Fundamentos y Preparacion de Maquinas CNC

Instituto Tecnológico Superior De Misantla

ING. ELECTROMECÁNICA704 “A”

Asesor: ing. Cabrera Jiménez Roberto

Carlos

“Sistemas integrados de manufactura”

Unidad I: Fundamentos y preparación de Maquinas CNC.

Presentan:

Hernández Zamora Ismael Landero delgado Rubén Eliud

ÍNDICE

Sistemas integrados de manufactura

INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................1

1.1 Historia situación actual y tendencias de CNC.................................................................2

1.2 Partes principales de una maquina CNC...........................................................................5

1.2.1 Ejes principales..............................................................................................................6

1.2.2 Ejes complementarios...................................................................................................7

1.2.3 Sistemas de transmisión...............................................................................................8

1.2.3.1 Transmisión.............................................................................................................8

1.2.3.2 Motores de transmisión.......................................................................................10

1.2.4 Control de desplazamiento.........................................................................................11

1.2.5 Componentes de un sistema CN...............................................................................12

1.2.6 Herramientas y cambiadores automáticos...............................................................13

1.3 Calculo de los parámetros de corte..................................................................................14

1.3.1 Parámetros de corte....................................................................................................15

1.4 Maquinas convencionales y CNC.....................................................................................19

1.4.1 Ventajas y desventajas de CNC................................................................................21

1.5 Procedimiento para cero máquinas de torno y fresadora............................................22

1.6 Procedimiento y criterio para determinar el cero pieza en torno y fresadora.............24

1.7 Procedimiento para hacer la compensación de herramientas en torno y fresadora. 26

CONCLUSIÓN...............................................................................................................................29

BIBLIOGRAFÍA..............................................................................................................................30

Ingeniería Electromecánica Página


INTRODUCCIÓN

Uno de los elementos importantes dentro de este resurgir de la

automatización son las Máquinas Herramienta de Control Numérico

Computarizado, las cuales brindan algunas ventajas adicionales.

En este presente documento se hablara lo referente a las maquinas

herramienta de control numérico (MHCN). Se mencionara desde lo que es

su historia, la situación actual y como han sido las tendencias de dichas

maquinas. También se mencionara lo referente a las partes principales, el

cálculo para el parámetro de corte y como hacer lo que es el maquinado en

general de una pieza que incluye el parámetro cero pieza en torno y

fresadora.

Todo esto es con el fin de conocer más sobre las maquinas

herramientas de control numérico para saberlas utilizar, ya que su uso es

muy frecuente hoy en día porque nos permite mecanizar piezas de una

manera fácil y concreta en lo que es la industria, de ahí la importancia de

conocer de ellas.

También cabe mencionar que este documento proporcionara

información al lector (o al estudiante en este caso) para conozca un poco

más lo referente a este tipo de maquina CNC y así puede tener un

panorama concreto y pueda serle útil para el estudio de este sistema.



1.1 Historia situación actual y tendencias de CNC

En primer lugar se realizará un breve resumen de la historia del control

numérico desde sus orígenes. A continuación se analizarán las tendencias

actuales, contemplando tantos aspectos hardware como software. En tercer lugar

se presentarán las diferentes iniciativas (europeas, americanas y japonesas) en el

campo de los controles numéricos abiertos. Finalmente se presentarán diferentes

tipos de controles abiertos y, en particular, la futura familia de controles numéricos

abiertos en la que Fagor Automation está trabajando actualmente.

A continuación se mostrara una tabla donde nos muestra el desarrollo del

control numérico.

(1725) Máquinas de tejer construidas en Inglaterra, controladas por tarjetas

perforadas.

(1863) M. Forneaux- primer piano que tocó automáticamente.

(1870-1890) Eli Whitney- desarrollo de plantillas y dispositivos.

"Sistema norteamericano de manufactura de partes intercambiables.

(1880) Introducción de una variedad de herramientas para el maquinado de

metales.

Comienzo del énfasis en la producción a gran escala.

(1940) Introducción de los controles hidráulicos, neumáticos y electrónicos.

Aumento del énfasis en el maquinado automático.

(1945) Comienzo de la investigación y desarrollo del control numérico.

Comienzo de los experimentos de producción a gran escala con control

numérico.

(1955) Las herramientas automatizadas comenzaron a aparecer en las

plantas de producción para la Fuerza Aérea de producción de los Estados

Unidos:



(1956) Hay concentración en la investigación y el desarrollo del control

numérico.

(1960) Hasta la actualidad

o Se crean varios nuevos sistemas de control numérico.

o Se perfeccionaron las aplicaciones a la producción de una gama más

grande de procedimientos de maquinado de metales.

o Se idearon aplicaciones a otras actividades diferentes del maquinado

de metales.

o Se utilizaron insumos computarizados de control numérico.

o Se utilizan documentos computarizados de planeación gráficos por

control numérico.

o Se han desarrollado procedimientos computarizados de trazo de

curvas de nivel por control numérico, a bajo costo.

o Se han establecido centros de maquinado para utilización general.

Dificultades actuales en el trabajo

Entre los problemas industriales de estos países desarrollados podemos

mencionar:

Existe cada vez una mayor exigencia en la precisión.

Los diseños son cada vez más complejos.

La diversidad de productos hace necesario la tendencia a estructuras de

producción más flexibles.

Se tiende a incrementar los tiempos de inspección.

Los costos de fabricación de moldes es mayor y se hace necesario

minimizar errores.

El tiempo de entrega de los productos tiende a ser cada vez más reducido.



La formación de instructores es cada vez más difícil, pues se hace

necesario personal cada vez más experimentado.

El Ambiente de Trabajo.

El entorno del ambiente industrial se encuentra frecuentemente con

situaciones tales como:

Escasez de mano de obra calificada.

Producción masiva de múltiples modelos de un mismo producto.

Ambiente de producción y taller poco atractivo.

Estos aspectos son más fácil de encontrar en sociedades industriales, que

en países subdesarrollados.

Una solución para los problemas que aquejan hoy en día a la industria es

utilizar una de las 5 formas automatizar los procesos.

Los tipos de automatización son:

Control Automático de Procesos

El Procesamiento Electrónico de Datos

La Automatización Fija

El Control Numérico Computarizado

La Automatización Flexible.

El Control Automático de Procesos, se refiere usualmente al manejo de

procesos caracterizados de diversos tipos de cambios (generalmente químicos y

físicos); un ejemplo de esto lo podría ser el proceso de refinación de petróleo.

El Proceso Electrónico de Datos frecuentemente es relacionado con los

sistemas de información, centros de cómputo, etc. Sin embargo en la actualidad

también se considera dentro de esto la obtención, análisis y registros de datos a

través de interfaces y computadores.



La Automatización Fija, es aquella asociada al empleo de sistemas lógicos

tales como: los sistemas de relevadores y compuertas lógicas; sin embargo estos

sistemas se han ido flexibilizando al introducir algunos elementos de programación

como en el caso de los (PLC'S) O Controladores Lógicos Programables.

Un mayor nivel de flexibilidad lo poseen las máquinas de control numérico

computarizado. Este tipo de control se ha aplicado con éxito a Máquinas de

Herramientas de Control Numérico (MHCN). Entre las MHCN podemos mencionar:

Fresadoras CNC.

Tornos CNC.

Máquinas de Electroerosionado

Máquinas de Corte por Hilo, etc.

El mayor grado de flexibilidad en cuanto a automatización se refiere es el de

los Robots industriales que en forma más genérica se les denomina como "Celdas

de Manufactura Flexible".

1.2 Partes principales de una maquina CNC

Los dispositivos y sistemas de las MHCN, son:

Ejes principales

Ejes complementarios

Sistema de transmisión

Control de desplazamiento

Componentes del sistema CNC

Herramientas y cambiadores automáticos



1.2.1 Ejes principales.

En las MHCN se aplica el concepto de “eje”, a las direcciones de

los diferentes desplazamientos de las partes móviles de la máquina, como la

mesa porta piezas, carro transversal, carro longitudinal, etc.

Las MHCN disponen de diferentes órganos de movimiento lineal

(generalmente ejes) , para poder programar e l movimiento de dichos elementos,

se les asigna una letra . Esta asignación de letras está normal izada, no pudiendo

ser cambiada en ningún caso. Los signos "+" y"-" no tienen un sentido matemático

sino de dirección.

Las fresadoras disponen de un mínimo de tres ejes, X, Y y Z.

Dos de ellos X e Y se asocian al movimiento en el plano horizontal (longitudinal y

transversal) de la mesa de trabajo, mientras que el tercero es el desplazamiento

vertical del cabezal de la máquina. Como se observa en la figura 1.2.1

Fig. 1.2.1. Desplazamiento de ejes en la fresadora.

Los ejes correspondientes en la fresadora tienen la siguiente función:

Eje Z: El eje "Z" es el que realiza el movimiento perpendicular de la

herramienta hacia el suelo.

Eje Y: El eje "Y" es el que realiza el movimiento transversal de la

herramienta.



Eje X: El eje "X" es el que realiza el movimiento longitudinal de la

herramienta

En trabajos de mecanizado de formas complejas se requiere en MHCN

dotadas de más ejes de desplazamiento. En la figura 1.2.2 se muestra un

ejemplo de funcionamiento de una máquina fresadora de 5 ejes.

Fig. 1.2.2. Ejemplo de fresadora con 5 ejes.

1.2.2 Ejes complementarios

Algunas MHCN disponen de mesas giratorias y/o cabezales

orientables. En ellas la pieza puede ser mecanizada por diferentes planos y

ángulos de aproximación. Los ejes sobre los que giran estas mesas y cabezales

se controlas de forma independiente y se conocen con el nombre de ejes

complementarios de rotación. Su velocidad y posición se regula también de forma

autónoma.



Fig. 1.2.3. Ejes complementarios rotativos asociados.

Los ejes complementarios de rotación se designan en la programación CN

como A, B, C, estos ejes se asocian con los lineales tal como indica la fig. 1.2.3.

Debido a las exigencias impuestas por la complejidad de ciertas piezas,

otras MHCN están dotadas de más de tres ejes de desplazamiento principal.

1.2.3 Sistemas de transmisión

Los recorridos de la herramienta se originan por la acción única o

combinada de los desplazamientos de cada uno de sus ejes.

Todas las máquinas de CNC tienen dos o más grados de movimiento

llamados ejes, cada eje o grado de movimiento puede ser lineal o rotacional este

concepto está ligado a la complejidad de la máquina, esto es, entre más ejes tiene

una máquina más compleja es o tiene mayor capacidad de maquinar piezas

complejas.

Los ejes de las máquinas están encargados de los movimientos que tiene

que hacer la herramienta para el proceso de manufactura que se requiere.

1.2.3.1 Transmisión

Los sistemas de transmisión son los encargados de realizar los

movimientos en los ejes a partir del giro básico generado por el grupo del motor-

reductor.



Si a un tornillo le colocamos una tuerca, y giramos el tornillo evitando que

la tuerca gire, la tuerca se desplazará proporcionalmente al giro del tornillo.

El planteamiento anterior es el principio de movimiento en las máquinas de

CNC, sin embargo el tornillo del que hablamos no es un tornillo común,

entrando en detalle, si hablamos de un tornillo común, de hilo triangular,

tendremos el problema que existe cierto juego entre el tornillo y la tuerca, y si

elimináramos éste juego, la fuerza necesaria para mover la tuerca sería muy alta,

a la par que el desgaste entre tornillo y tuerca nos pondría en el caso del juego

en poco tiempo.

Si usáramos un hilo cuadrado, el caso sería exactamente el mismo, salvo

que el tornillo resistiría mecánicamente más que con el hilo triangular.

Para una máquina de control numérico se requiere de un sistema tuerca -

tornillo con un juego mínimo, de poco desgaste y que requiera de poca potencia

para moverse.

El sistema tuerca – tornillo para estas condiciones da como resultado el

movimiento a los ejes a partir de los motores, realizados por los huesillos de

bolas, que funcionan por el principio de recirculación de bolas.

Este consiste en un vi sinfín acanalado y un acoplamiento o a los que se fija

el conjunto a desplazar. Cuando el grupo motor gira, su rotación se retransmite al

vi sinfín y el cuerpo del acoplamiento se traslada longitudinalmente a través de

este, arrastrando consigo a la mesa de trabajo en el sentido oportuno; es decir, el

tornillo lleva un perfil semicircular como se muestra en la Fig. 1.2.4

Fig. 1.2.4. Tornillo con perfil semicircular



Y en contraparte, la tuerca lleva la otra mitad de la circunferencia

(Fig. 1.2.5). Esa circunferencia es con la finalidad de guiar una que corre a todo

lo largo de la cuerda del tornillo.

Fig. 1.2.5. Tuerca con perfil semicircular.

1.2.3.2 Motores de transmisión

Para realizar los movimientos de los diferentes ejes se utilizan

habitualmente motores eléctricos de corriente continua controlados mediante

señales electrónicas de salida y entrada. Estos actuadores pueden girar y

acelerarse controladamente en ambos sentidos.

Los movimientos de estos mecanismos tienen que ser de gran rigidez

y resistir los esfuerzos generados por las fuerzas de corte o por los

desplazamientos a alta velocidad que generan los diferentes mecanismos en su

movimiento en vació (grandes inercias).

Las transmisiones deben producir movimientos regulares, estables y

ser capaces de reaccionar rápidamente en las aceleraciones y desaceleraciones.

Existen varios tipos de motores eléctricos, cada uno con propiedades

distintas. Los más comunes, son los motores de CC (corriente continua). En este

tipo particular, podemos controlar la velocidad variando el voltaje en un cierto

rango; con una curva apropiada de voltaje podemos parcialmente controlar su

aceleración, pero no podemos controlar su posición y menos aún su torque.

Otro tipo de motor muy difundido es el motor CA (corriente alterna) que

puede variar su torque en base al voltaje suministrado dentro de un pequeño



rango, y puede variar su velocidad en base al cambio de la frecuencia de CA que

se le suministra. Sin embargo no se puede controlar su posición.

Los tipos de motores más usuales actualmente son:

Motores pasó a paso.

Servomotores o motores encoder.

Motores lineales

1.2.4 Control de desplazamiento

Los movimientos de los diferentes ejes y sistemas por medio de las ordenes

que envía el control numérico a los diferentes motores, pero eso no garantiza que

la occisión real que tienen los carros sea exactamente la deseada, debido a

posibles percances que pueden producirse durante su movimiento: falta de grasa,

obstáculos durante el recorrido, juegos producidos por el desgaste de los

elementos móviles, inercias no controladas, etc. Para corregir esos posibles

problemas, se tiene que utilizar sistemas de control de la posición.

Los sistemas de control 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 más regla 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.

El control de las posiciones de los elementos móviles de las MHCN,

se realiza básicamente por dos sistemas:

Directo.

Indirecto.



Fig. 1.2.6 Sistema directo e indirecto respectivamente.

1.2.5 Componentes de un sistema CN

Básicamente se distinguen las siguientes partes o estructuras en los

sistemas CN:

UCP (Unidad central de procesos)

Periféricos de entrada

Unidades de almacenamiento de datos

Periféricos de salida

UCP

Es el corazón del sistema, está compuesto por una estructura

informática donde el microprocesador es el elemento principal. La capacidad

y potencia de cálculo del microprocesador determina la capacidad real de la

máquina CNC (capacidad de interpolación).

Entre las funciones que tiene que realizar están las siguientes:

Calcula la posición de los ejes y los desplazamientos de la máquina

Controla los diferentes modos de funcionamiento de la máquina.

Dirige todas las señales que van o vienen de los diferentes periféricos

Controla el tráfico entre la UCP y el PLC



Periféricos de entrada

Son todos los elementos que sirven para suministrarle información a la

UCP. Entre los más importantes existen los siguientes:

Teclado y panel de mandos

Conexión con ordenador (sistema de red o RS232)

Reglas ópticas o posicionadores

Ratón (en CN modernos se opera ya con este elemento)

Unidad de almacenamiento de datos

Los primeros controles, almacenaban la información por medio de tarjetas

perforadas, que luego se tenían que leer cada vez para realizar el programa, más

adelante se usaron las cintas magnéticas, que solían estar en una unidad portátil

que se conectan al control cada vez que se tenía que utilizar. Este mismo formato

se usó para las unidades de disquete.

Periféricos de salida

Son todos aquellos elementos que sirven para recibir la información que

suministre la UCP. Entre los más importantes destacaremos los siguientes:

Monitor

Control de movimiento de los ejes y demás elementos móviles de la

máquina.

1.2.6 Herramientas y cambiadores automáticos

Las herramientas precisan de cambios rápidos y precisos, lo que nos lleva a

tener que recurrir a sistemas rápidos de sujeción de herramientas y sistemas

automáticos de cambio de las mismas.

El cambio de herramientas puede ejecutarse manualmente por el operario o

de forma automática por medio de programación, no obstante, esto solo se realiza



en la práctica con fresadoras y taladradoras dotadas de cabezales con

adaptadores portaherramientas de acceso rápido y sencillo.

El cambiar automático de herramienta se controla en una fresadora por

programación, caracterizándose por un giro de tambor hasta que coloca en la

posición de trabajo, aquella herramienta que se le solicita. La posición de trabajo

coincide con la posición seleccionada del tambor. Las capacidades de los

tambores de herramienta oscilan entre las 6 herramientas de los más pequeños y

las 20 de los más grandes. Existen básicamente los siguientes sistemas de

cambio herramienta:

Carruseles

Tambores giratorios

Sistema de cadena

Fig. 1.2.7 Cadena de Cambio de un centro mecanizado

1.3 Calculo de los parámetros de corte

El fresado forma parte de los procesos con cambio de volumen por

substracción y es uno de los procesos de corte más versátiles e indispensable

para la manufactura de piezas que no se pueden rotar. La herramienta de acción

es cilíndrica, rota sobre su propio eje y tiene múltiples bordes cortantes. El eje de

rotación es perpendicular a la dirección de avance. La forma geométrica de

maquinado por lo general es una superficie plana, pero se pueden crear otras

formas mediante la trayectoria de la herramienta de corte o la forma de la

herramienta.



El fresado es una operación de corte interrumpido, los dientes de la fresa

entran y salen del trabajo durante cada revolución. Esto interrumpe la acción de

corte y sujeta los dientes a un ciclo de fuerzas de impacto y choque térmico en

cada rotación. El material de la herramienta y la geometría del cortador deben

diseñarse para soportar estas condiciones

1.3.1 Parámetros de corte

Durante el maquinado de piezas de trabajo por el método de fresado no

sólo es indispensable conocer la herramienta apropiada para cada tipo de

operación que se requiere, sino también conocer los parámetros necesarios para

llevar a cabo el maquinado, tal es el caso de la velocidad de corte, y es posible

determinarla de acuerdo a la velocidad de rotación del husillo y el diámetro exterior

de la fresa de la siguiente manera:

ecuación. 1.1

La ecuación anterior es la misma de la ecuación 1.1 para el taladrado,

donde ν = velocidad de corte en [in/min] o [mm/min]; D = diámetro exterior de la

fresa en [in] o [mm]; y N [rev/min] representa la velocidad de rotación del husillo.

El avance, está definido como el movimiento relativo entre la herramienta

de corte y la pieza de trabajo, y es relativo, porque en ciertos casos la herramienta

permanece inmóvil, y la pieza de trabajo es el que tiene movimiento (giratorio), sin

embargo en ocasiones es posible que la herramienta tenga movimiento tanto de

forma giratoria como desplazamiento y la pieza esté inmóvil.

En el caso de la operación de fresado, el avance se determina por lo

general como el avance por diente cortante, llamado carga de viruta, y representa

el tamaño de viruta formado por cada filo de corte. Esto se puede convertir a

velocidad de avance tomando en cuenta la velocidad del husillo y el número de

dientes que tiene la fresa. Entonces:



ecuación 1.2

Donde ƒr = velocidad de avance en [in/min] ó [mm/min]; N = velocidad

del husillo en [RPM]; nt = número de dientes en la fresa; y ƒ = carga de viruta en

[mm/diente] o [in/diente]. De este modo se puede conocer la velocidad de

remoción de material utilizando la expresión:

ecuación 1.3

Donde w = ancho de corte [in] o [mm]; y d = profundidad de corte [in] o

[mm]. Lo anterior indica que el producto entre el área transversal que se desea

remover y el avance, arrojará como resultado la cantidad de material removido por

unidad de tiempo, cabe señalar que la expresión anterior puede sufrir

modificaciones de acuerdo al tipo de operación de fresado a utilizar, por lo que el

área de la sección transversal no tiene que ser necesariamente el producto de la

profundidad y el ancho de corte, por lo tanto, dependiendo de la geometría de la

fresa es como se calculará este factor de la ecuación 1.2.

Adicionalmente, si la producción de piezas es en gran escala, es

importante obtener el tiempo que se requiere para realizar una pieza completa,

para ello, es necesario diferenciar entre el tiempo de maquinado en una operación

de fresado periférico y una operación de fresado frontal. Para el fresado periférico,

el tiempo requerido para fresar una pieza de trabajo de longitud L, se determina

conociendo la distancia de aproximación de la fresa al material (ver figura

1.3.1), para que la fresa comience a remover material. La distancia de

aproximación, se puede calcular de la siguiente manera:

ecuación 1.4

Donde A = Distancia de aproximación de la fresa al material en [in] o [mm];

D = Diámetro de la fresa [in] o [mm]; y d = Profundidad de corte [in] o [mm]. Por

lo que el tiempo de maquinado se calculará como:



ecuación 1.5

Figura 1.3.1: Fresado de placa (periférico) mostrando la entrada de la fresa en la pieza de

trabajo.

Para el fresado frontal es costumbre dejar para la aproximación la distancia

A más una distancia O, que representa la profundidad de desbaste inicial. Hay dos

casos posibles (ver figura 1.10), y en ambos casos A = O. El primer caso es

cuando la fresa se centra sobre la pieza de trabajo rectangular (ver figura

1.3.2(a)).

Figura 1.3.2 a) Fresado frontal convencional.

Entonces:

ecuación 1.6



El segundo caso del fresado frontal se da cuando el cortador se posiciona

en algún lado de la pieza de trabajo y sobrepasa el borde de la misma (ver figura

1.3.3), en este caso las distancias de aproximación se calculan de la siguiente

manera:

ecuación 1.7

Donde w = ancho de corte en [in] o [mm]. Por lo tanto el tiempo de

maquinado para ambos casos, estará representado por la siguiente expresión:

ecuación 1.8

Figura 1.3.3: Fresado frontal mostrando las distancias de aproximación y de recorrido

adicional para dos casos: (a) cuando el fresador está centrado sobre la pieza de trabajo y (b)

cuando el cortador está desplazado hacia un lado del trabajo.

Las expresiones anteriores solamente evalúan el tiempo de maquinado,

por lo tanto, si se requiere el tiempo total que tarda una pieza en estar terminada,

se tienen que adicionar algunos tiempos tales como el tiempo de sujeción de la

pieza, tiempo de ajuste de la herramienta, tiempo de cambio entre herramientas,

tiempo de liberación de la pieza, etc.



1.4 Maquinas convencionales y CNC.

Se dice que una máquina herramienta convencional cuándo utiliza los

métodos tradicionales de maquinado requiriéndose forzosamente la presencia de

un operador con cierta especialización para mantener la máquina trabajando.

La máquina con CN en cambio no requieren la presencia constante del

operador, ya que la máquina una vez programada ejecutará el maquinado sin

ayuda del operador sólo se requiere su presencia para retirar la pieza maquinada

y colocar la pieza por maquinar. Incluso en máquinas con CN con alimentador de

barra o brazos robotizados el operador ya no es necesario ya que el cambio de

pieza está automatizado requiriéndose únicamente un Ingeniero Industrial

especializado para la programación y el control de las máquinas CN.

Las diferencias más notables entre ambos tipos de equipos son debidas

básicamente a sus elementos y dispositivos utilizados en su construcción. En la

siguiente tabla se observan las diferencias entre una máquina herramienta

convencional y una con CN estás pueden ser tornos, fresadoras, etc.

En la tabla 1.1 podemos observar que los elementos mecánicos

tradicionales que por décadas se han utilizado en las máquinas convencionales

han sido sustituidos en los equipos con CN por otros elementos mecánicos y

electrónicos más confiables.

Tabla 1.1 Diferencias entre una maquina convencional y una maquina CNC



El otro elemento que distingue al equipo con Control Numérico es la

presencia de servomotores qué controlan los movimientos de los ejes (o mesas) y

contra la velocidad del husillo, así como su movimiento en el caso de ser

requerido. Estos servomotores pueden trabajar con corriente directa o con

corriente alterna dependiendo del fabricante pero su función es la misma.

Dependiendo de las funciones que debe realizar la máquina, el control, a

través de detectores de proximidad puede controlar por ejemplo el movimiento de

un brazo que cambie la herramienta en una fresadora, la alimentación de material

en barra y detectar cuando ésta se termine para cambiar la barra por otra nueva

en caso de tornos alimentados por barra, hacer girar la torreta de un torno para

seleccionar otra herramienta deseada y hasta detectarse si el movimiento

comandado es demasiado grande que provocaría que la máquina choque o se

salga de su límite de movimientos normales, etcétera. Además, ya que el control

es el que ordena la ejecución de estos movimientos a sus elementos respectivos,

nos puede dar en todo momento el informe de lo que está realizando, lo que está



por realizar y los puntos en los que ha fallado algún mecanismo o sistema interno

de la misma máquina.

Cualquier función por extravagante que parezca puede ser controlada por la

Unidad de Control Numérico siempre y cuando tengo una secuencia lógica y

puede ser detectada esta secuencia de ahí que la gran variedad de equipos de

Control Numérico sólo varíen en la cantidad de funciones adicionales que el

equipo pueda realizar; el tamaño del equipo la potencia que deba desarrollar

influirá determinadamente en el tamaño y potencia de los servomotores y de las

unidades de control de velocidad pero conservándose el mismo principio de

funcionamiento.

1.4.1 Ventajas y desventajas de CNC

El control numérico (CN) fue desarrollado pensado en las siguientes metas:

Incrementar la producción

Reducir los costos de mano de obra

Hacer la producción más económica

Efectuar los trabajos que serían imposibles o imprácticos sin CN

Incrementar la exactitud en la producción en serie

Antes de tomar la decisión en la utilización de una máquina-herramienta

convencional, una máquina CN a una CNC para un trabajo en particular, será

necesario primeramente analizar detenidamente las siguientes ventajas y

desventajas máquina CNC.



Ventajas

Incremento en la productividad Mayor seguridad con las máquinas herramientas Reducción del desperdicio Menores posibilidades de error humano Máxima exactitud e intercambiabilidad de piezas Mejor control de calidad Menores costos herramienta Mínimo inventario de piezas de repuesto Menores horas de trabajo para la inspección Mayor utilización de las máquinas Flexibilidad que acelera los cambios en el diseño Perfeccionamiento en el control de la manufactura

Desventajas

1. Costó elevador de inversión inicial2. Inclemente mantenimiento eléctrico3. Mayor costo por hora de operación4. Reentrenamiento del personal5. Mayor espacio de piso para la maquinaria y equipo

1.5 Procedimiento para cero máquinas de torno y fresadora

Dimensiones básicas

Para garantizar la precisión dimensional en el mecanizado de una pieza con

una MHCN su UC debe tener noción exacta de las dimensiones de cada

herramienta empleada.

Las dimensiones básicas de una fresa son la longitud (L) y el radio de corte (R).

En herramientas de torno dichos parámetros son la longitud (L) y el decalaje

transversal (Q).

Las dimensiones básicas de la herramienta quedan referidas respecto del

punto de montaje del acoplamiento con el hueco correspondiente del cabezal (o

torreta) de la MHCN.



El establecimiento de las dimensiones básicas (reglaje) de las herramientas

en las MHCN se realiza de dos formas:

Mediante una prueba de mecanizado: En este caso se almacenan unas

dimensiones aproximadas de la herramienta en la UC. Después se lleva a

cabo una operación de mecanizado sencilla que es verificada

dimensionalmente. Las desviaciones en las dimensiones de la operación

real sobre las teóricas se pueden calcular e incorporar seguidamente, como

datos para el reglaje correcto de útil.

Mediante un equipo de prereglaje (externo o incorporado a la MHCN): Estos

dispositivos verifican dimensionalmente las herramientas calculando

directamente sus dimensiones básicas respecto del punto de montaje.

Los sistemas externos de prereglaje de herramientas utilizan un sistema de

montaje y fijación idéntico al existente en la MHCN. Las dimensiones se calculan

por procedimientos ópticos o mecánicos. Los datos se incorporan dentro de un

sistema informático al que puede conectarse la UC a través de una pastilla

electrónica de datos o mediante comunicación por cable.

Cuando el prereglaje óptico se verifica en la MHCN la herramienta se ubica

en su estación de trabajo. Se debe posicionar el cabezal (o torreta) en un punto tal

que permita la visión correcta del útil por el sistema de medida pasando la

información dimensional directamente a la UC que gobierna toda la instalación.



Figura 1.5: Procedimiento cero maquina en torno y fresadora.

Para determinar las dimensiones básicas de una herramienta, garantizar

que las asuma la UC e inicializar convenientemente la MHCN, se requiere un

conjunto de apoyos externos como puntos de contacto o patrones de referencia,

paradas de los indicadores de recorrido, mandriles de centrado, sensores de

medida, etc.

1.6 Procedimiento y criterio para determinar el cero pieza en torno y fresadora

La asignación del "cero de herramienta" se lleva a cabo de la siguiente forma:

En primer lugar, se hace contacto en una superficie de la pieza a mecanizar

con una herramienta de referencia o palpador almacenando la UC la medida

obtenida como la altura "cero" o de referencia.

A continuación se deberán introducir en la UC las diferencias entre las

alturas de las herramientas de trabajo y la de referencia.



Durante el mecanizado la UC corrige de forma automática las trayectorias

de cada herramienta con esas diferencias, describiendo un recorrido único sobre

la pieza ajustado a la altura de referencia o "cero".

Control de funciones máquina

En adición a las funciones geométricas para el control de los

desplazamientos los sistemas CNC disponen de otras para el gobierno de la

máquina: funciones máquina. El número de estas y la forma en que se ejecutan

dependen, tanto de la propia MHCN, cómo de las posibilidades de la UC.

Las funciones máquina que se enumeran a continuación son un ejemplo de

las actividades complementarias que pueden ser programadas y que en algunos

casos afectan a tareas auxiliares de la MHCN:

Comienzo del giro y control de la velocidad del cabezal.

Posicionado angular del cabezal.

Activación del refrigerante a una presión de salida dada.

Mantenimiento del avance constante.

Mantenimiento de la velocidad de corte constante.

Cambio de herramienta activa.

Comienzo de acciones de los dispositivos auxiliares:

Sistemas de alimentación o cambiadores de piezas.

Contrapunto

Luneta

Manipuladores

Transportadores (convoyes)

La mayoría de las capacidades de las MHCN se pueden configurar como

funciones máquina con el objeto de automatizar al máximo los procesos de

fabricación.



1.7 Procedimiento para hacer la compensación de herramientas en torno y

fresadora.

Para fresar un contorno, la fresa debe ser guiada de forma que sus hilos

sigan el contorno (figura 1.7.1). Esta trayectoria del centro de la fresa es

equivalente a una “trayectoria equidistante”.

Figura 1.7.1: Trayectoria de fresa con compensación.

Hasta ahora se ha hablado de las trayectorias de las herramientas sin

mencionar las dimensiones de las mismas y como afectan en el contornado.

Compensación de radio en la herramienta.

Para asegurar que el contorno de la fig. 1.7.2 es el fresado, el centro de la

fresa debe que desplazarse a lo largo de la ruta mostrada. Esta ruta de la

herramienta se denomina “trayectoria equidistante”. Sigue el contorno de acabado

a una distancia uniforme que depende del radio de la fresa.

En la mayoría de las CNC modernas, la trayectoria equidistante se calcula

automáticamente mediante la compensación de radio de la herramienta. Esta

compensación requiere la entrada dentro del almacén de datos de la herramienta

del programa CN de los siguientes datos:



La dimensión del radio de la fresa, figura 3.46.

Figura 3.46: Compensación de radio de corte.

A qué lado del contorno de acabado programado (referido a la dirección

del mecanizado) se sitúa la herramienta (figura 3.47).

Figura 3.47: Trayectoria de fresa izquierda o derecha.

En el torneado, el radio de la fresa se reemplaza por la punta radial de la

herramienta a tornear (figura 3.48). Durante la programación del contorno de

acabado se asume que la punta de la herramienta es un punto agudo en contacto

con la pieza. Sin embargo, en la realidad la punta de la herramienta esta

redondeada y el control debe compensar el espacio entre la punta teórica de la

herramienta y el filo cortante de la misma, calculando la apropiada trayectoria de la

equidistante.

Para asegurar esta trayectoria equidistante se asigna siempre al lado

correcto del contorno es necesario introducir en el control el “cuadrante” correcto

(ejemplo, 1 a 4, ver figura 3.48). Y dicha información determina la dirección por la

cual la punta de la herramienta sigue el contorno (figura 3.48).



Figura 3.48: Punta de herramienta en torno y cuadrantes.

Las trayectorias equidistantes se obtienen mediante cálculos de puntos

auxiliares. Estos cálculos determinan todos los puntos importantes que componen

las trayectorias equidistantes. Tales puntos son los comienzos y finales de la recta

y arco de circunferencia así como los radios de estas últimas.

En ciertos controles, el cálculo automático de trayectorias equidistante sólo

es posible para desplazamientos paralelos auxiliares.

Cuando se activa el cálculo automático de trayectorias equidistantes

(compensación de herramienta de radio de la herramienta, generalmente es

necesario se satisfagan condiciones especiales para que la herramienta anticipé al

contorno. Fíjese especialmente en las esquinas rincones marcados. No hay

trayectoria equidistante para el rincón ya que puede ser forzado completamente

sin dañar el contorno. Respecto a la esquina la trayectoria equidistante consiste en

un arco de círculo alrededor de la misma. Algunos controles extienden la

trayectoria hasta la intersección (figura de 3.49).

Figura 3.49: Cálculo de puntos auxiliares en trayectorias equidistantes.



CONCLUSIÓN

Dentro del desarrollo del marco teórico antes realizado del tema

fundamentos y preparación de máquinas CNC, se puede puntualizar que

dicho trabajo fue satisfactorio ya que se logró alcanzar el objetivo

planteado, el cual era conocer y entender cuál ha sido el desarrollo de

estas máquinas, cuál es su funcionalidad y que aspectos de trabajo

desarrollan para alcanzar su máxima eficiencia, es así como este trabajo

fue fundamental y de gran importancia para nuestro enriquecimiento

estudiantil pues mediante esto se alcanzó la teoría para posteriormente

efectuarlo en la práctica en nuestro desarrollo como estudiantes de

Ingeniería Electromecánica lo cual nos ayudara no tan solo en plan del

curso de sistemas de manufactura sino que también será de gran utilidad

en todo nuestro campo estudiantil y laboral posteriormente.

También cabe mencionar que esta es de gran importancia porque

por medio de ella se aprendió los conocimientos básicos sobre las

maquinas herramientas CNC ya que hoy en día es fundamental conocer

sobre ellas porque cada vez las industrias están implementando

máquinas completamente automáticas para el maquinado de piezas ya

que con estas se tienen mayor precisión y los procesos son más rápidos.



BIBLIOGRAFÍA

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Informes_Finales_Investigacion/Abril_2011/IF_LOAYZA_FIME/CAPITULO%20II.PDF

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http://tesis.ipn.mx/bitstream/handle/123456789/3175/29.pdf?sequence=1 (lunes

24 de agosto 2015 a las 12:08 p.m.)


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Fundamentos y Preparacion de Maquinas CNC

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