Diseño y manufactura asistidos por computadora - introducción al CNC |  GestioPolis

Diseño y manufactura asistidos por computadora - introducción al CNC

Autor: IVAN  ESCALONA MORENO

Producción, procesos y operaciones

09-2003

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INTRODUCCIÓN:

La máquina herramienta ha jugado un papel fundamental en el desarrollo  tecnológico del mundo hasta el punto que no es una exageración 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.

Así, por ejemplo, si para la mecanización total de un número de piezas  fuera necesario realizar las operaciones de fresado, mandrinado y perforado, es  lógico que se alcanzaría la mayor eficacia si este grupo de máquinas  herramientas estuvieran agrupadas, pero se lograría una mayor eficacia aún si  todas estas operaciones se realizaran en una misma máquina. Esta necesidad,  sumada a numerosos y nuevos requerimientos que día a día aparecieron forzaron la  utilización de nuevas técnicas que reemplazaran al operador humano. De esta  forma se introdujo el control numérico en los procesos de fabricación, impuesto  por varias razones:

Necesidad de fabricar productos que no se podían conseguir en cantidad y  calidad suficientes sin recurrir a la automatización del proceso de fabricación.  Necesidad de obtener productos hasta entonces imposibles o muy difíciles de  fabricar, por ser excesivamente complejos para ser controlados por un operador  humano. Necesidad de fabricar productos a precios suficientemente bajos. 

       

Inicialmente, el factor predominante que condicionó todo automatismo fue  el aumento de productividad. Posteriormente, debido a las nuevas necesidades de  la industria aparecieron otros factores no menos importantes como la precisión,  la rapidez y la flexibilidad.

Hacia 1942 surgió lo que se podría llamar el primer control numérico  verdadero, debido a una necesidad impuesta por la industria aeronáutica para la  realización de hélices de helicópteros de diferentes configuraciones.

INTRODUCCIÓN AL CAD/CAM

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. 

Los sistemas de Diseño Asistido por Ordenador (CAD, acrónimo de Computer  Aided Design) pueden utilizarse para generar modelos con muchas, si no todas, de  las características de un determinado producto. Estas características podrían  ser el tamaño, el contorno y la forma de cada componente, almacenados como  dibujos bi y tridimensionales. Una vez que estos datos dimensionales han sido  introducidos y almacenados en el sistema informático, el diseñador puede  manipularlos o modificar las ideas del diseño con mayor facilidad para avanzar  en el desarrollo del producto. Además, pueden compartirse e integrarse las ideas  combinadas de varios diseñadores, ya que es posible mover los datos dentro de  redes informáticas, con lo que los diseñadores e ingenieros situados en lugares  distantes entre sí pueden trabajar como un equipo. Los sistemas CAD también  permiten simular el funcionamiento de un producto. Hacen posible verificar si un  circuito electrónico propuesto funcionará tal y como está previsto, si un puente  será capaz de soportar las cargas pronosticadas sin peligros e incluso si una  salsa de tomate fluirá adecuadamente desde un envase de nuevo diseño. 

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. Frente a este ahorro pueden aducirse los mayores costes de bienes  de capital o las posibles implicaciones sociales de mantener la productividad  con una reducción de la fuerza de trabajo. Los equipos CAM se basan en una serie  de códigos numéricos, almacenados en archivos informáticos, para controlar las  tareas de fabricación. Este Control Numérico por Computadora (CNC) se obtiene  describiendo las operaciones de la máquina en términos de los códigos especiales  y de la geometría de formas de los componentes, creando archivos informáticos  especializados o programas de piezas. La creación de estos programas de piezas  es una tarea que, en gran medida, se realiza hoy día por software informático  especial que crea el vínculo entre los sistemas CAD y CAM. 

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. Los fabricantes de indumentaria pueden diseñar el patrón de una  prenda en un sistema CAD, patrón que se sitúa de forma automática sobre la tela  para reducir al máximo el derroche de material al ser cortado con una sierra o  un láser CNC. Además de la información de CAD que describe el contorno de un  componente de ingeniería, es posible elegir el material más adecuado para su  fabricación en la base de datos informática, y emplear una variedad de máquinas  CNC combinadas para producirlo. La Fabricación Integrada por Computadora (CIM)  aprovecha plenamente el potencial de esta tecnología al combinar una amplia gama  de actividades asistidas por ordenador, que pueden incluir el control de  existencias, el cálculo de costes de materiales y el control total de cada  proceso de producción. Esto ofrece una mayor flexibilidad al fabricante,  permitiendo a la empresa responder con mayor agilidad a las demandas del mercado  y al desarrollo de nuevos productos. 

La futura evolución incluirá la integración aún mayor de sistemas de  realidad virtual, que permitirá a los diseñadores interactuar con los prototipos  virtuales de los productos mediante la computadora, en lugar de tener que  construir costosos modelos o simuladores para comprobar su viabilidad. También  el área de prototipos rápidos es una evolución de las técnicas de CAD/CAM, en la  que las imágenes informatizadas tridimensionales se convierten en modelos reales  empleando equipos de fabricación especializado, como por ejemplo un sistema de  estereolitografía. 

PROCESOS DE MANUFACTURA POR ARRANQUE DE VIRUTA

La aplicación del control numérico abarca gran variedad de procesos.  Aquí se dividen las aplicaciones en dos categorías: (1) aplicaciones con máquina  herramienta, tales como el taladrado, laminado, torneado, etc., y (2)  aplicaciones sin máquina herramienta, tales como el ensamblaje, trazado e  inspección. El principio de operación común de todas las aplicaciones del  control numérico es el control del la posición relativa de una herramienta o  elemento de procesado con respecto al objeto a procesar.

Proceso

Definición del Proceso

Equipo

 

Torneado

Es un  proceso de maquinado en el cual una herramienta de punta sencilla  remueve material de la superficie de una pieza de trabajo cilíndrica en  rotación

El  torneado se lleva a cabo tradicionalmente en una maquina llamada torno

Definición del Equipo

Clasificación del equipo

Herramienta

El torno  es una maquina, la cual suministra la potencia para tornear la parte a  una velocidad de rotación determinada con avance de la herramienta y  profundidad de corte especificado

          Torno para herramientas

          Torno de Velocidad

          Torno Revólver

          Torno de Mandril

          Maquina de Barra Automática

          Tornos controlados Numéricamente

Se usan  herramientas de punta sencilla, para la operación de roscado, se ejecuta  con un diseño con la forma de la cuerda a producir. El torneado de  formas se ejecuta con una de diseño especial llamada herramienta de  forma.

Definir Herramienta

Clasificación de la Herramienta

Operaciones Relacionadas con el Torneado

Se usa una  herramienta de corte con un borde cortante simple destinado a remover  material de una pieza de trabajo giratoria para dar forma de cilindro.

          Cabezal

          Contrapunto

          Tortea

          Carro Transversal

          Carro Principal

 

          Careado

          Torneado Ahusado o cónico

          Torneado de Contornos

          Torneado de Formas

          Achaflanado                 Tronzado        Roscado                       Perforado        Taladrado                     Moleteado

 

Proceso

Definición del Proceso

Equipo

Taladrado

Es una  operación de maquinado que se usa para crear agujeros redondos en una  parte de trabajo

Taladro  Prensa

Definición del Equipo

Clasificación del equipo

Herramienta

El Taladro  Prensa es la máquina estándar para taladrar.

*          Taladro Vertical

          Taladro Banco

          Taladro Radial

          Taladro Multiple

Broca

Definir Herramienta

Clasificación de la Herramienta

Operaciones Relacionadas con el Taladrado

Hay  disponibles varias herramientas de corte para hacer agujeros, pero la  broca helicoidal es con mucho la más común. Sus diámetros fluctúan desde  0.006 pulg. Hasta brocas tan grandes como 3.0 pulg. Las brocas  helicoidales se usan ampliamente en la industria para producir agujeros  en forma rápida y económica.

Broca  Helicoidal

          Escariado

          Roscado Interior

          Abocardado

          Avellanado

          Centrado

          Refrenteado

 

Proceso

Definición del Proceso

Equipo

Cepillado

Proceso  para producir superficies planas por medio de una herramienta de corte  de un solo filo.

 

Cepillo

Definición del Equipo

Clasificación del equipo

Herramienta

La máquina  herramienta para cepillado se llama cepillo. La velocidad de corte se  logra por medio de una mes de trabajo oscilante que mueve la parte  posterior de una herramienta de corte de punta sencilla

          Cepillos de mesa abiertos lateralmente

          Cepillos de doble columna

La  herramienta de corte usadas en el cepillado son herramientas de punta  sencilla

Definir Herramienta

Clasificación de la Herramienta

Operaciones Relacionadas con el Cepillado

Proceso en  el cual se pasa una cuchilla a través de la pieza para ir eliminando  material.

          Carril transversal

          Cabeza de la herramienta

          Mesa de trabajo

          Columna

          Base

          El cepillado se puede usar para maquinar otras superficies diferentes a  las planas. La restricción es que las superficies deben ser rectas.


 

Proceso

Definición del Proceso

Equipo

 

Aserrado

Es un  proceso en el que corta una hendidura angosta dentro de la parte de  trabajo por medio de una herramienta que tiene una serie de dientes  estrechamente espaciados

Segueta

Definición del Equipo

Clasificación del equipo

Herramienta

El corte  de segueta involucra un movimiento lineal de vaivén de la segueta contra  el trabajo. El Aserrado con cinta implica un movimiento lineal continuo  que utiliza una sierra cienta hecha de foma de banda flexible sin fin  con dientes en una de sus bordes. La sierra circular usa una sierra  circular giratoria para suministrar el movimiento continuo de la  herramienta frente al trabajo.

          Segueta

          Sierra Banda

          Sierra Circular

Hoja de la  Sierra

Definir Herramienta

Clasificación de la Herramienta

Operaciones Relacionadas con el Aserrado

Las hojas  de la sierra tienen ciertas características comunes que incluyen la  forma de los dientes, su espaciamiento y la disposición de los mismos

          Forma de los dientes

          Espaciamiento entre los dientes

          Disposición de los Dientes

          Calado

          Ranurado

Corte  abrasivo

Aserrado  por Fricción

 

Proceso

Definición del Proceso

Equipo

 

Rectificado

Es un  proceso abrasivo ejecutado por un conjunto de barras abrasivas pegadas

Rectificadora

Definición del Equipo

Clasificación del equipo

Herramienta

El movimiento del equipo es una combinación de rotación y oscilación  lineal, regulada de tal manera que un punto dado de la barra abrasiva,  no repite la misma trayectoria

 

Conjunto  de barras abrasivas pegadas

Definir Herramienta

Clasificación de la Herramienta

Operaciones Relacionadas con el Rectificado

Se usan  cuatro barras, pero su número depende del tamaño del agujero

Juntas  Universales

Impulsor

          Lapeado o pulido

          Superacabado

>          Pulido

          Abrillantado

 

Proceso

Definición del Proceso

Equipo

 

Fresado

Es una  operación de maquinado en la cual se hace pasar una parte de trabajo  enfrente de una herramienta cilíndrica rotatoria con múltiples bordes o  filos cortantes.

Fresadora

Definición del Equipo

Clasificación del equipo

Herramienta

La  clasificación de los cortadores para fresadoras o fresas como se les  conoce comúnmente, está muy asociada con las operaciones de fresado que  acabamos de describir.

          Cortadores cilíndricos o fresas planas

          Cortadores formadores o fresas formadoras

          Cortadores frontales o fresas frontales

          Cortadores para acabado o fresa terminal

          Husillo rotatorio

          Mesa para sujetar

Definir Herramienta

Clasificación de la Herramienta

Operaciones Relacionadas con el Fresado

Las  maquinas fresadoras deben tener un husillo rotatorio para el cortador y  una mesa para sujetar, poner en posición y hacer avanzar la parte de  trabajo.

          Maquina fresadora Vertical

          Maquina fresadora Horizontal

          Rodilla y columna        Tipo bancada          Tipo Cepillo                Fresas Trazadoras

          Maquinas fresadoras CNC

          Torneado

          Taladrado

          Perfilado

          Cepillado

  Aserrado

INTRODUCCIÓN AL CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO 

El CNC tuvo su origen a principios de los años cincuenta en el Instituto de  Tecnología de Massachusetts (MIT), en donde se automatizó por primera vez una  gran fresadora. 

En esta época las computadoras estaban en sus inicios y eran tan grandes que  el espacio ocupado por la computadora era mayor que el de la máquina.
Hoy día las computadoras son cada vez más pequeñas y económicas, con lo  que el uso del CNC se ha extendido a todo tipo de maquinaria: tornos,  rectificadoras, eletroerosionadoras, máquinas de coser, etc.
CNC significa "control numérico computarizado". 

En una máquina CNC, a diferencia de una máquina convencional o manual, una  computadora controla la posición y velocidad de los motores que accionan los  ejes de la máquina. Gracias a esto, puede 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 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. Aún así era un ahorro de tiempo comparado con los métodos  convencionales.

Actualmente muchas de las máquinas modernas trabajan con lo que se conoce  como “lenguaje conversacional” en el que el programador escoge la operación que  desea y la máquina le pregunta los datos que se requieren. Cada instrucción de  este lenguaje conversacional puede representar decenas de códigos numéricos. Por  ejemplo, el maquinado de una cavidad completa se puede hacer con una sola  instrucción que especifica el largo, alto, profundidad, posición, radios de las  esquinas, etc. Algunos controles incluso cuentan con graficación en pantalla y  funciones de ayuda gerométrica. Todo esto hace la programación mucho más rápida  y sencilla.

También se emplean sistemas CAD/CAM que generan el programa de maquinado de  forma automática. En el sistema CAD (diseño asistido por computadora) la pieza  que se desea maquinar se diseña en la computadora con herramientas de dibujo y  modelado sólido. Posteriormente el sistema CAM (manufactura asistida por  computadora) toma la información del diseño y genera la ruta de corte que tiene  que seguir la herramienta para fabricar la pieza deseada; a partir de esta ruta  de corte se crea automaticamente el programa de maquinado, el cual puede ser  introducido a la máquina mediante un disco o enviado electronicamente.

Hoy día los equipos CNC con la ayuda de los lenguajes conversacionales y los  sistemas CAD/CAM, permiten a las empresas producir con mucha mayor rapidez y  calidad sin necesidad de tener personal altamente especializado.

CONTROL NUMÉRICO EN LA INGENIERÍA INDUSTRIAL

Definición general:

Se considera control numérico a todo dispositivo capaz de dirigir  posicionamientos de un órgano mecánico móvil, en el que las órdenes relativas a  los desplazamientos del móvil son elaboradas en forma totalmente automática a  partir de informaciones numéricas definidas, bien manualmente o por medio de un  programa.

ÁMBITO DE APLICACIÓN DEL CONTROL NUMÉRICO: 

Como ya se mencionó, las cuatro variables fundamentales que inciden en  la bondad de un automatismo son: productividad, rapidez, precisión y velocidad.
De acuerdo con estas variables, vamos a analizar qué tipo de automatismo  es el más conveniente de acuerdo al número de piezas a fabricar. Series de  fabricación:

Grandes series: (mayor a 10.000 piezas) 

Esta producción está cubierta en la actualidad por las máquinas transfert,  realizadas por varios automatismos trabajando simultáneamente en forma  sincronizada. Series medias: (entre 50 y 10.000) 

Existen varios automatismos que cubren esta gama, entre ellos los copiadores  y los controles numéricos. La utilización de estos automatismos dependerá de la  precisión, flexibilidad y rapidez exigidas. El control numérico será  especialmente interesante cuando las fabricaciones se mantengan en series  comprendidas entre 5 y 1.000 piezas que deberás ser repetidas varias veces  durante el año. Series pequeñas: (menores a 5 piezas) Para estas series, la  utilización del control numérico suele no ser rentable, a no ser que la pieza  sea lo suficientemente compleja como para justificarse su programación con ayuda  de una computadora. Pero en general, para producciones menores a cinco piezas,  la mecanización en máquinas convencionales resulta ser más económica. A  continuación, podemos ver un gráfico que ilustra de forma clara lo expresado  anteriormente.

VENTAJAS DEL CONTROL NUMÉRICO:

Las ventajas, dentro de los parámetros de producción explicados  anteriormente son:

Posibilidad de fabricación de piezas imposibles o muy difíciles. Gracias al  control numérico se han podido obtener piezas muy complicadas como las  superficies tridimensionales necesarias en la fabricación de aviones. 

Seguridad. El control numérico es especialmente recomendable para el trabajo  con productos peligrosos. 

Precisión. Esto se debe a la mayor precisión de la máquina herramienta de  control numérico respecto de las clásicas. 

Aumento de productividad de las máquinas. Esto se debe a la disminución del  tiempo total de mecanización, en virtud de la disminución de los tiempos de  desplazamiento en vacío y de la rapidez de los pocisionamientos que suministran  los sistemas electrónicos de control. 

Reducción de controles y desechos. Esta reducción es debida fundamentalmente  a la gran fiabilidad y repetitividad de una máquina herramienta con control  numérico. Esta reducción de controles permite prácticamente eliminar toda  operación humana posterior, con la subsiguiente reducción de costos y tiempos de  fabricación. 

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL NUMÉRICO.

Se dividen fundamentalmente en:

Equipos de control numérico de posicionamiento o punto a punto. 
Equipos de control numérico de contorneo. 

Supongamos una pieza colocada sobre la mesa (ver figura), y que en el punto A  se quiere realizar una perforación. Sea el eje X el eje longitudinal de la mesa  y el eje Y el eje transversal. B representa la proyección del eje del útil sobre  la mesa. El problema de llevar el punto A al punto B se puede resolver de las  siguientes formas:

Accionar el motor del eje Y hasta alcanzar el punto A´y a continuación  el motor del eje X hasta alcanzar al punto B. 

Análogo al anterior, pero accionando primero el motor del eje longitudinal y  después el del transversal. Estos dos modos de posicionamiento reciben el nombre  de posicionamiento secuencial y se realiza normalmente a la máxima velocidad que  soporta la máquina. 

Accionar ambos motores a la vez y a la misma velocidad. En este caso la  trayectoria seguida será una recta de 45º. Una vez llegado la altura del  punto B, el motor del eje Y será parado para continuar exclusivamente el motor  del eje X hasta llegar al punto B. Este tipo de posicionamiento recibe el nombre  de posicionamiento simultáneo (punto a punto). 

Accionamiento secuencial de los motores pero realizando la aproximación a un  punto siempre en el mismo sentido. Este tipo de aproximación recibe el nombre de  aproximación unidireccional y es utilizado exclusivamente en los  posicionamientos punto a punto.

En un sistema punto a punto, el control determina, a partir de la información  suministrada por el programa y antes de iniciarse el movimiento, el camino total  a recorrer. Posteriormente se realiza dicho posicionamiento, sin importar en  absoluto la trayectoria recorrida, puesto que lo único que importa es alcanzar  con precisión y rapidez el punto en cuestión.

Siempre que se quiera realizar trayectorias que no sean paraxiales (rectas  según los ejes) es necesario que el sistema de control posea características  especiales.

Los equipos que permiten generar curvas reciben el nombre de equipos de  contorneo.

Los sistemas de contorneo gobiernan no sólo la posición final sino también el  movimiento en cada instante de los ejes en los cuales se realiza la  interpolación. En estos equipos deberá existir una sincronización perfecta entre  los distintos ejes, controlándose, por tanto, la trayectoria real que debe  seguir la herramienta. Con estos sistemas se pueden generar recorridos tales  como rectas con cualquier pendiente, arcos de circunferencia, cónicas o  cualquier otra curva definible matemáticamente. Estos sistemas se utilizan,  sobre todo, en fresados complejos, torneados, etc.

Por último, se puede decir que un equipo de control numérico paraxial puede  efectuar los trabajos que realiza un equipo punto a punto y un equipo de  contorneo podrá realizar los trabajos propios de los equipos punto a punto y  paraxial.

ARQUITECTURA GENERAL DE UN CONTROL NUMÉRICO.

Podemos distinguir cuatro subconjuntos funcionales:
Unidad de entrada – salida de datos. 
Unidad de memoria interna e interpretación de órdenes. 
Unidad de cálculo. 
Unidad de enlace con la máquina herramienta y servomecanismos. 

En la figura de la pagina siguiente se muestra un diagrama funcional  simplificado de un control numérico de contorneo de tres ejes.

UNIDAD DE ENTRADA – SALIDA DE DATOS 

La unidad entrada de datos sirve para introducir los programas de  mecanizado en el equipo de control numérico, utilizando un lenguaje inteligible  para éste.
En los sistemas antiguos se utilizaron para la introducción de datos  sistemas tipo ficha (Data Modul) o preselectores (conmutadores rotativos  codificados); los grandes inconvenientes que presentaron estos métodos, sobre  todo en programas extensos, provocó su total eliminación.

Posteriormente se utilizaba para dicho propósito la cinta perforada (de  papel, milar o aluminio), por lo que el lector de cinta se constituía en el  órgano principal de entrada de datos.

Esta cinta era previamente perforada utilizando un perforador de cinta o un  teletipo. El número de agujeros máximo por cada carácter era de ocho (cinta de  ocho canales). Además de estos agujeros, existía otro de menor tamaño, ubicado  entre los canales 3 y 4 que permitía el arrastre de la cinta.


Los primeros lectores de cinta fueron electromecánicos; los cuales utilizaban  un sistema de agujas palpadoras que determinaban la existencia de agujeros o no  en cada canal de la cinta, luego esto actuaba sobre un conmutador cuyos  contactos se abren o cierran dependiendo de la existencia o no de dichos  agujeros. 

Luego se utilizaron lectores de cinta fotoeléctricos, los cuales permitían  una velocidad de lectura de cinta muy superior. Los mismos constaban de células  fotoeléctricas, fotodiodos o fototransistores como elementos sensores. Estos  elementos sensibles a la luz, ubicados bajo cada canal de la cinta (incluso bajo  el canal de arrastre). Una fuente luminosa se colocaba sobre la cinta, de tal  forma que cada sensor producía una señal indicando la presencia de un agujero  que sería amplificada y suministrada al equipo de control como datos de entrada.

Otro medio que se utilizaba para la entrada de datos era el cassette, robusto  y pequeño, era más fácil de utilizar, guardar y transportar que la cinta, siendo  óptima su utilización en medios hostiles. Su capacidad variaba entra 1 y 5 Mb.
Luego comenzó a utilizarse el diskette. Su característica más importante  era la de tener acceso aleatorio, lo cual permitía acceder a cualquier parte del  disco en menos de medio segundo. La velocidad de transferencia de datos variaba  entre 250 y 500 Kb / s.

Con la aparición del teclado como órgano de entrada de datos, se solucionó el  problema de la modificación del programa, que no podía realizarse con la cinta  perforada, además de una rápida edición de programas y una cómoda inserción y  borrado de bloques, búsqueda de una dirección en memoria, etc.

UNIDAD DE MEMORIA INTERNA E INTERPRETACIÓN DE ÓRDENES. 

Tanto en los equipos de programación manual como en los de programación  mixta (cinta perforada o cassette y teclado), la unidad de memoria interna  almacenaba no sólo el programa sino también los datos máquina y las  compensaciones (aceleración y desaceleración, compensaciones y correcciones de  la herramienta, etc.). Son los llamdos datos de puesta en operación.

En las máquinas que poseían sólo cinta perforada como entrada de datos, se  utilizaba memorias buffer.

Luego, con el surgimiento del teclado y la necesidad de ampliar  significativamente la memoria (debido a que se debía almacenar en la misma un  programa completo de mecanizado) se comenzaron a utilizar memorias no volátiles  (su información permanece almacenada aunque desaparezca la fuente de potencia  del circuito, por ejemplo en el caso de un fallo en la red) de acceso aleatorio  (denominadas RAM) del tipo CMOS.

Además poseían una batería denominada tampón, generalmente de níquel –  cadmio, que cumplían la función de guardar durante algunos días (al menos tres)  todos los datos máquina en caso de fallo en la red.
Una vez almacenado el programa en memoria, inicia su lectura para su  posterior ejecución.

Los bloques se van leyendo secuencialmente. En ellos se encuentra toda la  información necesaria para la ejecución de una operación de mecanizado.

UNIDAD DE CÁLCULO: Una vez interpretado un bloque de información, esta  unidad se encarga de crear el conjunto de órdenes que serán utilizadas para  gobernar la máquina herramienta.

Como ya se dijo, este bloque de información suministra la información  necesaria para la ejecución de una operación de mecanizado. Por lo tanto, una  vez el programa en memoria, se inicia su ejecución. El control lee un número de  bloques necesario para la realización de un ciclo de trabajo. Estos bloques del  programa son interpretados por el control, que identifica:

la nueva cota a alcanzar (x, y, z del nuevo punto en el caso de un equipo de  tres ejes), velocidad de avance con la que se realizará el trayecto, forma a  realizar el trayecto, otras informaciones como compensación de herramientas,  cambio de útil, rotación o no del mismo, sentido, refrigeración, etc.). La  unidad de cálculo, de acuerdo con la nueva cota a alcanzar, calcula el camino a  recorrer según los diversos ejes.

SERVOMECANISMOS: La función principal de un control numérico es gobernar  los motores (servomotores) de una máquina herramienta, los cuales provocan un  desplazamiento relativo entre el útil y la pieza situada sobre la mesa. Si  consideramos un desplazamiento en el plano, será necesario accionar dos motores,  en el espacio, tres motores, y así sucesivamente.

En el caso de un control numérico punto a punto y paraxial, las órdenes  suministradas a cada uno de los motores no tienen ninguna relación entre sí; en  cambio en un control numérico de contorneo, las órdenes deberán estar  relacionadas según una ley bien definida.

Para el control de los motores de la máquina herramienta se pueden utilizar  dos tipos de servomecanismos, a lazo abierto y a lazo cerrado.

En los de lazo abierto, las órdenes a los motores se envían a partir de la  información suministrada por la unidad de cálculo, y el servomecanismo no recibe  ninguna información ni de la posición real de la herramienta ni de su velocidad.

No así en un sistema de lazo cerrado, donde las órdenes suministradas a los  motores dependen a la vez de las informaciones enviadas por la unidad de cálculo  y de las informaciones suministradas por un sistema de medidas de la posición  real por medio de un captador de posición (generalmente un encoder), y uno de  medida de la velocidad real (tacómetro), montados ambos sobre la máquina.

PROGRAMACIÓN EN EL CONTROL NUMÉRICO: 

Se pueden utilizar dos métodos: Programación Manual: 
En este caso, el programa pieza se escribe únicamente por medio de  razonamientos y cálculos que realiza un operario. 

Programación Automática: En este caso, los cálculos los realiza un  computador, que suministra en su salida el programa de la pieza en lenguaje  máquina. Por esta razón recibe el nombre de programación asistida por  computador. De este método hablaremos más adelante.

Programación Manual:

El lenguaje máquina 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.
El programa de mecanizado contiene todas las instrucciones necesarias  para el proceso de mecanizado. 
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.
El comienzo del control numérico ha estado caracterizado por un  desarrollo anárquico de los códigos de programación. Cada constructor utilizaba  el suyo particular.
Posteriormente, se vio la necesidad de normalizar los códigos de  programación como condición indispensable para que un mismo programa pudiera  servir para diversas máquinas con tal de que fuesen del mismo tipo.

Los caracteres más usados comúnmente, regidos bajo la norma DIN 66024 y 66025  son, entre otros, los siguientes:

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:

G00: El trayecto programado se realiza a la máxima velocidad posible, es  decir, a la velocidad de desplazamiento en rápido.
G01: Los ejes se gobiernan de tal forma que la herramienta se mueve a lo  largo de una línea recta.
G02: Interpolación lineal en sentido horario.
G03: Interpolación lineal en sentido antihorario.
G33: Indica ciclo automático de roscado.
G77: Es un ciclo automático que permite programar con un único bloque el  torneado de un cilindro, etc.

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.
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.

LOS FAMOSOS BLOCKS EN CN

Estructura de Block

Es el modo de dar ordenes a la maquina para que se los ejecute tiene ciertas  características que se debe cumplir.

La maquina 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 maquina 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

 

 

 

Encabezado

N020

[BILLET

X 30

Z 80

 

 

N030

G28

 

 

 

 

N040

M06

 

 

T 1

 

N050

M03

 

 

S 500

 

N060

 

 

 

F 60

Procedimiento

N…….

 

 

 

 

 

N070

M02

 

 

 

 

N080

G28

 

 

 

Conclusión

N090

M05

 

 

 

 

Introducción a la programación

Para realizar un programa debemos tener en cuenta varios factores, algunos de  ellos similares a los de las maquinas convencionales. Estos factores los podemos  dividir en geométricos y tecnológicos.

Los factores de geometría de la pieza contienen datos sobre sus dimensiones  (plano de taller); además de:

- Tolerancias 
- Acabado superficial 
- Origen de movimientos 
- Superficie de referencia, etc. 
Los factores tecnológicos hacen referencia a:
- Material de la pieza a mecanizar 
- Tipo de mecanizado 
- Velocidad de corte 
- Profundidad de pasadas 
- Revoluciones de la pieza o herramienta 
- Lubricante 
- Utillaje, etc. 

Así también elaborar un proceso de trabajo lo mas racional posible.

Equipo necesario para la programación

a) Maquina – Herramienta con C.N.C. 
b) Manual de programación y operación del C.N.C. del que disponga la  maquina 
c) Lector de cinta magnética (disquete) 
d) Cinta magnética para grabación en cassette 
e) Ordenador para simular grafica de la pieza programada 
f) Discos de 3 ½” para ordenador, para activar piezas. 
g) Catálogos de materiales y herramientas de diversos fabricantes. 

CICLOS ENLATADOS O REPETITIVOS.

Estos ciclos tienen la particularidad de trabajar una sola operación en  un mismo sentido hasta lograr el objetivo establecido.

G90: Cilindrado
G92: Roscado
G94: Careado – Conicidad
Conicidad G94
X: Es la posición final de corte
Z: Es la posición final de corte
R: Siempre va ha ser negativo (cuadro de corte –z).
El signo de R depende de la dirección de la conicidad. La función G94 es  un ciclo enlatado, una línea de información del programa capacitara a la  herramienta para ejecutar cuatro movimientos distintos.
R: Distancia incremental del comienzo el corte a la posición final del  corte.

Ciclo de Roscado

El código G92 nos permite realizar la operación de roscado o cuerda en algún  diseño de pieza. La función de este es de manera cíclica que se mete  contemplando los factores de importancia. El avance o paso y la profundidad  total de maquinado. Realizándose solo cuerdas estándar.

1° Punto Previo
2° Velocidad de corte
X: Profundidad del corte
Z: Longitud total de la cuerda
F: Avance (paso)
60° = 0.8660 (0.75) = 0.649
0.649 (2) = 1.299
16/25.4 = 1.587 16 hilos x pulgada
(1.3) (1.587) = 2.063 ® Profundidad Total.
Si se tiene una medida de 10.0, se le resta la profundidad total y nos  queda una medida de 7.947

Radios de Curvatura

El código G02 nos permite realizar radios en sentido derecho o sentido  horario (va conforme a las manecillas del reloj).
El código G03 permite realizar radios en sentido izquierdo o sentido de  horario
Radios de Curvatura Luter Polacion Circular
Puntos para aplicar el código G02 y G03

Ejecución

1° Punto Previo
2° Punto Inicial del arco
3° Punto Final del arco (va a estar dado por x_ z_)
4° Sentido en que se debe mover la herramienta
5° Indicar el radio (R-)

Gargantas
Los nones son herramientas para exteriores.

Los pares son para interiores.
Sacar la herramienta del plano de trabajo 
Paro del husillo 
Solicitud de la herramienta 
Encendido del husillo 
Traer la herramienta al plano de trabajo. 

A continuación, y a modo de establecer algún tipo de comparación, se  detallan dos tipos de controles numéricos, el primero de la firma  SIEMENS (SINUMERIK 3T) fabricado en el año 1984 y el segundo de la firma  FAGOR( CNC 8025 Y 8030), de construcción mucho más reciente.

                

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Nota: Es probable que en esta página web no aparezcan todos los  elementos del presente documento.  Para tenerlo completo y en su  formato original recomendamos descargarlo desde el menú en la parte  superior

IVAN ESCALONA MORENO

la_polla_records_emiarrobahotmail.com

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