11.12 Ejemplo programa en torno CN.

N0010 (PROGRAMA PIEZA TORNO) N0015 (PRACTICA NUMERO 5) N0020 (TECNOLOGIA MECANICA) N0030 (TORNEADO PERFIL CON CURVAS) N0040 (------------------CONDICIONES INICIALES) N0050 G57 N0060 G90 G95 G96 M41 N0070 F0.05 S120 T1.1 N0080 M06 N0090 M03 N0095 (--------------------------------REFRENTADO) N0100 G00 X31 Z1 N0110 G01 Z0 N0120 X-0.5 N0130 Z1 N0135 (-------------DESBASTE EN CILINDRADO) N0137 F0.065 N0140 G00 X28.2 N0150 G01 Z-44.8 N0160 X29 N0170 G00 Z1 N0180 X25.2 N0190 G01 Z-28.2 N0200 X26 N0210 G00 Z1 N0220 X22.7 N0230 G01 Z-20.2 N0240 X23.5 N0250 G00 Z1 N0260 X20.2 N0270 G01 Z-19.8 N0280 X21 N0290 G00 Z1 N0300 X17 N0310 G01 Z-8.5 N0320 X18 N0330 G00 Z1 N0340 X14.5 N0350 G01 Z-8 N0360 X15.5 N0370 G00 Z1 N0380 X12.2 N0390 G01 Z-7.8 N0400 X13 N0410 G00 Z1 N0420 G00 X40 Z40 11.18

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N0425 (--------PASADA DE ACABADO FINAL) N0430 F0.04 S150 T3.3 N0435 M06 N0440 G00 X10 Z1 N0450 G01 Z0 N0460 X-1 N0470 X10 N0480 G01 X12 Z-1 N0490 X12 Z-8 N0500 G03 X20 Z-12 I0 K-4 N0510 G01 X20 Z-20 N0520 X25 Z-20 N0530 X25 Z-30 N0540 X28 Z-40 N0550 X28 Z-45 N0560 X32 Z-45 N0570 G00 X150 Z50 N0575 (----------------------------------TRONZADO) N0580 F0.015 S80 T5.5 N0590 M06 N0600 G00 X30 Z-45 N0610 G01 X-1 N0620 X-44 N0630 G00 X30 N0640 Z150 N0650 (---------------------------------------------FIN) N0660 M30

11.19

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11.13 Ejemplo programa en fresa CN.

Realizar el programa de CN que mecanice un tocho de aluminio de 100x100x12mm hasta la forma expuesta en el plano superior, con las herramientas siguientes, cuyas condiciones de corte recomendadas por el fabricante se han resaltado en letra cursiva:

11.20

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- Herramienta T2.2

Control numérico

D =50mm; fz=0,05 mm/z; Vc=500 m/min; z(dientes ó filos de corte)=5 S = 500 m/min / (π • 0,050 m/vuelta) = 3183 r.p.m F = 0,05 (mm/z) • 5 (z/rev) • 3183 (rev/min) = 788 mm/min

- Herramienta T7.7

D =12mm; z(dientes ó filos de corte)=3 S = 750 r.p.m F = 114 mm/min

- Herramienta T12.12

D =7mm; fz=0,13 mm/rev; Vc=60 m/min; z(dientes ó filos de corte)=2 S = 60 m/min / (π • 0,007 m/vuelta) = 2728 r.p.m F = 0,13 (mm/rev) • 2728 (rev/min) = 788 mm/min

11.21

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N0010 (-PIEZA EJEMPLO-) N0020 G54 N0050 G90 G94 G43 G17 N0060 F788 S3183 T2.2 N0070 M06 N0080 M03 N0085 (-----------PLANEADO-----------)

N0090 G00 X-30 Y22 N0100 Z0 N0120 G01 X110 N0140 Y50 N0150 X-10 N0160 Y78 N0170 X130 N0190 G00 Z5 N0200 (------------PERFILADO-------------)

11.22

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Control numérico

N0210 G00 X-30 Y-30 N0220 Z-3 N0230 G42 N0240 G01 X5 Y5 N0250 X35 N0260 G03 X65 Y35 I0 J30 N0270 G02 X95 Y65 I30 J0 N0280 G01 Y95 N0290 X45 N0300 G03 X5 Y55 I0 J-40 N0310 G01 Y-30 N0315 G40 N0320 G00 Z100 N0330 (-------CAJERA RECTANGULAR--------)

N0340 F114 S750 T7.7 N0350 M06 N0380 G00 X29 Y47.5 N0390 Z5 N0400 G01 Z-3 N0410 X46 N0420 Y41 N0430 X23 N0440 Y54 N0450 X46 N0460 Y43 N0470 Z5

11.23

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N0480 (---------CAJERA CIRCULAR-----------)

N0490 G00 X75 Y80 N0500 G01 Z-2 N0510 X77 N0520 G03 X77 Y80 I-2 J0 N0530 G01 X75 N0540 Z5 N0550 G00 Z100 N0555 (-------------TALADRADO-----------------)

N0560 F788 S2728 T12.12 N0570 M06 N0580 G00 X35 Y20 N0590 Z5 N0600 G01 Z-3 N0610 Z3 N0620 G00 Z100 N0630 M30

11.24

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11.14

Control numérico

Programación automática en control numérico.

El progreso del mundo de la informática, la electrónica y las comunicaciones ha sido espectacular y constante en las últimas décadas y, como consecuencia de ello, la reacción de la industria al reto que ha supuesto la implantación de nuevas tecnologías, tuvo como respuesta la filosofía CIM (Computer Integrated Manufacturing) o Fabricación Integrada por Ordenador (FAO) Uno de los pilares de esta filosofía de integración es el CAM (Computer Aided Manufacturing) o Fabricación Asistida por Ordenador, que hace posible la realización de las ideas desarrolladas en el CAD, permitiendo el desarrollo del programa pieza que conllevará las especificaciones y parámetros tecnológicos de fabricación. Mediante el empleo de programas CAM el ordenador nos ayuda a la hora de tomar decisiones en cuanto a las trayectorias a seguir, el acabado de la pieza, las condiciones de corte, la selección de herramientas, el número de pasadas, etc. Una vez tomadas todas las decisiones se puede realizar la simulación del proceso que nos permitirá verificar las operaciones a realizar con las herramientas a emplear en las condiciones establecidas. El paso final será el postprocesado, mediante el cual el programa CAM escribe de forma automática el programa de control numérico en el lenguaje que deseemos, pudiendo realizar en segundos, a partir de unas mismas operaciones y condiciones de mecanizado, programas adaptados a diferentes lenguajes de CN. La transmisión y monitorización del programa máquina con los diversos CNC se puede realizar mediante DNC (Control Numérico Distribuido). La programación de máquinas herramienta asistida por ordenador o CAM, resuelve el problema que se le presenta al utilizador de máquinas herramienta con Control Numérico, que es la programación en código máquina, especialmente compleja y tediosa en el caso de programas de trayectorias complicadas y con miles de bloques o líneas de programa que sólo su escritura por teclado nos llevaría años. Las imágenes nos muestran programas CAM en la fase de simulación de trayectorias de mecanizado.

11.25