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Sistemas de Representacion Digital III - Máquinas-herramienta CNC y Programación manual de CN

SISTEMAS DE REPRESENTACIÓN DIGITAL III

- MAQUINAS HERRAMIENTAS DE CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO

- PROGRAMACION MANUAL DE CONTROL NUMÉRICO

El control numérico se puede definir de una forma genérica

como un dispositivo de automatización de una máquina

que, mediante una serie de instrucciones codificadas (el

programa), controla su funcionamiento.

Cada programa establece un determinado proceso a

realizar por la máquina, con lo que una misma máquina

puede efectuar automáticamente procesos distintos sin

más que sustituir su programa de trabajo.

Permite, por tanto, una elevada flexibilidad de

funcionamiento con respecto a las máquinas automáticas

convencionales en las que los automatismos se

conseguían mediante sistemas mecánicos o eléctricos

difíciles y a veces casi imposible de modificar.

EL CONTROL NUMÉRICO

Control numérico: una forma de automatizacion programable de máquinas

Programa CN: una serie de instrucciones codificadas de las acciones de una

máquina

FlexibilidadPrecisión

Repetibilidad



En principio, contrariamente a lo que se pudiera pensar, el

Control Numérico de Máquinas Herramientas no fue

concebido para mejorar los procesos de fabricación, sino

para dar solución a problemas técnicos surgidos a

consecuencia de] diseño de piezas cada vez más difíciles

de mecanizar.

En 1942, la "Bendix Corporation" tiene problemas con la

fabricación de una leva tridimensional para el regulador de

una bomba de inyección para motores de avión. El perfil

tan especial de dicha leva es prácticamente imposible de

realizar con máquinas comandadas manualmente.

La dificultad provenía de combinar los movimientos del útil

simultáneamente según varios ejes de coordenadas,

hallando el perfil deseado. Se acordó entonces confiar los

cálculos a una máquina automática que definiera gran

número de puntos de la trayectoria, siendo el útil

conducido sucesivamente

de uno a otro.

Interpolación:Movimientos complejos como resultante

de la combinación de movimientos simples



Historicamente los programas se escribian manualmente,

la aparición de los sistemas CAD/CAM permitió generarlos

en forma automática, aunque la programación manual

sigue siendo utilizada en operaciones auxiliares de

mecanizado y en programas para produccion de piezas.

CAD/CAM

Pieza oMatriz

MHCN

Programa CN

Programación manual


Centro de mecanizado

MAQUINAS HERRAMIENTAS CON CONTROL NUMÉRICO

El control numérico se monta sobre todo tipo de máquina

herramienta convencional, tanto de arranque de viruta

como de trazado y deformación. Así, lo encontramos en

tornos, fresadoras, rectificadoras, taladradoras,

mandrinadoras, dobladoras, plegadoras, punzadoras,

máquinas de trazar, punteadoras, máquinas de soldar, de

oxicorte, de medir, etc. Sin embargo, el control numérico

ha promocionado el desarrollado de dos tipos de máquinas

múltiples:

�El centro de mecanizado, para piezas prismáticas, en el

que sobre pieza fija una o más torretas con herramientas

giratorias permiten efectuar operaciones de fresado,

taladrado, mandrinado, escariado,

etc.

�El centro de torneado, dotado de una o más torretas, con

herramientas motorizadas que, además de las clásicas

operaciones de torneado permiten efectuar fresados,

taladrados, escariados, etc., tanto axiales

como radiales.

MAQUINAS DE ARRANQUE DE VIRUTA:Torno, Fresadora, Limadora, Cepilladora, Agujereadora, Alesadora, Rectificadora.

OTRAS MAQUINAS:Dobladora, Plegadoras, Punzonadoras, Soldadoras, Oxicorte, Electroerosión

Fresadora

Multiples herramientas

Cambio automatico

Matricería

Producción


EJES PRINCIPALES DE UNA FRESA DE 3 EJES

En la descripción de las MHCN se utiliza siempre el

concepto de "eje", es decir, direcciones de los

desplazamientos principales de las partes móviles de la

máquina. Las MHCN están provistas de un número de ejes

principales característico que hace factibles los trabajos de

mecanizado sobre la pieza.

Estos ejes se designan convencionalmente como X, Y, Z.

Generalmente las maquinas más comunes tienen de dos a

tres ejes de desplazamiento, como los tornos y las

fresadoras respectivamente, pero, en

trabajos de mecanizado de formas complejas se requieren

MHCN dotadas por más ejes.

Los ejes de coordenadas se nombran por la "Regla de la

Mano Derecha".

Las coordenadas 3D X, Y, Z de una pieza se obtienen

estableciendo la posición de los puntos dimensionales (es

decir, los vértices), en los tres ejes. Los ejes en el sistema

de coordenadas presentan ángulos rectos entre sí. Cada

eje tiene valores y direcciones negativos y positivos.


EJES DE LA FRESA ROLAND MDX-40



4to y 5eje

Existen fresadoras que cuentan con un 4to y hasta un5to eje.

Consisten en el giro con centro en alguno de los movimientos rectilineos principales.

El caso más típico es el del 4to eje, llamado U, giro sobre X, habitualmente resuelto por el montaje


DIAGRAMA DE UN TORNO CONVENCIONAL


DIAGRAMA DE UN TORNO A CONTROL NUMÉRICO


SISTEMA DE CONTROL


SISTEMAS DE TRANSMISIÓNLos recorridos de la herramienta en el seno de la pieza se originan por la acción combinada de los desplazamientos en cada uno de sus ejes principales.

Los sistemas de transmisión producen traslaciones rectilíneas en los ejes principales a partir del giro básico generado por el grupo del motor-reductor. El corazón del movimiento de las MHCN es la transmisión por recirculación de bolas.Consiste en un sinfín acanalado y un acoplamiento al que se fija el conjunto mecánico a desplazar. Cuando el grupo del motor gira, su rotación se transmite al sinfín y el cuerpo del acoplamiento se traslada longitudinalmente a través de este arrastrando consigo a la mesa de trabajo en el sentido oportuno.

El accionamiento contiene un conjunto de bolas en recirculación que garantizan la transmisión de esfuerzos del sinfín a la mesa con unas pérdidas por fricción mínimas. Las dos partes de su cuerpo están ajustadas con una precarga para reducir al mínimo el juego transversal entre ellas con lo que se mejora la exactitud y repetitibilidad de los desplazamientos.Para disminuir los daños del mecanismo de transmisión frente a colisiones transversales o sobrecargas, el grupo motriz incorpora un embrague en su conexión con el sinfín. Este dispositivo desacopla la transmisión cuando el conjunto de la mesa choca contra algún obstáculo.


ACTUADORES


ACTUADORES


ACTUADORES


MEDIDA DE LOS DESPLAZAMIENTOS

Las posiciones de los elementos móviles de las MHCN se pueden medir mediante dos

sistemas:

El sistema directo utiliza una escala de medida

ubicada en la guía de la mesa de la

máquina. Las imprecisiones en el giro del

sinfín o en su acoplamiento no afectan a este

método de medida. Un resolver óptico

determina la posición por conteo directo en la

rejilla o regleta graduada y transforma esta

información a señales eléctricas para su

proceso por la UC.

En el sistema indirecto la posición de la mesa

se calcula por la rotación en el sinfín. Un

resolver registra el movimiento de un disco

graduado solidario con el sinfín. La UC calcula

la posición del mediante el número de pasos o

pulsos generados durante el desplazamiento.


MEDIDA DE LOS DESPLAZAMIENTOS


HUSILLO

El husillo principal ejecuta:

- El movimiento rotativo de la pieza en los tornos.

- La rotación de herramienta en las fresadoras y

taladradoras.

El husillo puede accionarse por:

motores de corriente alterna de tres fases.

motores corriente continua.

En el primer caso la regulación de la velocidad de giro

se lleva a cabo mediante un reductor de engranajes.

Dependiendo del diseño y complejidad de este reductor

se consigue un rango más o menos variado de

velocidades de giro.

En la mayor parte de las MHCN el elemento que

acciona el cabezal es un motor de corriente continua .

Esto proporciona una variedad casi infinita de

velocidades de giro, las cuales se procesan mediante un

tacómetro. Todo ello permite al programador establecer

la velocidad de giro de forma casi arbitraria, dentro del

rango y capacidad del motor.


SISTEMAS DE SUJECION

Existen diferentes mecanismos para amarrar la pieza en los tornos CN:

- Platos universales de dos, tres o cuatro garras

autocentrables.

- Platos frontales para la colocación de sargentos para agarre

de formas irregulares.

- Mandriles autocentrables.

- Pinzas para la sujeción de piezas cilíndricas pequeñas.

- Puntos y contrapuntos con arrastre para piezas esbeltas.

- Lunetas escamoteables para apoyo intermedio.

- Conos.

En fresado se emplean las siguientes formas de sujeción:

- Sargentos y apoyos con formas escalonadas, ajustables en

altura o bloques con varias

- facetas de contacto, con pernos y resortes de apriete de

montaje-desmontaje rápido.

- Placas angulares de apoyo.

- Palancas de apriete. Mordazas mecánicas autocentrables

- Platos o mesas magnéticas.

- Mesas y dispositivos modulares de uso universal.

- Apoyos de diseño específico o especial.


CAMBIADORES DE HERRAMIENTASMecanizar productos en MHCN requiere diferentes operaciones sucesivas sin soltar la pieza de su sistema de amarre (fase) lo que supone incorporar un dispositivo que permita cambiar de forma automática las herramientas durante el proceso. Es poco habitual llevar a cabo un trabajo de mecanizado sin cambiar de herramienta. El cambio de herramientas puede ejecutarse manualmente por el operario, sin embargo, esto solo se realiza en la práctica con fresadoras y taladradoras dotadas de cabezales con adaptadores portaherramientas de acceso rápido y sencillo. Los tornos CN y centros de mecanizado de gran producción utilizan cambiadores automáticos de herramientas que pueden albergar un número variable de útiles dependiendo de su diseño.Los cambiadores de herramientas reciben los nombres de: Torreta de herramientas (tornos) Carrusel de herramientas (fresadoras / centros de mecanizado) El cambio de herramienta se controla por programación CN caracterizándose por un giro de la torreta hasta que coloca en la posición de trabajo aquella que se le solicita En el caso de los carruseles (almacenes) de herramientas, para cambiar la herramienta se emplea un manipulador o garra adicional. La UC de la máquina interrumpe el mecanizado para que el manipulador extraiga del carrusel, que ha girado hasta colocar al útil deseado en la posición de cambio, la nueva herramienta. Simultáneamente la garra opuesta del manipulador extrae la herramienta en uso del cabezal. Un volteo del manipulador coloca la nueva en el cabezal y a la usada en el hueco (estación) dejado por la primera en el almacén. La operación solo dura segundos.


HERRAMIENTASUna herramienta completa de MHCN presenta generalmente las siguientes partes:- acoplamiento - portaherramientas (cuerpo, mango o porta plaquita) - punta herramienta (plaquita)

El acoplamiento es el elemento que inserta la herramienta en el seno del cabezal de la MHCN (fresadoras) o en la torreta (tornos)

La morfología de los mangos y de las plaquitas es la responsable de las posibilidades de mecanizado y de los acabados a obtener en las piezas de trabajo.

El sistema de montaje entre el portaplaquitas y plaquita puede variar:Los portaplaquitas generalmente se fijan al acoplamiento mediante sujeciones demontaje rápido: roscas, bridas de apriete, pasadores, sistemas de inserción tipo "snap".En algunas ocasiones el portaplaquita y el acoplamiento pueden constituir una única pieza.Las puntas de las herramientas pueden estar unidas al mango permanentemente (soldadas). Sin embargo es más habitual el uso de sistemas de plaquitas intercambiables que se fijan mediante tornillos, palancas, bridas, etc. Las plaquitas al disponer de varios filos pueden alternar, invertir o cambiar definitivamente cuando sufren cualquier deterioro.


HERRAMIENTAS


HERRAMIENTAS


PANEL DE CONTROLEl aspecto externo del panel de control de las MHCN puede variar considerablemente enfunción del fabricante, no obstante, los componentes que en él aparecen se pueden agrupar de forma genérica en:

- Monitor: que incluye una pantalla CRT o un panel de texto (en desuso) así como unconjunto de diales analógicos o digitales, chivatos e indicadores.

- Mandos para el control máquina: Estos permiten el gobierno manual o directo de laMHCN en actividades análogas a las ejecutadas con una convencional mediante manivelas, interruptores, etc. Estos controles pueden ser empleados de forma alternativa durante las operaciones programadas para modificar puntualmente el proceso.

- Controles para la programación: Generalmente se presentan como teclados para la edición textual de programas y datos almacenados. Presentan caracteres alfabéticos, números e iconos o símbolos de las funciones que ejecutan. Para garantizar el funcionamiento correcto de la MHCN y la aceptación de las instrucciones por el ordenador, el panel de control presenta un conmutador del modo de operación. Los modos de operación posibles son:- programación (edición y gestión) - modificación datos herramienta - gobierno manual - funcionamiento automático


PANEL DE CONTROL

El control numérico se puede definir de una forma genérica

como un dispositivo de automatización de una máquina

que, mediante una serie de instrucciones codificadas (el

programa), controla su funcionamiento.

Cada programa establece un determinado proceso a

realizar por la máquina, con lo que una misma máquina

puede efectuar automáticamente procesos distintos sin

más que sustituir su programa de trabajo.

Existen diversos lenguajes de programación. Algunas

marcas de control numérico tienen sus propios lenguajes.

En este curso estudiaremos el lenguaje estandarizado en

la norma ISO 3592.


Control numérico: una forma de automatizacion programable de máquinas

Programa CN: una serie de instrucciones codificadas de las acciones de una

máquina

ISO STANDARD: CODIGO G


PROCESO DE PROGRAMACION

- Características de las piezas a fabricar: material, dimensiones, cotas, tolerancias, acabados superficiales

- Características de la máquina disponible: qué operaciones

pueden efectuarse, intentando disminuir al máximo el

número de cambios de máquina y de fijaciones de la pieza.

- Características de las herramientas disponibles: largo,

diametro, forma, cantidad de filos, material.

CONDICIONES TECNOLOGICAS

- Descomponer la geometría a mecanizar en tramos

correspondientes a las trayectorias que las herramientas

pueden seguir. En general sólo son lineales y circulares,

sobre superficies planas o de revolución. Este estudio

geométrico implica la definición de las cotas de los puntos

inicio y final de cada tramo, así como el centro en las

circulares.

CONDICIONES GEOMETRICAS

PiezaMáquina

Herramienta

Trayectorias lineales y circulares

Coordenadas de punto inicio,punto fin y centro


PROCESO DE PROGRAMACION


SISTEMA DE COORDENADAS ABSOLUTAS


SISTEMA DE COORDENADAS RELATIVAS


EJEMPLO DE COORDENADAS


ORIGEN DEL SISTEMA DE COORDENADAS

Xp0 , Yp0X- X+

Y+

Y-

Xm0 , Ym0X- X+

Y+

Y-

“Cero” máquina

“Cero” pieza


PLANOS DE TRABAJO


Z0

Z+

Z-

Plano de aproximación

Plano de Seguridad

Movimientos Rápidos

Movimientos de Avance

PLANOS AUXILIARES

Movimientos de mecanizado


ESTRUCTURA DE UN BLOQUE



Números de Secuencia

El Número de Secuencia, también llamado código N, es el número de

identificación del bloque (línea) en un programa CNC, normalmente tiene un

rango N1 hasta N9999. Muchos CNC no requieren el uso de códigos N lo

cual ayuda a liberar memoria. Sus principales beneficios son el que

permiten la búsqueda fácil en programas largos y la capacidad de volver a

hacer partir un programa en casi cualquier número de línea. Usualmente el

programador saltará N números entre bloques para dejar espacio para

insertar posteriormente bloques olvidados o adicionales. Por ejemplo N5,

N10, N15, etc.

Funciones Preparatorias

Las Funciones Preparatorias son los códigos G. Los Códigos G son

indicados por la letra G y un número de 2 dígitos. Estos códigos son las

funciones más importantes en programación CNC debido a que dirigen el

sistema CNC para el procesamiento de los datos de coordenadas en una

manera particular. Algunos ejemplos son: transversal rápido, interpolación

circular, interpolación lineal, y taladrado. Los códigos son algo casi

estandarizado en la industria.



Coordenadas del punto fin

A continuación de un código G es necesario indicar las coordenadas del

punto fin del movimiento. Esta parte del bloque tienen la siguiente

estructura:

Velocidad de avance - es el valor numérico al cual la herramienta recorrerá una pieza de trabajo. Es usualmente expresado en MMPM (milimetros por minuto)

Velocidad del Husillo - es la velocidad rotacional del eje y de la herramienta. Este valor se expresa normalmente en RPM (revoluciones por minuto).



Herramienta

El código T identifica a la herramienta que se vaya a emplear. En el caso de

las máquinas con cuenten con cambio automatico de herramientas, acciona

los movimientos necesarios para dejar la herramienta en uso y tomar la

nueva. La forma de escribirlo es T01 o T1.

Funciones miscelaneas.

El código M se usa para funciones misceláneas tales como el control del

líquido enfriador, conexión y dirección del mandril, rebobinado, y fin del

programa. Los códigos M van desde M00 a M99. Son asignados por el

constructor de la máquina, pero existe alguna estandarización.


Códigos M comúnmente usados

M00 – Parada de programa

M02 – Fin del Programa.

M03 – Comienzo de la rotación del husillo en el sentido horario

M04 - Comienzo de la rotación del husillo en sentido antihorario

M05 – Detención de la rotacion del husillo

M06 – Cambio de herramienta

M08 – Activar sistema refrigerante

M09 – Detener sistema refrigerante

M30 – Detención de la rotación el husillo, fin del programa


G00 Posicionamiento rápidoSon los desplazamientos en el plano de seguridad a la velocidad máxima de la máquina, seteada por parámetro interno.

En algunas máquinas no es posible la interpolacion en dos ejes, el movimiento se realiza en el siguiente orden, Z – X –

Y.

Por motivos de seguridad conviene programar la entrada y salida en Z de la herramienta en bloque independiente de

los movimientos laterales.

N10 G00 X0 Y0 Z5N20 G00 X150 Y100 Z5

N20


G01 Interpolación linealEl código de Interpolación Lineal es un movimiento de mecanizado mediante el movimiento de los ejes en direcciones rectas a lo largo o a través del material. Para el corte se deben especificar la velocidad del husillo y la velocidad de avance. La interpolacion puede ser en un plano o en el espacio

N10 G00 X0. Y0. Z5.

N20 G00 X10. Y15. Z5.

N30 G00 X10. Y15. Z1.

N40 G01 X10. Y15 Z-2. F50.

N50 G01 X90. Y15. Z-2. F200.

N10 G00 X0. Y0. Z5.

N20 X10. Y15.

N30 Z1.

N40 G01 Z-2. F50.

N50 X90. F200.(SIN funciones modales) (CON funciones modales)

N20

N50

N20

N20 N30

N40

N50

Plano de seguridad= 5Plano de aproximación= 1

Profundidad de corte= 2


El código de Interpolación Circular es un movimiento de mecanizado mediante el movimiento de los ejes en direcciones circulares a lo largo o a través del material. Para el corte se deben especificar la velocidad del husillo y la velocidad de avance, el punto final y el centro del arco en coordenadas relativas al punto de inicio o el radio. La interpolacion sólo puede ser en un plano.

N10 G00 X0. Y0. Z5.

N20 G00 X40. Y10. Z5.

N30 G00 X40. Y10. Z1.

N40 G01 X40. Y10. Z-2. F50.

N50 G02 X40. Y50. Z-2. F200.(SIN funciones modales, empleando R) (CON funciones modales, empleando R)

G02 Interpolación circular en sentido horario

N10 G00 X0. Y0. Z5.

N20 X40. Y10.

N30 Z1.

N40 G01 X40. Y10. Z-2. F50.

N50 G02 X40. Y50. Z-2. F200.

N50

N20N30

N40



10


N10 G00 X0. Y0. Z5.

N20 G00 X40. Y5. Z5.

N30 G00 X40. Y5. Z1.

N40 G01 X40. Y5. Z-2. F50.

N50 G03 X70. Y21.28 I-5. J45. Z-2. F200.(SIN funciones modales, empleando I,J) (CON funciones modales, empleando I.J)

G03 Interpolación circular en sentido antihorario

N10 G00 X0. Y0. Z5.

N20 X40. Y5.

N30 Z1.

N40 G01 X40. Y5. Z-2. F50.

N50 G03 X70. Y21.28 I-5. J45. Z-2. F200.

5

N50

N20N30

N40



70

21.28


Otras funciones G


Otras funciones G


Otras funciones G


Otras funciones G


Otras funciones GSistemas de Representacion Digital III - Máquinas-herramienta CNC y Programación manual de CN

Otras funciones G


Otras funciones G


Otras funciones G


Otras funciones G


Otras funciones G


Otras funciones G


Otras funciones G








Ejemplo de programación




%

N10 T01 M06

N20 S1500. M03

N30 G54 G00 X0. Y0. Z20.

N40 G00 X10. Y10.

N50 G00 Z2.

N60 G01 Z-2. F50.

N70 G01 Y40. F200.

N80 X37.5 Y67.5

N90 G03 Y112.5 I-22.5 J22.5

N100 G01 X10. Y140.

N110 Y150.

N120 X90.

N130 G02 X140. Y100. I0. J-50.

N140 X105. Y65. I-35. J0.

N150 G03 X100. Y46.34 I0. J-10.

N160 G01 X130 Y29.02

N170 Y10.

N180 X10.

N190 G00 Z20.

N200 X50. Y135.

N210 Z2.

N220 G01 Z-2. F50.

N230 X90. F200.

N240 G02 X125. Y100. I0. J-35.

N250 G00 Z20.

N260 X0. Y0.

N260 M30

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