Transcript of Curso básico de cnc
- 1. J.F.T. 1 CURSO BSICO DE: MQUINAS HERRAMIENTAS CON CONTROL
NUMRICO (Programacin de CNC) Autor: Ing. Juan Franco Terlevich Ao
2011
- 2. J.F.T. 2 CURSO BSICO DE: MQUINAS HERRAMIENTAS CON CONTROL
NUMRICO. Tema I: Componentes de las MHCN Introduccin En este tema
se revisan los dispositivos capaces de controlar los movimientos de
una mquina herramienta para llevar a cabo el conjunto de
instrucciones asociadas a un programa CN, las herramientas de estas
mquinas, las funciones programables con CN y los componentes de un
sistema CN. Un operador experto en MHCN debe conocer sus
prestaciones y los lmites dentro de los que opera. No es suficiente
con amarrar la pieza y manipular el armario de control. Para
obtener los resultados ptimos en programacin CN se debe de
planificar toda la secuencia de operaciones anticipadamente. Los
sistemas de una MHCN, tal y como se vern, son: ejes de
desplazamiento transmisiones dispositivos para la medida de la
posicin o desplazamientos. husillo principal o cabezal. sistemas
para el sujecin de la pieza. cambiadores de herramientas. ejes de
rotacin y desplazamiento complementarios. La descripcin de los
dispositivos se aplica al torno y a la fresadora, al ser estas dos
mquinas las de mayor difusin en las empresas de mecanizado. Fig.01:
Torno y fresadora CN Ejes principales Informacin preliminar: En la
descripcin de las MHCN se utiliza siempre el concepto de "eje":
direcciones de los desplazamientos principales de las partes mviles
de la mquina como la mesa porta piezas, cabezal, torreta.
- 3. J.F.T. 3 Fig. 02. Desplazamientos-eje de una fresadora
Consideraciones: Las MHCN estn provistas de un nmero de ejes
principales caracterstico que hace factibles los trabajos de
mecanizado sobre la pieza. Estos ejes se designan convencionalmente
como X, Y y Z. Los tornos disponen de dos ejes principales,
mientras que las fresadoras estn dotadas de tres. En los tornos los
ejes X y Z se asocian al desplazamiento del carro principal sobre
el que se desliza ortogonalmente el portaherramientas (como por
ejemplo un torreta o revolver). Mediante la combinacin de ambos
movimientos se pueden describir trayectorias oblicuas. Fig. 03.
Ejes principales de un torno horizontal Las fresadoras disponen de
tres ejes X, Y y Z. Dos de ellos se asocian al movimiento en un
plano horizontal de la mesa de trabajo, mientras que el tercero es
el desplazamiento vertical del cabezal de la mquina. Si la
fresadora dispone de una mesa fija, es el cabezal el que ejecuta
los tres desplazamientos. En trabajos de mecanizado de formas
complejas se requieren MHCN dotadas de ms ejes de
desplazamiento.
- 4. J.F.T. 4 Fig. 04. Ejes principales de una fresadora vertical
torno Informacin adicional: La designacin y descripcin de los ejes
de cada tipo de MHCN se encuentra normalizada. La disposicin de los
carros mviles en las MHCN puede ser muy sofisticada, dando origen a
una gran variedad de diseos / modelos tanto en fresadoras como
tornos. Los fabricantes de MHCN determinan dichas disposiciones en
funcin de los requerimientos en cuanto a capacidad de carga y
precisin de posicionado. Esta disposicin viene condicionada por: La
forma de la trayectoria a recorrer. Las propiedades de las
superficies de contacto. Las exigencias de apriete o sellado.
Sistemas de transmisin Informacin preliminar: Los recorridos de la
herramienta en el seno de la pieza se originan por la accin
combinada de los desplazamientos en cada uno de sus ejes
principales. Fig.05: Generacin de una trayectoria de
herramienta
- 5. J.F.T. 5 Consideraciones: Los sistemas de transmisin
producen traslaciones rectilneas en los ejes principales a partir
del giro bsico generado por el grupo del motor-reductor. El corazn
del movimiento de las MHCN es la transmisin por recirculacin de
bolas. Consiste en un sinfn acanalado y un acoplamiento al que se
fija el conjunto mecnico a desplazar. Cuando el grupo del motor
gira, su rotacin se transmite al sinfn y el cuerpo del acoplamiento
se traslada longitudinalmente a travs de este arrastrando consigo a
la mesa de trabajo en el sentido oportuno. Fig.06: Sistema de
transmisin de la mesa de trabajo El accionamiento contiene un
conjunto de bolas en recirculacin que garantizan la transmisin de
esfuerzos del sinfn a la mesa con unas prdidas por friccin mnimas.
Las dos partes de su cuerpo estn ajustadas con una precarga para
reducir al mnimo el juego transversal entre ellas con lo que se
mejora la exactitud y repetibilidad de los desplazamientos. Para
disminuir los daos del mecanismo de transmisin frente a colisiones
transversales o sobrecargas, el grupo motriz incorpora un embrague
en su conexin con el sinfn. Este dispositivo desacopla la
transmisin cuando el conjunto de la mesa choca contra algn
obstculo. Fig.07: Acoplamiento por accionamiento de bolas
recirculantes Informacin adicional: Para generar los movimientos de
cada eje se usan habitualmente motores elctricos de corriente
continua controlados mediante seales electrnicas de salida y
entrada. Estos actuadores pueden girar y acelerarse en ambos
sentidos.
- 6. J.F.T. 6 Los desplazamientos longitudinales de los ejes no
deben ser afectados, en la medida de lo posible, por los esfuerzos
y acciones exteriores (por ejemplo las fuerzas de corte). Por esta
razn es esencial que los sistemas de transmisin y gua garanticen la
rigidez mecnica. Adicionalmente la transmisin debe producir
movimientos suaves y estables y ser capaz de reaccionar rpidamente
en las aceleraciones y deceleraciones. La sobrecarga de los motores
puede presentarse por: herramienta inadecuada restricciones anmalas
en el movimiento fuerzas de inercia excesivas durante el frenado o
aceleracin. En las MHCN ms simples con prestaciones basadas en la
precisin del mecanizado se utilizan los motores paso a paso como
actuadores primarios. Con motores de este tipo, el giro se
subdivide en incrementos fijos que son controlados mediante un
nmero de pulsos dado. Sin embargo cuando se desean trabajos pesados
de mecanizado con pares resistentes elevados durante el frenado o
aceleracin, su fiabilidad y prestaciones disminuye. El uso de
motores de este tipo est restringido a pares resistentes bajos.
Medida de los desplazamientos Informacin preliminar: Las posiciones
de los elementos mviles de las MHCN se pueden medir mediante dos
sistemas: directo e indirecto. El sistema directo utiliza una
escala de medida ubicada en la gua de la mesa de la mquina. Las
imprecisiones en el giro del sinfn o en su acoplamiento no afectan
a este mtodo de medida. Un resolver ptico determina la posicin por
conteo directo en la rejilla o regleta graduada y transforma esta
informacin a seales elctricas para su proceso por la UC. Fig.08:
Sistema directo para la medicin de una posicin En el sistema
indirecto la posicin de la mesa se calcula por la rotacin en el
sinfn. Un revolver registra el movimiento de un disco graduado
solidario con el sinfn. La UC calcula la posicin del mediante el
nmero de pasos o pulsos generados durante el desplazamiento.
- 7. J.F.T. 7 Fig.09: Sistema indirecto para la medicin de una
posicin Para conocer las posicin exacta de cualquier elemento mvil
de una MHCN a lo largo de un eje de desplazamiento se emplean un
conjunto de dispositivos electrnicos y unos mtodos de clculo. Estos
elementos constan ,bsicamente, de una escala graduada (similar a un
escalmetro) y el resolver capaz de "leer" dicha escala. Atendiendo
a al mtodo de lectura y forma de la escala se distingue entre:
medicin de posiciones absolutas. medida de posiciones por
incrementos La utilizacin del adjetivo "absoluto" para la medicin
de los desplazamientos supone que las posiciones estimadas son
independientes del estado puntual de la mquina o de su control al
estar referidas a un punto invariante conocido como "origen
absoluto" o "cero mquina". El trmino "incremental" (incremento =
desplazamiento pequeo de longitud fija) se emplea para designar los
movimientos relativos a algn punto significativo distinto del
origen absoluto y que, adems, puede variar. Durante el movimiento
la UC lleva a cabo un conteo del nmero de incrementos (divisiones)
en las que la nueva posicin difiere de la anterior.
Consideraciones: La medicin de posiciones absolutas emplea un
sistema de escalas codificadas y ordenadas por mltiplos similares a
un escalmetro. Para conocer la posicin actual del desplazamiento se
hace siempre referencia al cero mquina (origen absoluto) que es un
punto fsico, conocido e invariante de la MHCN. Es imprescindible
que la lectura pueda llevarse a cabo en todo el rango de
desplazamiento del eje en cuestin. A cada posicin definida dentro
de ese rango la UC le asigna un valor numrico. La escala se
codifica generalmente en sistema binario.
- 8. J.F.T. 8 Fig.10: Medida de la posicin absoluta La medicin de
posiciones por incrementos emplea una escala con un sistema de
divisin simple. La rejilla esta dividida en sectores blanco / negro
sobre los que pasa el resolver durante el movimiento. Este cuenta
el nmero de sectores blanco / negro obteniendo el valor del
desplazamiento por diferencia respecto a su posicin previa. Para
garantizar que la medida se realiza correctamente, inmediatamente
despus de inicializarse la UC se debe de medir la posicin inicial
respecto al cero mquina. A esta posicin de inicio se le conoce como
"punto de referencia". Tan pronto como la mquina a asignado el
punto de referencia el resolver comienza a suministrar posiciones
relativas al ltimo punto mediante lectura / conteo de la escala.
Fig.11: Medida de la posicin por incrementos o incremental El
husillo principal Consideraciones: El husillo principal ejecuta: el
movimiento rotativo de la pieza en los tornos. La rotacin de
herramienta en las fresadoras y taladradoras. El husillo puede
accionarse por: motores de corriente alterna de tres fases. motores
corriente continua.
- 9. J.F.T. 9 En el primer caso la regulacin de la velocidad de
giro se lleva a cabo mediante un reductor de engranajes.
Dependiendo del diseo y complejidad de este reductor se consigue un
rango ms 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 tacmetro.
Todo ello permite al programador establecer la velocidad de giro de
forma casi arbitraria, dentro del rango y capacidad del motor. Los
motores de corriente continua incorporan frecuentemente reductores
en la transmisin de dos o cuatro salidas para la obtencin de los
pares ms favorables en las diferentes operaciones de mecanizado. En
los tornos el husillo se conecta directamente a un adaptador o
nariz que lo hace solidario con el plato de garras que sujeta la
pieza de trabajo. En las fresadoras este adaptador contiene el
sistema de colocacin de las fresas o herramientas. Atendiendo a las
diferentes posibilidades de amarre y a las innumerables
configuraciones de herramientas existentes en el mercado, los
adaptadores del husillo siguen unas pautas de diseo normalizadas
que capaciten su conexin a mltiples dispositivos. Fig.12: Husillo
principal de un torno Fig.13: Cabezal de una fresadora
- 10. J.F.T. 10 Informacin adicional: Las fresadoras universales
as como las taladradoras y mandrinadoras disponen frecuentemente de
dos husillos principales en disposicin horizontal o vertical que
pueden ser empleados de forma opcional y alternativa. Fig.14:
Disposicin del husillo vertical Fig.15: Disposicin del husillo
horizontal Sistemas de sujecin Informacin preliminar: Existen
diferentes mecanismos para amarrar la pieza en los tornos CN:
Platos universales de dos, tres o cuatro garras autocentrables.
Platos frontales para la colocacin de sargentos para agarre de
formas irregulares. Mandriles autocentrables. Pinzas para la
sujecin de piezas cilndricas pequeas. Puntos y contrapuntos con
arrastre para piezas esbeltas. Lunetas para apoyo intermedio.
Conos.
- 11. J.F.T. 11 En fresado se emplean las siguientes formas de
sujecin: 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 rpido. Placas angulares
de apoyo. Palancas de apriete. Mordazas mecnicas autocentrables
Platos o mesas magnticas. Mesas y dispositivos modulares de uso
universal. Apoyos de diseo especfico o especial. Consideraciones:
Los dispositivos de sujecin permiten asegurar la pieza a la mesa de
trabajo (fresado) o al cabezal (torneado) El nmero de funciones
controlables que estn relacionadas con estos sistemas depende de la
forma de alimentacin de piezas (manual o automtica) y de la
complejidad del sistema de amarre. En los tornos el plato de garras
se puede abrir y cerrar mediante instrucciones programadas de CN.
Tambin se puede establecer por programa la presin de cierre de las
garras. La eleccin de la fuerza de apriete depende generalmente de
la velocidad de giro del cabezal; velocidades elevadas demandan las
presiones mayores al aumentar la accin de la fuerza centrifuga.
Como es habitual que las MHCN trabajen a velocidades de giro
(corte) elevadas y esto podra suponer presiones que daasen la
pieza, estas incorporan mecanismos de compensacin de las fuerzas
centrifugas. El diseo de las mismas se basa de mantener una presin
estable del accionamiento de cierre hidrulico a velocidades de giro
elevadas.
- 12. J.F.T. 12 Fig.16: Fijacin de una pieza en un plato de
mordazas En fresado las presiones de apriete no resultan tan
crticas. El aspecto ms crtico en la sujecin en estas mquinas es la
rapidez de montaje / desmontaje y la precisin en el posicionado de
la pieza en la mesa de trabajo. El sistema de amarre debe permitir
una fcil carga / descarga de la pieza de trabajo y garantizar la
repetibilidad en la colocacin estable y precisa de la misma en el
seno de la MHCN. Compatibilizar todo ello puede resultar costoso en
tiempo y dinero. Los sistemas de sujecin especficos mediante
componentes normalizados y modulares se utilizan frecuentemente.
Estos dispositivos deben permitir el mecanizado completo sin
operaciones de montaje/desmontaje. Fig.17: Mesa de fresadora con
tornillos de apriete Informacin adicional: El mecanizado de piezas
esbeltas con torno puede demandar el uso de un elemento de apoyo en
el extremo libre de la pieza conocido como contrapunto. Este
elemento incorpora dos funciones adicionales en la programacin CN:
Posicionar contrapunto Aproximar o retirar contrapunto En unin al
contrapunto, la estabilizacin de la pieza de trabajo puede requerir
la presencia de la luneta de apoyo lateral. Este mecanismo
incorpora las siguientes funciones: Abrir luneta. Cerrar luneta.
Posicionado transversal. Aproximacin / retirada.
- 13. J.F.T. 13 Fig.18: Elementos de apoyo auxiliar en torneado
En numerosas ocasiones es conveniente equipar las fresadoras con un
sistema dual de mesas de trabajo que permite realizar operaciones
de transporte y amarre de piezas fuera de mquina. La colocacin de
la mesa en la posicin de trabajo puede realizarse con funciones CN
especficas, as como las paradas y comienzo de los bloques de
mecanizado propiamente dichos. Fig.19: Mesas transportables de una
fresadora Cambiadores de herramienta Consideraciones: Mecanizar
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 automtica
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 prctica con fresadoras y
taladradoras dotadas de cabezales con adaptadores portaherramientas
de acceso rpido y sencillo. Los tornos CN y centros de mecanizado
de gran produccin utilizan cambiadores automticos de herramientas
que pueden albergar un nmero variable de tiles dependiendo de su
diseo. 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 programacin CN caracterizndose por un giro de la
torreta hasta que coloca en la posicin de trabajo aquella que se le
solicita.
- 14. J.F.T. 14 Fig.20: Torreta de herramientas de un torno En el
caso de los carruseles (almacenes) de herramientas, para cambiar la
herramienta se emplea un manipulador o garra adicional. La UC de la
mquina interrumpe el mecanizado para que el manipulador extraiga
del carrusel, que ha girado hasta colocar al til deseado en la
posicin de cambio, la nueva herramienta. Simultneamente 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 (estacin) dejado por la primera en el almacn. La
operacin solo dura segundos. Fig.21: Carrusel de herramientas de
una fresadora Informacin adicional: Los cambiadores de herramientas
incorporan frecuentemente el "posicionado lgico", que se basa en
realizar giro de la torreta o el carrusel en el sentido que permite
ubicar el til deseado de forma ms rpida desde la posicin actual.
Fig.22: Torreta de sentido de giro fijo
- 15. J.F.T. 15 Fig.23: Torreta con giro lgico Ejes
complementarios Consideraciones: Algunas MHCN disponen de mesas
giratorias y/o cabezales para cabezales orientables. En ellas la
pieza puede ser mecanizada por diferentes planos y ngulos de
aproximacin. Los ejes sobre los que giran estas mesas y cabezales
se controlan de forma independiente y se conocen con el nombre de
ejes complementarios de rotacin. Su velocidad se regula tambin de
forma autnoma. Los ejes complementarios de rotacin se designan en
la programacin CN como A, B, C. Debido a las exigencias impuestas
por la complejidad de ciertas piezas otras MHCN estn dotadas de ms
de tres ejes de desplazamiento principal. Los centros de mecanizado
presentan usualmente en adicin a los tres principales, un cuarto
eje para la orientacin del cabezal, un quinto para el giro de la
mesa y hasta un sexto (W) de aproximacin de la herramienta. La
trayectoria de la herramienta se define mediante la composicin de
los desplazamientos en X, Y y Z. En muchos casos el eje W slo opera
cuando el resto de los ejes permanecen fijos y se usa para trabajos
menores de taladrado en cualquier direccin. Los ejes
complementarios de desplazamiento se designan en la programacin CN
como U, V, W. Fig.24: Mesa giratoria y cabezal basculante
- 16. J.F.T. 16 Fig.25: Centro de mecanizado de 6 ejes Informacin
adicional: Tornos con ms de dos ejes de desplazamiento pueden
considerarse a aquellos que incorporan una segunda torreta
portaherramientas. Este sistema se emplea en fabricacin de piezas
voluminosas a fin de elevar la productividad mediante el mecanizado
simultneo con dos herramientas. Las dos torretas pueden controlarse
de forma independiente recibiendo los ejes la designacin Z y X
(desplazamientos de la torreta principal) y W y U (adicional). Los
ejes de rotacin complementarios en torneado se emplean para
orientar el plato segn un ngulo deseado de forma coaxial respecto
del eje de rotacin principal del cabezal. En este giro adicional la
velocidad es fija y solo afecta al posicionado de la pieza. Tambin
existe la posibilidad de paradas del plato segn ngulos establecidos
controlando el husillo principal. Fig. 26: Torno doble torreta y
eje C Fig.27: Torno vertical de 4ejes
- 17. J.F.T. 17 Herramientas en MHCN Una herramienta completa de
MHCN presenta generalmente las siguientes partes: acoplamiento
portaherramientas (cuerpo, mango o portaplaquita) 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). Fig.28: Herramienta completa de fresado Fig.29:
Herramienta completa para torno La morfologa 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:
- 18. J.F.T. 18 Los portaplaquitas generalmente se fijan al
acoplamiento mediante sujeciones de montaje rpido: roscas, bridas
de apriete, pasadores, sistemas de insercin tipo "snap". En algunas
ocasiones el portaplaquita y el acoplamiento pueden constituir una
nica pieza. Las puntas de las herramientas pueden estar unidas al
mango permanentemente (soldadas). Sin embargo es ms 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. Fig.30: Sistema de plaquitas
intercambiables Acoplamientos Consideraciones: Debido a la gran
variedad que existe de herramientas de mecanizado para MHCN los
acoplamientos para herramientas, ya sea para su conexin a cabezales
o a torretas, siguen ciertos estndares de diseo. Las dimensiones
del acoplamiento deben coincidir de forma exacta con las del hueco
(en el extremo del cabezal o en la torreta) garantizando rigidez,
precisin de posicionado y fcil extraccin. En herramientas para
fresadoras, y en general para todas las rotativas, se utilizan
acoplamientos cnicos estndar (ISO). Este mtodo garantiza la rapidez
en el cambio y el auto centrado entre el eje del husillo principal
y la herramienta. En torneado los acoplamientos estn conformados
por bloques roscados estndar con conexin por "snap" u otro sistema
al portaherramientas. Este diseo proporciona a la herramienta un
plano de apoyo respecto de la torreta muy estable. Fig.31:
Acoplamiento para fresadoras Fig.32: Acoplamientos para tornos
- 19. J.F.T. 19 Informacin adicional: Las elevadas velocidades de
corte que se recomiendan en el aprovechamiento ptimo de las MHCN
hacen necesaria la intervencin de refrigerantes que, adems, mejoran
la lubricacin y remocin de la viruta. Para la refrigeracin precisa
de pieza y herramienta en la zona de contacto se emplean
convencionalmente tuberas flexibles o manguitos que orientan la
aspersin hacia la zona deseada. Fig.33: Tuberas flexibles para
refrigeracin Muchas MHCN permiten la refrigeracin directa del
mecanizado a travs de canales que incorpora el cuerpo de la
herramienta. Este sistema permite una refrigeracin ptima de las
zonas de corte. Debido a la proyeccin de las virutas y a las
salpicaduras que conlleva el uso de refrigerantes es muy comn que
las MHCN dispongan de paneles de proteccin o carenados que aslen la
zona de trabajo. Fig.34: Salida de refrigerante por herramienta
Dimensiones bsicas Informacin preliminar: Las distintas longitudes
de montaje que presentan las herramientas al ser fijadas a la
torreta (o al cabezal) supone que, si se desea mantener una
trayectoria de trabajo dada con herramientas distintas, aquel
elemento debe desplazase verticalmente, en funcin de cada
herramienta, para corregir dicha diferencia. Fig.35: Movimiento de
la torreta en funcin de la longitud de montaje de la
herramienta
- 20. J.F.T. 20 Consideraciones: Para garantizar la precisin
dimensional en el mecanizado de una pieza con una MHCN su UC debe
tener nocin exacta de las dimensiones de cada herramienta empleada.
Las dimensiones bsicas de una fresa son la longitud (L) y el radio
de corte (R). En herramientas de torno dichos parmetros son la
longitud (L) y el decalaje transversal (Q). Las dimensiones bsicas
de la herramienta quedan referidas respecto del punto de montaje
del acoplamiento con el hueco correspondiente del cabezal (o
torreta) de la MHCN. Fig.36: Dimensiones bsicas de una fresa
Fig.37: Dimensiones bsicas de una herramienta de torno El
establecimiento de las dimensiones bsicas (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. Despus se lleva a cabo una
operacin de mecanizado sencilla que es verificada dimensionalmente.
Las desviaciones en las dimensiones de la operacin real sobre las
tericas se pueden calcular e incorporar seguidamente, como datos
para el reglaje correcto de til. Mediante un equipo de prereglaje
(externo o incorporado a la MHCN): Estos dispositivos verifican
dimensionalmente las herramientas calculando directamente sus
dimensiones bsicas respecto del punto de montaje. Los sistemas
externos de prereglaje de herramientas utilizan un sistema de
montaje y fijacin idntico al existente en la MHCN. Las dimensiones
se calculan por procedimientos pticos o mecnicos. Los datos se
incorporan dentro de un sistema informtico al que puede conectarse
la UC a travs de una pastilla electrnica de datos o mediante
comunicacin por cable. Cuando el prereglaje ptico se verifica en la
MHCN la herramienta se ubica en su estacin de trabajo. Se debe
posicionar el cabezal (o torreta) en un punto tal que permita la
visin correcta del til por el sistema de medida pasando la
informacin dimensional directamente a la UC que gobierna toda la
instalacin.
- 21. J.F.T. 21 Informacin adicional: Para determinar las
dimensiones bsicas 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. La asignacin 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
continuacin se debern 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 automtica las trayectorias de
cada herramienta con esas diferencias, describiendo un recorrido
nico sobre la pieza ajustado a la altura de referencia o "cero".
Fig.38: Diferencia de longitud de varias herramientas respecto a la
referencia o "cero" Funciones programables CN
- 22. J.F.T. 22 En los siguientes apartados se revisan las
principales caractersticas de las unidades de control numrico y sus
prestaciones potenciales. Actualmente las MHCN emplean como mtodo
de trabajo la modalidad CNC exclusivamente. Sin embargo, existen en
el entorno de la mquina herramienta referencias continuas al la
"tecnologa CN". Es importante conocer los escalones de dicha
tecnologa y distinguir entre los trminos CN y CNC. Sistemas CN
bsicos: En las primeras mquinas-herramienta dotadas de unidades de
control numrico el programa se confeccionaba externamente y deba
ser transferido a la MHCN mediante algn tipo de soporte fsico
(disquete, casete o cinta perforada). Estos programas CN podan ser
puestos en marcha o detenidos a pie de mquina, pero no podan
modificarse (editarse). Las correcciones geomtricas debidas a las
dimensiones de las herramientas y de los dispositivos de sujecin
tenan que preverse anticipadamente en la programacin y ser
gestionadas de manera exhaustiva. El operador montaba las
herramientas y los amarres pieza en acuerdo estricto con aquellas
consideraciones, utilizando generalmente hojas de proceso o de
datos de utillaje. Sistemas CNC: (controlados numricamente por
ordenador) Presentan un ordenador como UC que permite al operador
comenzar (o terminar) el programa y adems realizar modificaciones
(editar) sobre el mismo a pie de mquina manipulando los datos con
perifricos de entrada y salida. Las dimensiones de herramientas y
utillajes se definen durante el reglaje o inicializacin de las
mismas, de forma independiente al programa. Estos datos se
incorporan automticamente a la programacin durante la ejecucin para
que sean llevadas a cabo las correcciones pertinentes. Por esta
razn el operador puede editar los programas con menos informacin de
partida, limitndose a seleccionar las herramientas o utillajes en
esa fase. No existen diferencias entre CN y CNC con relacin a:
Lenguaje de programacin Tecnologa de la mquina-herramienta Fig.39:
Esquema de un sistema CN
- 23. J.F.T. 23 Fig.40: Esquema de un sistema CNC Tipos de
control Informacin preliminar: Los conceptos de interpolacin lineal
y circular estn relacionados con los desplazamientos de los ejes
bsicos de las MHCN. Interpolacin lineal: En este tipo de
trayectoria el sistema CNC calcula un conjunto de posiciones
intermedias a lo largo de un segmento recto definido entre dos
puntos dados. Durante el desplazamiento de una posicin intermedia a
otra, los movimientos en cada uno de los ejes afectados se corrigen
continuamente de tal manera que la trayectoria no se desva de la
recta prefijada ms all de la tolerancia permitida. Interpolacin
circular: El sistema CNC calcula un conjunto de posiciones
intermedias a lo largo del segmento circular definido entre dos
puntos dados. Durante el desplazamiento de una posicin intermedia a
otra, los movimientos en cada uno de los ejes afectados se corrigen
continuamente de tal manera que la trayectoria no se desva del la
circunferencia prefijada ms all de la tolerancia permitida. En
general, el concepto interpolacin tiene relacin con el clculo de
puntos de acuerdo a un recorrido dado. Consideraciones: De acuerdo
al tipo de control los sistemas CNC se subdividen en tres categoras
en nivel creciente de prestaciones: Punto a punto, paraxial y
continuo. El control punto a punto permite el posicionado de la
herramienta de acuerdo a puntos programados mediante movimientos
simples en cada eje en vaco. Esto supone el que no se pueda
controlar la trayectoria de la herramienta en trabajo. Dependiendo
del tipo de control los motores de cada eje actan separada o
conjuntamente hasta que se alcanza la posicin deseada. El control
punto a punto se usa habitualmente en taladradoras o en sistemas de
soldadura por puntos. Fig.41: Control punto a punto
- 24. J.F.T. 24 El control paraxial permite, adicionalmente a los
desplazamientos rpidos en vaco, el avance de la herramienta en
carga, segn trayectorias paralelas a los ejes bsicos de la MHCN. En
dichas trayectorias slo acta un nico motor (el que ejecuta el
desplazamiento en ese eje) controlndose la distancia a recorrer y
la velocidad del avance. Este tipo de control se emplea en
cepilladoras CN y fresas o tornos sencillos. Fig.42: Control
paraxial El control continuo permite: Los desplazamientos rpidos de
la herramienta en vaco. Avances en carga paralelos a los ejes
bsicos. Avances en carga hasta cualquier punto arbitrario de la
pieza utilizando interpolaciones rectas o circulares. Fig.43:
Control continuo Existen diferentes niveles de complejidad en los
controles continuos en relacin a la capacidad de actuar con varios
ejes para poder obtener trayectorias de herramientas por
interpolacin ms o menos complejas. En este contexto conviene
distinguir los planos afectados por la interpolacin. As se habla de
contorneo 2D, 2D y 1/2, y 3D. Las prestaciones de una MHCN no se
miden por el nmero de ejes sino por el nmero de ejes que puede
mover (controlar) de forma simultnea para describir trayectorias.
Un control de tipo continuo puede actual como paraxial o punto a
punto, y un paraxial como punto a punto. Las situaciones inversas
no son viables. Informacin adicional: Un control de contornos 2D
permite llevar a cabo interpolaciones lineales y circulares con la
intervencin de dos ejes bsicos de desplazamiento. El contorno queda
dentro del plano formado
- 25. J.F.T. 25 por ambos ejes. Si la MHCN tiene tres ejes bsicos
pero su capacidad es de contornos es 2D, el tercer eje slo
determina la posicin relativa del plano mencionado. En fresado, el
tercer eje determinara la profundidad o altura y el contorno a
fresar que se definira con los otros dos. Un control de contornos
2D y 1/2 permite la ejecucin de contornos 2D en cualquier plano
definido por dos desplazamientos bsicos quedando el eje ortogonal
solamente hbil para definir profundidades. En las
mquinas-herramienta de tres ejes con CNC se da generalmente este
tipo de situacin, pudindose definir contornos en los tres planos
XY, YZ y ZX. En fresadoras conlleva la posibilidad de realizar
cajeras en cualquiera de los tres planos. Un control de contornos
3D permite interpolar linealmente y circularmente en el espacio
tridimensional. Esto supone que la mquina debe desplazar
simultneamente sus tres ejes para poder definir trayectorias rectas
o circulares en cualquier plano. Control de funciones mquina
Consideraciones: En adicin a las funciones geomtricas para el
control de los desplazamientos los sistemas CNC disponen de otras
para el gobierno de la mquina: funciones mquina. El nmero de estas
y la forma en que se ejecutan dependen, tanto de la propia MHCN,
cmo de las posibilidades de la UC. Las funciones mquina que se
enumeran a continuacin 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.
Activacin del refrigerante a una presin 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 alimentacin o
cambiadores de piezas. Contrapunto Luneta Manipuladores
Transportadores (convoyes). La mayora de las capacidades de las
MHCN se pueden configurar como funciones mquina con el objeto de
automatizar al mximo los procesos de fabricacin. Fig.47: Funciones
mquina
- 26. J.F.T. 26 Componentes de un sistema CN Un sistema CNC est
constituido por numerosos componentes. En los siguientes apartados
se revisan algunos de los conceptos relacionados con el diagrama
adjunto. Fig.48: Componentes de un sistema CNC El corazn de un
sistema CNC es un ordenador que se encarga de realizar todos los
clculos necesarios y de las conexiones lgicas, tendiendo a que el
sistema CNC es el puente de unin entre el operador y la
mquina-herramienta se necesitan dos interfaces (traductores): El
interfaz del operador formado por el panel de control y varios a l
conectados relacionados generalmente con dispositivos de perifricos
almacenamiento (lectoras de cinta perforada, casete, disqueteras,
etc) o impresin de la informacin. El interfaz de control de la
mquina-herramienta que esta subdividido en mltiples conexiones de
control y que afectan los actuadores de ejes, del husillo
principal, etc. hasta llegar al sistema auxiliar de alimentacin de
energa. Los apartados que restan hasta finalizar este tema explican
con mayor detalle las funciones y operativa del ordenador y de los
dos interfaces. El panel de control Consideraciones: El aspecto
externo del panel de control de las MHCN puede variar
considerablemente en funcin del fabricante, no obstante, los
componentes que en l aparecen se pueden agrupar de forma genrica
en:
- 27. J.F.T. 27 Monitor: que incluye una pantalla CRT o un panel
de texto (en desuso) as como un conjunto de diales analgicos o
digitales, chivatos e indicadores. Mandos para el control mquina:
Estos permiten el gobierno manual o directo de la MHCN en
actividades anlogas 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 programacin:
Generalmente se presentan como teclados para la edicin textual de
programas y datos almacenados. Presentan caracteres alfabticos,
nmeros e iconos o smbolos de las funciones que ejecutan. Fig.49:
Panel bsico de un sistema CNC Para garantizar el funcionamiento
correcto de la MHCN y la aceptacin de las instrucciones por el
ordenador, el panel de control presenta un conmutador del modo de
operacin. Los modos de operacin posibles son: programacin (edicin y
gestin) modificacin datos herramienta gobierno manual
funcionamiento automtico La seleccin de los modos se lleva a cabo
mediante un dial rotativo o con una botonera siendo sencillo el
cambio de uno a otro. Cuando un modo esta activado generalmente se
constata por una seal luminosa en el panel o por el un mensaje de
aviso en la pantalla. Informacin adicional: La pantalla de datos y
los indicadores de un sistema CNC pueden desempear las siguientes
funciones: Programacin: Muestran el texto de los programas CN
(actuando como un editor sencillo) y el listado de nombres de
aquellos que estn almacenados en la memoria del ordenador.
Herramientas: Presentan la configuracin (dimensiones y correctores)
de un conjunto de herramientas almacenadas en memoria. En algunos
casos puede aparecer tambin el tiempo de uso remanente (vida
esperada). Datos mquina: Muestran algunos parmetros esenciales
como, la velocidad mxima del cabezal y de los avances.
- 28. J.F.T. 28 Mecanizado: Es habitual presentar de forma
continua las coordenadas de la posicin actual de la herramienta
activa y los datos cinemticos en uso (velocidad de giro y avances)
as como otras variables de status. Funciones auxiliares: Como por
ejemplo la representacin grfica de la pieza y de las operaciones de
mecanizado y herramientas. Operativa funciones mquina
Consideraciones: Los mandos de control mquina inician o detienen
actividades bsicas de la MHCN. En muchas ocasiones se trata de
interruptores ON/OFF asociados a funciones individuales (todo /
nada) como por ejemplo: "activar / cortar refrigerante" o "arrancar
/ parar cabezal". Es habitual que estas funciones aparezcan
representadas mediante un icono inscrito en el botn
correspondiente. Fig.50: Interruptores ON/OF Existen diversos
mandos para desplazar y controlar el avance de los ejes bsicos de
la MHCN de forma directa: Botoneras," joystick" y ruletas / diales.
Se suele incorporar un botn para cada sentido de avance, indicando
la designacin normalizada del eje (con su signo). El joystick
desempea la misma labor que los botones siendo, quizs, ms
ergonmico. La ruletas (o diales analgicos) se emplean en el caso
que el desplazamiento (+ o -) del eje pueda ser referido a un
movimiento rotativo. La ruleta suele estar graduada de forma
simtrica y su sentido de giro (horario o antihorario) produce
efecto anlogo en la rotacin del eje correspondiente. Fig.51:
Botones, joystick y ruleta de avance Para poder modificar los
valores programados de avances y giros muchos paneles incorporan un
dial de variacin porcentual de dichos parmetros.
- 29. J.F.T. 29 Con este sistema se puede modificar el avance o
la velocidad de giro del cabezal durante el mecanizado en curso,
indicando el porcentaje deseado respecto al valor programado (el
100% mantiene el valor programado, mientras que un 50% lo reducira
a la mitad). Los operadores utilizan este mando para reducir los
parmetros cinemticas de la MHCN durante la fabricacin de la primera
pieza del lote y verificar la correcta marcha de las operaciones de
mecanizado. Fig.52: Mando para control porcentual del giro
Informacin adicional: Las funciones mquina comandadas desde el
panel generalmente se identifican por smbolos o iconos. Estos
iconos suelen ser estndar. Fig.53: Ejemplos de los smbolos
descriptivos para mandos de funciones mquina El teclado de
programacin Consideraciones: En la botonera que controla las
funciones de programacin se puede distinguir entre las teclas
empleadas para la trascripcin de los datos de entrada (caracteres)
y aquellas que inician cualquier comando del ordenador (como la
tecla o ). Para la escritura de datos, los paneles de control
incorporan un juego de caracteres reducido compuesto por las letras
(maysculas) con significado en la programacin CN (G, M, F, ...),
nmeros y operadores matemticos elementales (+,-,/ ,.). Con este
juego tipogrfico se puede redactar el texto del programa CN carcter
a carcter.
- 30. J.F.T. 30 Fig.54: Teclado de letras y nmeros Algunos
paneles incorporan teclas con las funciones de programacin ms
importantes o usuales de forma explcita, lo que reduce o abrevia la
escritura del programa. Dichas funciones aparecen designadas de
forma directa con su texto sobre la tecla o con icono que la
describe (tal es el caso de los desplazamientos). Fig.55: Teclas de
funciones abreviadas programacin Las teclas de comandos del
ordenador se emplean para la ejecucin de tareas como la correccin,
almacenamiento, listado y arranque de los programas CN as como para
su emisin hacia los perifricos externos. Se pueden identificar
porque incorporan abreviaciones o smbolos. Fig.56: Teclado de
comandos del ordenador Ejemplo 1: Las letras y nmeros pulsados
aparecen en la pantalla. Tras la edicin del bloque de programacin
(frase) su validacin y memorizacin por el ordenador slo se llevar
acabo pulsando un tecla de confirmacin que puede tener la
abreviacin , , o . Ejemplo 2: Para activar un programa CN y
proceder a su edicin el sistema CNC debe encontrarse en el modo de
programacin. Para llevar acabo este cometido pueden aparecer teclas
con la abreviacin , , ,
- 31. J.F.T. 31 Fig.57: Ejemplos de los smbolos usados como
comandos de programacin Equipo auxiliar externo Informacin
preliminar: Al igual que en cualquier otro ordenador, el lenguaje
bsico de un sistema CNC es un cdigo binario. Esto supone que
cualquier instruccin o letra que pueda introducirse por el teclado
debe traducirse a una determinada combinacin o cadena de bits. Un
bit se relaciona electrnicamente con un el estado de un
interruptor, que puede estar conectado / desconectado (ON/OFF) que
se expresa de forma lgica con "1" o "0" respectivamente. Un
ordenador almacena y gestiona estas conexiones en combinaciones ms
largas, lo que permite una mayor velocidad de proceso. La unidad de
trabajo, generalmente la conforma el octeto o cadena de 8 bits, que
se denomina byte. Las combinaciones posibles de 8 bits (1 byte)
permiten la representacin de 256 caracteres (letras, nmeros y
smbolos de escritura). Esta trascripcin es lo que comnmente se
conoce como cdigo binario. Para dimensionar la capacidad de memoria
de los sistemas CNC se emplean mltiplos del byte con prefijos
numerales griegos como "kilo". Un kilobyte equivale exactamente a
1024 bytes (8192 bits). La cinta perforada adjunta dispone
longitudinalmente de 8 filas (canales) equivalentes a una
combinacin de 1 byte. Los dos estados fsicos relacionados con un
bit, es decir, conectado y desconectado, se identifican en el canal
apropiado de este soporte como "no perforado" y "perforado"
respectivamente. Cada carcter, representado por un byte, aparece en
la cinta como una combinacin de agujeros en columna. Fig.58:
Interpretacin del cdigo binario en una cinta perforadora
- 32. J.F.T. 32 Consideraciones: Los sistemas CNC disponen de una
memoria para el almacenamiento de programas en mquina limitada
(aunque, cmo en todos los equipos informticos, tiende a crecer en
los nuevos modelos). Resulta conveniente, por diversas causas,
disponer de recursos tcnicos capaces de preservar dicha informacin
externamente. Por otro lado nunca se sabe cuando se va a emplear de
nuevo un programa. Repetir su edicin a pie de mquina puede ser
harto tedioso e improductivo. Los mtodos ms habituales para el
almacenamiento externo de informacin son el disquete (en la
actualidad es el nico empleado), la cinta perforada y el casete
(CNC antiguos) El disquete, en cualquiera de sus formatos, es el
mtodo ms comn de almacenar los programas CN, externamente. Es
recomendable para preservar un volumen de informacin grande
disponiendo, adems, de un acceso aleatorio a los programas. La
rigidez y resistencia de los ltimos diseos permite su utilizacin en
las severas condiciones de suciedad del taller. Fig.59:
Dispositivos externos para el almacenamiento y revisin de programas
CN Para llevar a cabo la transmisin a los sistemas de
almacenamiento (a los dispositivos que graban y leen) se utilizan
varios estndares de conexin. Estos estndares analizan por un lado,
la forma de codificar la informacin para su correcta interpretacin
y por otro, a la velocidad y unidades bsicas de transmisin /
recepcin que garanticen la fluidez de la misma. Estos parmetros
establecen un protocolo de comunicaciones. Una de la variables ms
comunes es la velocidad de transmisin que se expresa en Baudios ( 1
Baudio = 1 bit/s).
- 33. J.F.T. 33 Fig.60: Conectores para transmisin de datos
Informacin adicional: Existen dos formas estndar de transcribir
caracteres (letras, nmeros y smbolos especiales) mediante cintas
perforadas que han sido normalizadas por las agencias ISO y EIA
para su uso internacional. Estos dos estndares se apoyan en
combinaciones de columnas de agujeros con un nmero de 8 o 7 canales
(7 para representar el carcter y uno ms de verificacin). La
diferencia entre ambas normas consiste en el nmero de agujeros que
presentan sus combinaciones: en ISO el nmero de agujeros totales es
siempre par y con la norma EIA es siempre impar. Fig.61: Cdigo ISO
de cinta perforada Fig.62: Cdigo EIA de cinta perforada El
microprocesador Informacin preliminar: Los elementos esenciales del
ordenador de un sistema CNC son unos circuitos integrados de
semiconductores a los que comnmente se les conoce como
"chips".
- 34. J.F.T. 34 Su aspecto es el de una diminuta pastilla con un
conjunto, generalmente numeroso, de patillas de conexin. Los chips
ms significativos son el microprocesador (o, simplemente,
procesador) y los mdulos de memoria para datos. Los mdulos de
memoria preservan los datos introducidos por el operador durante la
sesin o desde los dispositivos externos cuando se lleva a cabo una
recepcin. Existen memorias voltiles (la informacin desaparece
cuando se desconecta el sistema) o permanentes (mantienen los datos
entre las sesiones de uso). Tambin hay memorias que solo
suministran informacin y no son modificables/grabables. El
microprocesador manipula todos los datos realizando las operaciones
o clculos requeridos por las instrucciones recibidas, generando
nuevos datos que se procesan para que sean interpretados por el
operador cuando son requeridos. Los procesadores actuales disponen
de gran rapidez, potencia de clculo y flexibilidad para acometer
tareas heterogneas. Fig.63: Microchips tpicos Consideraciones: Los
sistemas CNC incluyen un ordenador que consiste fsicamente en uno o
varios procesadores (CPU) y en circuitos integrados para
almacenamiento de datos (mdulos de memoria). La CPU interviene en
el proceso de los datos del programa (clculos, gestin, memorizacin)
introducidos por el operador que se traducen a seales electrnicas
que gobiernan la MHCN. Los datos del programa estn constituidos por
instrucciones CN y de inicializacin o estado de la mquina y los
utillajes (por ejemplo dimensiones de las herramientas). El proceso
de los datos de programa genera unos resultados que se traducen a
seales o pulsos electrnicos que controlan la mquina-herramienta.
Como dichas seales deben generar las acciones deseadas por el
operador, sus resultados parciales son verificados reiteradamente y
en intervalos de tiempo extremadamente cortos (bucle de comparacin
accin / resultado). Ejemplo: Un programa CN editado y almacenado en
la memoria incluye una instruccin en que una fresa debe desplazarse
mecanizando linealmente una distancia de 100 mm en un eje de la
mesa. Cuando el procesador interpreta esta instruccin calcula
inicialmente el punto de destino, generando una seal de puesta en
marcha del motor que controla el desplazamiento del eje oportuno.
El motor a travs de la transmisin desplaza la mesa una distancia
corta (paso). El sistema de medicin, que enva constantemente
seales, le indica al procesador que la mesa esta en una nueva
posicin (posicin actual).
- 35. J.F.T. 35 El procesador lleva a cabo una comparacin entre
la posicin actual y la de destino, tomando a continuacin dos
posibles decisiones: 1. Detener el motor en el caso de que la
posicin actual sea igual a la de destino. Se proceder a continuacin
a leer la siguiente instruccin del programa CN. 2. Repetir la
operacin en el caso de que no lo sea. Fig.64: Esquema del bucle
comparacin accin / resultado La interfaz de control Informacin
preliminar: Se puede usar un ordenador personal como ncleo de un
sistema CNC para mquinas-herramienta. Las conexiones ms sencillas
slo permiten unas pocas funciones mquina y se centran en las tareas
de edicin de programas CN. En la actualidad, se tiende a que pueda
ser una opcin completa de gobierno que es recomendable cuando la
MHCN debe trabajar de forma coordinada con otras instalaciones
(robots, sistemas de transporte automtico, otras MHCN, etc.). Para
conectar un ordenador personal a una mquina-herramienta se necesita
generalmente una unidad de control que traduce las instrucciones y
clculos del PC a seales que controlan los motores de la mquina.
Esta unidad realiza la labor de interfaz entre la alimentacin de
potencia de la mquina y sus actuadores (motores). Fig.65: Ordenador
personal como sistema CNC Consideraciones: Las funciones que
ejecuta una mquina-herramienta no pueden ser inicializadas de forma
directa por el ordenador de su sistema CNC. Se requiere la
intervencin de un filtro o elemento intermedio que traduzca las
seales que generan y gestionan ambos dispositivos. El nexo de unin
entre la mquina-herramienta y el ordenador del sistema CNC est
constituido por el interfaz de control, que acta sobre el control
de ejes y sobre el sistema de alimentacin auxiliar de
potencia.
- 36. J.F.T. 36 El interfaz de control tiene como cometido la
conversin de las seales provenientes del sistema CNC en otras
propias de los actuadores de la mquina-herramienta, para de esta
forma, ejecutar las acciones o movimientos programados. Fig.66:
Esquema intercambio de seales entre el ordenador y la
mquina-herramienta Ejemplo: Se recibe una seal de arranque del eje
X desde el sistema CNC en un torno. El interfaz de control debe
verificar un conjunto de requisitos previos como: Que el panel de
proteccin de la zona de trabajo de la MHCN est cerrado. El control
manual de eje (volante, si lo hay) est desacoplado. El sistema
hidrulico de transmisin se encuentre activado. Cuando las
condiciones de arranque se cumplen se puede poner en marcha el
motor que gobierna el eje X. Esta accin conlleva simultneamente
otras en la mquina (por ejemplo, se enciende una luz en el panel de
control que indica el arranque). Tambin se activan mecanismos de
seguridad para que no se ejecuten otras funciones mquina
improcedentes (por ejemplo, la presin de cierre del plato de garras
no debe variar). El control de los ejes tiene la misin de
simplificar la interaccin entre el mecanismo de verificacin de la
posicin y los motores de avance con el ordenador del sistema CNC.
Para ello se regulan ciertas actividades de forma independiente y
automtica. Generalmente las seales electrnicas de los sistemas CNC
son de baja potencia para conmutar motores elctricos, electro
vlvulas, etc. Por esta causa resulta necesaria la intervencin de un
sistema de alimentacin auxiliar que amplifica esta seal para
compatibilizarla la requerida por los dispositivos mencionados.
Informacin adicional: El interfaz de control es un dispositivo
fsico independiente en los sistemas CNC. Habitualmente se puede
programar de forma especfica y separada, realizando labores de
asistencia sobre todo a la hora gestionar la lgica que integra las
funciones mquina ms bsicas. La programacin de los interfaces se
realiza por los fabricantes de MHCN. Estos programas permanecen
invariantes: El usuario final no pueden modificar sus parmetros e
instrucciones. Las unidades de control programables ms comunes
reciben el nombre de autmatas programables o PLC ("programmable
lgica control").
- 37. J.F.T. 37 Posicionado de los ejes Informacin preliminar: El
control de automatismo se basa en el uso de unos dispositivos que
analizan un conjunto de seales de entrada dando, en funcin de una
lgica o aritmtica preestablecida, una seal de salida. El nmero de
entradas y salidas puede variar complicando el proceso. Las seales
a procesar pueden ser digitales o analgicas. Un proceso bsico de
seales digitales (bits) consta de dos entradas y una salida (esta
configuracin recibe el nombre de "puerta"), y conjunto de
operaciones (generalmente basadas en la lgica) resultado de aplicar
diferentes "tablas de verdad" que presentan todas las combinaciones
posibles. Estas operaciones reciben nombres como "OR", "AND", etc.
Fig.67: Puerta tipo "AND" Fig.68.: Puerta tipo "OR" Fig.69: Puerta
comparativa Consideraciones: Independientemente de los componentes
que incorpore el sistema CNC y de la relaciones que se establezcan
entre unos y otros, siempre aparece un conjunto de dispositivos
electrnicos esenciales para cualquier configuracin como los
comparadores digitales bsicos y los circuitos de control. Fig.70:
Circuito de control para posicionado de ejes Descripcin: El
ordenador del sistema CNC calcula la distancia que debe desplazarse
la mesa y transmite dicha informacin en cdigo binario al
comparador, que la recibe como una de sus seales de entrada (A). El
comparador genera una seal de salida (C) para el motor que acta
sobre el sistema de transmisin que genera el desplazamiento (a
incrementos) del eje afectado. Cualquier cambio de la posicin
genera una seal en el sistema de medicin que informa sobre la
situacin actual constantemente. Esta seal es enviada al comparador
(B).
- 38. J.F.T. 38 Este dispositivo analiza esta segunda seal de
entrada (B) con la que recibe del ordenador de control (A). Si el
resultado de la comparacin es negativo se genera otra nueva seal de
desplazamiento incremental (C') y el motor continua rotando. Tan
pronto como se igualan (A) y (B) se genera una seal de parada del
motor. Esta ltima accin permite la lectura de una nueva instruccin.
Informacin adicional: Los motores paso a paso presentan la
propiedad de convertir fcilmente sus pulsos de control, a pasos
(rotativos) predeterminados muy precisos. Generalmente el giro
completo de su eje se asocia a un nmero exacto de pulsos / pasos
(por ejemplo 48). El uso de estos motores para el posicionado de
ejes mediante sinfines supone una simplificacin tanto en el sistema
de control, como en el mtodo empleado para el clculo de las
distancias. Fig.71: Posicionado eje mediante un motor paso a
paso
- 39. J.F.T. 39 TEMA II : FACTORES DE MECANIZADO CN Tema II:
Factores de mecanizado CN Introduccin En este tema se analizan los
factores y condiciones principales que afectan al corte de metales
en MHCN y que deben ser tenidos en consideracin a la hora de
elaborar los programas de CN. Se revisan los siguientes factores-
factor mquina,- herramienta- refrigerante,- pieza (geometra
bsica),- material. Estos factores se deben conocer para la correcta
determinacin de los parmetros de corte necesarios: velocidad de
giro del cabezal-velocidad de corte, avance, profundidad de corte.
Todo ello en funcin de los lmites tcnicos, requerimientos de
acabado (calidad superficial y precisin dimensional). Fig.1:
Factores a tener presentes en el mecanizado con MHCN Vamos a ver
estos factores de mecanizado en los tres apartados siguientes. En
los restantes, abordaremos el estudio de las condiciones de corte
importantes en fresado y torneado.
- 40. J.F.T. 40 El factor mquina La mquina herramienta
seleccionada debe ser capaz de llevar a cabo el trabajo de
mecanizado bajo requerimientos de precisin y economa
preestablecidos. El programador debe conocer las especificaciones
de la mquina y condicionantes que hay que tener en cuenta a la hora
de elaborar los programas CN. El diseo de las mquinas-herramienta
se basa en tres consideraciones: rigidez mecnica, estabilidad
dinmica, rigidez trmica. La rigidez mecnica es la capacidad de la
mquina para soportar los esfuerzos o solicitaciones externas. Esta
consideracin esta presente de forma esencial en el diseo de la
cimentacin, bancada y estructura de la mquina. La estabilidad
dinmica se relaciona con la capacidad para mantener la precisin de
trabajo cuando aparecen esfuerzos en el seno de la mquina. Este
factor depende de las propiedades de los materiales empleados en
las construccin de las guas, apoyos y transmisiones de la MHCN, as
como de los ajustes y dimensiones relativas entre dichos elementos.
La rigidez trmica se asocia a la forma en que vara la precisin de
trabajo de la MHCN cuando se producen variaciones de temperatura,
ya sean debidas a al calor generado durante el mecanizado, al
calentamiento local de motores o a cambios de la temperatura
ambiente (en condiciones muy exigentes de precisin puede suponer la
ubicacin de la mquina en una sala climatizada). El volumen de
viruta extrado por unidad de tiempo o de avance (ratio de viruta
removida) es un parmetro productivo que depende de la potencia que
la mquina-herramienta puede proporcionar para el giro de su husillo
principal. Para la programacin es esencial conocer las prestaciones
y posibilidades de la transmisin del par de giro bsico. Dependiendo
de la configuracin del motor y de la caja reductora se pueden
seleccionar un conjunto limitado (valores fijos) o ilimitado
(dentro de un rango) de velocidades de giro.
- 41. J.F.T. 41 Fig.2: Los factores de la mquina herramienta
Elementos auxiliares: Dependiendo de la dotacin auxiliar de la MHCN
y del nivel de automatizacin de la produccin, el programador debe
tener en consideracin la forma en que operan y las dimensiones de:
sistema de sujecin de la pieza (amarres especiales,...), sistema de
manipulacin de pieza (robots, paletizadoras, ...), sistema de
cambio de herramientas (almacn, manipulador, ...). Con el fin de
mejorar el nivel de prestaciones y seguridad en las MHCN la zona de
trabajo se delimita con paneles protectores o carenados que pueden
suponer la presencia de mecanismos de control especficos. Las
herramientas y el refrigerante Los refrigerantes Existen tres tipos
de refrigerantes: 1. Las disoluciones en agua (ejemplo: soluciones
salinas) presentan buenas propiedades como refrigerante pero malas
como lubricante. 2. Las emulsiones (agua y aceites minerales con
aditivos) incorporan las ventajas de lubricacin de las substancias
grasas. 3. Los aceites de corte (con grasas y aditivos). Se debe
tener presente las siguientes consideraciones: Los refrigerantes
tienen caducidad y deben renovarse de forma regular. Existen
refrigerantes que atacan la piel y requieren el uso de ropa de
proteccin y medidas de seguridad adicionales. Los refrigerantes
pueden ser perjudiciales para determinados componentes de la mquina
(picado de guas) por lo que se recomienda el uso exclusivo de
aceites minerales Para conseguir unas condiciones de mecanizado
ptimas es necesaria la intervencin de un refrigerante. Sus
funciones son: Disipar el calor generado durante el corte en la
punta de la herramienta manteniendo la temperatura de la pieza lo
ms baja posible.
- 42. J.F.T. 42 Reducir la friccin y el desgaste de la
herramienta por lubricacin. Facilitar la extraccin de la viruta. El
uso de refrigerantes permite aumentar las velocidades de corte.
Vida de las herramientas: Las herramientas de corte se deterioran
despus de un cierto tiempo de uso lo que conlleva su reafilado o
cambio. Este tiempo recibe el nombre de vida de la herramienta. Los
parmetros que afectan la vida de la herramienta son: La velocidad
de corte empleada. El material de la herramienta. El material
pieza. La seccin de viruta removida (rea de la seccin de viruta una
vez que ha sido cortada). Alternancia en el corte. Los fabricantes
de herramientas suelen suministrar en la mayora de los casos este
dato segn diversas condiciones de corte. Las herramientas de vida
larga son generalmente ms costosas, pero reducen las prdidas por
tiempos de cambio. Seleccin y composicin de las herramientas La
seleccin de las herramientas para operaciones de mecanizado con
MHCN depende de: Del sistema de fijacin del adaptador existente en
la torreta, cabezal o cambiador de herramientas. Fundamentalmente,
del tipo de operacin, geometra o contorno que se va a mecanizar.
Las torretas y cabezales deben garantizar: fuerzas de amarre
herramientas elevadas, rapidez en el cambio de herramientas,
rigidez mecnica, un diseo favorable para soportar vibraciones. El
mecanizado depende en gran medida del estado del filo de la
herramienta. En la actualidad predomina el empleo de plaquitas
intercambiables por razones de tipo econmico Fig.3: Partes bsicas
de las herramientas de torno y fresa
- 43. J.F.T. 43 Fig.4: Geometra del filo de corte (plano de
trabajo) La geometra del filo de corte afecta al proceso de remocin
del material. Los parmetros ms significativos son: ngulo de
desprendimiento, . ngulo de filo, . ngulo de incidencia, El
rompevirutas es un elemento adicional que suele aparecer en el
flanco de desprendimiento que evita la formacin de virutas largas
de difcil extraccin. Fig.5: Tipos de desgaste (plano de trabajo) La
herramienta sufre, por causas diversas, un desgaste paulatino en
los flancos de contacto con la pieza. Un esfuerzo mecnico excesivo
puede originar la rotura de la herramienta. El filo de la
herramienta est sometido a: compresin, friccin, solicitacin trmica,
ataque qumico. La resistencia a estos esfuerzos se consigue con el
empleo de una ampla variedad de materiales y geometra de
herramientas.
- 44. J.F.T. 44 El factor pieza Propiedades de la pieza Un
programador debe determinar qu propiedades de la pieza requieren
atencin especial a la hora de confeccionar el programa CN partiendo
de su plano. El tamao y la forma de la pieza afectan a: La eleccin
del mtodo y sistema de sujecin, as como, a la presin de apriete
requerida. La determinacin de la herramienta y su forma de actuacin
(contornos especiales, internos o externos, etc.). Una amarre
carente de rigidez puede suponer la aparicin de vibraciones o
deflexiones en la pieza (esta es la justificacin del contrapunto o
las lunetas en el torneado, o de algunos amarres especiales en
fresado). Para conseguir buenos acabados superficiales se debe
garantizar la formacin de viruta favorable (mediante rompevirutas)
y emplear una geometra de herramienta adecuada para el material. Se
recomienda en este caso adems: velocidades de corte elevadas,
profundidades de corte bajas, avances reducidos. Las tolerancias a
conseguir en la pieza acabada determinan el nivel de precisin con
que se debe ejecutar el mecanizado (por ejemplo, estableciendo los
periodos en los que se debe realizar una inspeccin o cambiar un
til). Fig.6: Resumen de los factores pieza
- 45. J.F.T. 45 Con referencia al material de la pieza las
caractersticas esenciales que deben ser tenidas en cuenta son la
resistencia y la maquinabilidad. La resistencia a la compresin es
importante a la hora de seleccionar el sistema de amarre y las
presiones de apriete (cuando se trata de un sistema hidrulico). La
maquinabilidad afecta a la eleccin de herramientas y a las fuerzas
de corte a aplicar. Un sntoma caracterstico de un mecanizado
correcto es la formacin de viruta favorable a velocidad de corte
elevada, combinado con un bajo desgaste de herramienta y un buen
acabado superficial. Fig.7:Resumen de los factores material La
geometra y el acabado superficial de la pieza determinan la eleccin
de las plaquitas de mecanizado: La forma de la punta suele ser
funcin del tipo de contorno a obtener. Las dimensiones y materiales
de la plaquita se eligen en concordancia con las velocidades de
corte y avances. El estado superficial deseado se obtiene mediante
la seleccin del radio de punta de la herramienta y el avance. Las
virutas Los tipos de viruta dependen de: factor de compresin,
material de la pieza, velocidad de corte, estado superficial de
flanco de desprendimiento, material de la herramienta, presencia de
rompevirutas. El factor de compresin se define como: siendo: X
comp.: factor de compresin. Av.: seccin viruta, mm2 . pc:
profundidad de corte, mm
- 46. J.F.T. 46 Fig.8: Formas de viruta Datos de corte en
torneado En los siguientes apartados se revisan los parmetros de
corte en el torneado y la forma de trabajo de estas
mquinas-herramienta. Los parmetros esenciales de corte que el
programador debe incorporar para operaciones de torneado son: el
avance, la profundidad de corte o pasada, velocidad de giro del
plato de agarre o cabezal, velocidad de corte. Estos datos se
pueden estimar teniendo presente tres criterios de produccin: Ciclo
de operacin corto: Tambin conocido como de mxima produccin. El
parmetro a optimizar ser el volumen de material removido por unidad
de tiempo (minuto). Este dato se puede calcular de la multiplicacin
directa del avance, la profundidad de pasada y la velocidad de
corte (en unidades homogneas). Si se desea maximizar su valor se
deber incrementar cualquiera de los tres factores. No obstante,
este criterio conlleva un mayor desgaste de las herramientas, lo
que reduce el periodo transcurrido entre el reafilado o cambio de
la plaquita.
- 47. J.F.T. 47 Coste mnimo por pieza: Cualquier aumento de los
parmetros esenciales de corte supone una reduccin del tiempo de
mecanizado lo que a su vez produce una disminucin de ciertos costes
directos (mano de obra y coste horario mquina). Sin embargo se
produce un aumento de otros (coste en herramientas, por reafilado o
cambio). El anlisis de los parmetros debe llevarse tenido presente
los costes de herramienta para que no excedan de un determinado
nivel. En este contexto se debe utilizar refrigerantes para
maximizar la vida de la herramienta. Mxima calidad: Restringe los
parmetros esenciales a los valores que garantizan los mejores
acabados superficiales y que ajustan las tolerancias al rango
demandado. La eleccin de los mismos depender: Tipo de herramienta
(forma y material). Resistencia a la fatiga de la MHCN. Vibraciones
caractersticas de la MHCN, material pieza y herramienta. Fig.9:
Resumen de los criterios para el clculo de los parmetros esenciales
de corte Avance y profundidad de pasada en torneado
Consideraciones: En torneado se conoce como avance al movimiento de
la herramienta en la direccin de mecanizado. Es, por tanto, un
desplazamiento (generalmente expresado en mm) que generalmente se
calcula de forma relativa. El programador puede asignar este valor
en dos unidades en funcin de: revoluciones pieza (giro completo)
(ejemplo: 0,2 mm/rev), minutos. (ejemplo: 40 mm/min En los
programas CN este valor viene precedido de la letra "F" ( de "feed
rate" en ingls) El avance se relaciona directamente con la
velocidad de la operacin de mecanizado. Por esta razn su valor se
determina teniendo presentes la fuerza de corte disponible y el
estado superficial deseado. La profundidad de corte se mide,
tomando como referencia al plano de trabajo, desde la punta de la
herramienta hasta cara externa de la pieza. Cuando la pasada se
realiza de forma longitudinal (horizontal), este parmetro equivale
a la diferencia entre la coordenada vertical del punto cero
herramienta y el tamao de la pieza despus del corte.
- 48. J.F.T. 48 En las operaciones de desbaste, la profundidad
del corte depende del nmero de pasadas establecidas. Para conseguir
un aprovechamiento eficiente de la herramienta con un desgaste
uniforme conviene asignar los valores de la profundidad de corte en
funcin de la altura disponible de filo. Si se emplea un gran avance
en materiales de baja maquinabilidad la profundidad de corte no
debe ser excesiva a fin de no generar fuerzas de corte elevadas que
generen altas temperaturas o superen las posibilidades del motor.
Fig.10: Avance y profundidad de corte Informacin adicional: El
avance y la profundidad de pasada determinan el tamao de la seccin
transversal de viruta. Suele ser un paralelogramo afectado por el
ngulo de montaje, c. Se calcula como: Siendo: Av.: seccin
transversal de viruta, mm2 pc: profundidad de corte, mm F': avance
por vuelta, mm El volumen de viruta removido se define como:
Siendo: Vv: volumen de viruta removido, mm3 / min. Av.: seccin
viruta, mm2 s: velocidad de corte, mm/min .
- 49. J.F.T. 49 Fig.11: Seccin transversal de viruta Fig.12:
Ejemplos de ngulos de montaje en torneado Velocidades de giro y
corte en torneado Consideraciones: La velocidad de giro del cabezal
se puede expresar: directamente, con un valor en revoluciones por
minuto (rpm.), con la ayuda de un cdigo de letras que hace alusin a
uno de los valores establecidos en tornos con velocidades
preestablecidas y fijas. La velocidad de giro del cabezal en
programacin CN aparece acompaando a la letra "S": S1200, significa
velocidad de giro cabezal a 1200 revoluciones por minuto. S09,
denota que se emplear la novena velocidad del cabezal (por ejemplo,
400 rpm.) Cuando se consigna la velocidad de giro del cabezal es
imprescindible establecer previamente el sentido de giro (horario o
antihorario). La velocidad de corte es la velocidad tangencial
instantnea que existe en el punto de contacto entre la herramienta
y la pieza de trabajo. Se puede deducir a partir de la velocidad de
giro del cabezal y del dimetro instantneo de torneado. (Un giro
rpido y un dimetro pequeo generan las velocidades de corte
mximas).
- 50. J.F.T. 50 Se expresa en m/min. Existen dos formas de
programar las velocidades en CN: El programador determina la
velocidad de giro (rpm.) ms favorable para cada dimetro. El
programador establece una velocidad de corte constante en m/min. El
control ajusta la de giro para mantenerla estable en los diferentes
dimetros de trabajo. Fig.13: Velocidades de giro del cabezal y de
corte Informacin adicional: La relaciones entre la velocidad de
giro del cabezal y la de corte se establecen mediante la siguientes
ecuaciones: siendo: vc: velocidad de corte, m/min n: velocidad de
giro del cabezal, rpm. d: dimetro de torneado, mm
- 51. J.F.T. 51 Condiciones de corte en fresado Introduccin: Los
siguientes apartados introducen y explican los datos referentes a
las operaciones de fresado. Los datos establecidos por el
programador para operaciones de fresado son: velocidad de giro,
avance, profundidad y anchura de corte, y esfuerzos de corte. Estos
factores han de ser coordinados durante la programacin. Para ello
han de considerarse tres criterios: Objetivo1: Tiempo de ciclo
corto. El factor ms importante que debe ser controlado por el
programador en relacin con el tiempo de ciclo es el volumen de
viruta extrado por minuto. Esto resulta de multiplicar la velocidad
de avance por la accin de corte y la profundidad o anchura de
corte; cuanto ms elevados sean dichos factores mayor volumen de
viruta ser extrado por minuto. En cualquier caso, debe aclararse
que altas velocidades de extraccin de viruta conducen a mayor uso
de la herramienta, lo que conlleva un incremento del tiempo medio
de ciclo debido a cambios en la herramienta o en la punta. Objetivo
2: Bajos costes de pieza. Cualquier aumento en los datos de corte
que conlleven una reduccin en el tiempo de pieza, reducir los
costes de mquina. En cualquier caso, los costes de herramienta
aumentan a un mayor uso. Los datos de corte de metal debern
escogerse de tal forma que los costes de herramienta relativos al
uso no exceden de un determinado nivel. En este contexto, es
necesario considerar el uso de refrigerante para aumentar la vida
de la herramienta. Objetivo 3: Alta calidad de produccin. La
eleccin de los datos de corte est restringida a las exigencias en
la calidad del producto. Esto afecta particularmente al acabado de
la superficie y a las tolerancias dimensionales de la pieza
acabada. La eleccin de los datos de corte de metal debe de
coordinarse con: el modo de fresado (convencional, en contraposicin
o frontal), la forma de la fresa, el tipo de perfiles de corte
empleados (forma del filo de corte, material de corte), la
capacidad de carga de la mquina, Los desplazamientos en fresado son
generalmente generados por desplazamientos y rotacin de cortes
simultneos. Sin embargo, el fresado se programa como si la bancada
estuviera quieta y la fresa se desplazara (movimiento de
herramienta relativo). Generalidades: La eleccin del avance (con
velocidad de giro fijada) afecta al espesor de viruta y al acabado
de la superficie. Fig.14: Fresado convencional
- 52. J.F.T. 52 Fig.15: Fresado en contraposicin La eleccin entre
el fresado convencional y en contraposicin afecta a la formacin de
la viruta y a la presin de corte. En el fresado convencional, el
espesor de viruta y la presin de corte aumentan gradualmente en la
raz del diente de fijacin y alcanza un mximo junto antes de que el
diente se aparte del material. Cuando la fresa se aparta del
material, ocurre lo siguiente: La presin de corte se elimina de
repente de forma que la fresa salta hacia delante y el siguiente
diente penetra el material con una accin de. Estas operaciones
suelen producir marcas de muescas. En el fresado en contraposicin,
la viruta se forma en secuencia inversa si lo comparamos con el
fresado convencional. Cuando el diente penetra, el espesor de
viruta y la presin de corte adoptan su valor mximo. Cuando la fresa
se retira de la pieza, la viruta producida es menor y la presin de
corte en su valor mnimo. Por lo tanto, se producen pocas muescas y
el acabado de superficie es el mejor posible. Si se compara con el
fresado convencional, este fresado requiere menos potencia, pero
una mquina ms rgida y una bancada que no presente vibraciones.
Fig.16: Avance y velocidad de giro Avance y profundidad de pasada
en fresado Fig.17: Fresado convencional
- 53. J.F.T. 53 Fig.18: Fresado en contraposicin La profundidad o
anchura de corte describe cuanto se introduce en la fresa en la
pieza en la direccin de avance. La profundidad de corte en un
fresado con giro vertical. Anchura de corte en fresado con giro
horizontal. Los esfuerzos de corte de la fresa es la anchura de la
fijacin de la herramienta con la pieza medida en el plano de
trabajo en ngulo recto a la direccin de avance. Tanto la
profundidad o anchura de corte como la fijacin de la fresa
provienen de: el desplazamiento programado de la fresa, tamao y
forma de la fresa. Cuando se programa el recorrido de la fresa en
la pieza, es necesario coordinar profundidad y anchura de corte, as
como la fijacin de la fresa: con la velocidad de mecanizado
posible, con la fresa usada y el material ha ser fresado, con el
acabado de superficie requerido. Velocidad de giro y corte en
fresado La velocidad de fresado se introduce: bien directamente en
revoluciones por minuto, por cdigos numricos que se asignan a las
varias velocidades disponibles en la mquina. En el programa de
control numrico, la velocidad de giro tiene la letra cdigo S.
Ejemplos: S = 630 rpm, significa 630 revoluciones por minuto. SII
denota una introduccin de velocidad de giro codificada (Por
ejemplo, SII = 500 rpm). La eleccin de velocidad de giro determina
la velocidad de corte. La velocidad de corte es equivalente a la
velocidad en superficie de la fresa. Esto no slo depende de la
velocidad de giro, sino tambin del dimetro de la fresa. (Cuanto
mayor velocidad de giro y mayor dimetro de fresa, mayor velocidad
de corte). Cuando se introduce una velocidad de giro es esencial
asegurar que se ha designado el sentido de rotacin correcto.
- 54. J.F.T. 54 El avance es el movimiento de la cuchilla en la
direccin de trabajo. La velocidad de avance es generalmente
especificada introduciendo un desplazamiento por minuto. En
cualquier caso, tambin puede introducirse como un desplazamiento
por revolucin de fresa o por diente de corte. En el programa CN, el
avance est caracterizado por la letra de cdigo F. Ejemplos: F = 100
mm/min, significa una velocidad de avance de 100 milmetros por
minuto. F = 0,1 mm/rev, significa una velocidad de avance de 0,1
milmetros por revolucin de corte F = 0,02mm/T, significa una
velocidad de avance de 0,02 milmetros por diente La cuchilla usada
no debera ser mayor que la requerida para la operacin concreta.
Cuanto mayor es la herramienta se produce un mayor nmero de
desviaciones dimensionales, debidas, en su mayora, a la deflexin
por la inclinacin del flanco de corte de la fresa. Otras
condiciones de corte El mecanizado en mquinas de CNC se diferencia
considerablemente de el mecanizado en mquinas operadas manualmente.
Esto se refiere, por ejemplo, a la capacidad mejorada de viruta
extrada en las mquinas herramientas modernas. En cualquier caso,
hay otras variables que afectan directamente a la calidad de viruta
extrada y que son exclusivamente debidas al uso de sistemas de
control por computador. Este captulo trata de los siguientes
factores: error de redondeo en aristas vivas parada de precisin,
reglajes de correccin por uso, limitacin de velocidad,
monitorizacin de la vida de la herramienta.
- 55. J.F.T. 55 Error de redondeo de aristas Informacin
preliminar: En una mquina CNC la herramienta y/o las posiciones de
cuchilla, velocidades de giro, velocidad de avance son introducidas
en el sistema de control como valores de comando. Generalmente
hablando, estos valores se dan en nmero variable de nmeros
decimales. Cuando se utiliza entrada en milmetros, son aceptables
hasta tres dgitos. La unidad de divisin ms pequea es una micra (1
micra = 0.001 mm). Este sistema ofrece resolucin en rango de
micras. Cuando se introduce en pulgadas (1 pulgada =25,4 mm) se
aceptan hasta 5 dgitos decimales. Si se introducen velocidades de
giro, en vueltas por minuto (rpm), o velocidades de avance, en
mm/rev o mm/min., las instrucciones de operacin facilitadas al
sistema de control determinarn cuntos decimales pueden ser
introducidos. Fig.19: Contorno con error de montaje Fig.20:
Contorno con parada de precisin Consideraciones: La precisin en la
introduccin no debe ser confundida con la precisin de mecanizado.
An cuando un sistema de control trabaje con una alta resolucin, el
uso de la herramienta, los efectos de aumento de temperatura, la
falta de rigidez en la mquina reducirn la precisin de mecanizado.
Cuando se controla un desplazamiento de herramienta, las cuchillas
de la herramienta se mueven a valores cambiantes. El sistema de
medida chequea constantemente la posicin instantnea de la
herramienta. El sistema de control recibe realimentacin de la
posicin de la herramienta y de ah calcula si sigue en el
desplazamiento correcto. El control puede cambiar los valores de
desplazamiento de la cuchilla, si lo considera necesario. Durante
estas comparaciones entre la posicin comandada y la real de la
herramienta pueden ocurrir retrasos de tiempo. Ello se debe a que
la posicin real de la herramienta ya ha cambiado mientras el
sistema de control todava est calculando la informacin para la
siguiente posicin comandada.
- 56. J.F.T. 56 En otras palabras, para cuando la posicin
comandada por el control con la posicin real, la posicin real ya no
es correcta. Este efecto de retraso produce un error de montaje
cuando se llevan a cabo operaciones en mquinas CNC, y el valor de
este error depende de la velocidad de avance. La figura 19 muestra
un contorno con error de retraso; las esquinas son redondeadas
levemente durante el proceso. Los errores de retraso en el rango de
micras son admisibles, ya que los ngulos agudos generalmente no son
deseados. En cualquier caso, para evitar errores de retraso algunos
sistemas de control incorporan facilidades para realizar una parada
de precisin. En este caso, la herramienta se para en cada esquina
del contorno para evitar que se produzca el redondeo. Sin embargo,
cuando se emplea parada de precisin es absolutamente esencial
asegurar que la herramienta tiene una oportunidad de liberarse del
corte, una vez que el avance se ha detenido. De lo contrario,
apareceran marcas en el contorno debido a que la presin de corte es
anulada de manera repentina. Otras consideraciones Informacin
preliminar: La monitorizacin de la vida de la herramienta,
utilizando el tiempo almacenado en el control en trminos de
procesos de mecanizado, es relativamente inadecuada, ya que no
tiene en cuenta las cargas alternas y las presiones que actan en el
punto de la herramienta durante el mecanizado. Existen ciertos
sistemas que miden el uso mediante la calibracin de la fuerza de
corte que, poco a poco, estn ganando terreno en el mercado. Dicha
tcnica es fundamental en los siguientes principios: Cuando la
primera pieza de una serie es producida con una herramienta
afilada, las fuerzas de corte que aparecen son almacenadas en
memoria para cada uno de los bloques del programa. Por
consiguiente, se determina una banda de tolerancia o un valor mximo
para la fuerza de corte. Si se reconoce el final de la vida til de
la herramienta o una rotura, la mquina se para y el operador tiene
que proceder a cambiarla. Fig.21: Relacin entre la fuerza de corte
y la vida de la herramienta
- 57. J.F.T. 57 Fig.22: Correccin de uso
- 58. J.F.T. 58 TEMA III : EJES DE COORDENADAS EN CN Tema III:
Ejes de coordenadas en CN Introduccin: Fig.1: Movimientos durante
el torneado Fig.2: Movimientos durante el fresado Las herramientas
de una mquina CNC pueden realizar ciertos movimientos segn el tipo
de mquina.
- 59. J.F.T. 59 En un torno (Fig.01), estos movimientos se
componen de movimientos longitudinales y movimientos transversales.
En una fresadora (Fig.02), hay otro movimiento aadido a dichos
movimientos fundamentales, llamado movimiento transversal
secundario. Para controlar la herramienta de forma precisa durante
estos movimientos, todos los puntos dentro del rea de trabajo de la
mquina deben permitir una definicin clara y universalmente
comprensible. Los sistemas de coordenadas se usan con este
propsito, proporcionando una orientacin al programador durante la
confeccin de programas. Las siguientes pginas muestran cmo se
utilizan los sistemas de coordenadas para la programacin de mquinas
CNC. Sistemas de coordenadas de dos ejes Informacin preliminar: La
forma ms simple de un sistema de coordenadas para programacin de
control numrico consiste en dos ejes con interseccin en ngulo
recto. La interseccin es el punto cero u origen del sistema de
coordenadas. Fig.03: Posicin determinada con la ayuda de
coordenadas X / Y Consideraciones: Un sistema de coordenadas con
dos ejes permite una descripcin / definicin precisa de todos los
puntos (vrtices, centros de crculos, etc.) en el dibujo de una
pieza. Normalmente, la geometra de una pieza se describe de manera
precisa mediante el dibujo de la pieza y sus dimensiones (Fig.04).
Si ubicamos la pieza en un sistema de coordenadas (Fig.05), la
forma de la pieza queda descrita determinando la posicin de sus
puntos. Para esto, las distancias relativas de cada unos de estos
puntos a los ejes X e Y tienen que ser ledas en las escalas de cada
punto dimensional. La distancia de los puntos desde el eje Y se
llama coordenada X porque puede ser establecida utilizando la
escala del eje X. La distancia de los puntos desde el eje X se
denomina coordenada Y porque puede determinarse en el eje Y. Nota:
En un sistema de coordenadas con dos ejes, un punto se determina
claramente especificando un par de coordenadas (X, Y).
- 60. J.F.T. 60 Fig.04: Dibujo dimensionado de una pieza Fig.05:
Dibujo de pieza en sistema de coordenadas Informacin adicional: El
sistema de coordenadas mostrado en el siguiente apartado se conoce
como sistema de coordenadas "de dos dimensiones" porque tiene dos
ejes de coordenadas. Si la posicin de la pieza dentro del sistema
de coordenadas se modifica, pueden resultar los valores mostrados
en la figura 06. Es importante tener en cuenta en cada caso los
signos (+,-). Fig.06: Puntos con coordenadas positivas y negativas
Sistemas coordenados de tres ejes Informacin preliminar: Cuando el
dibujo de una pieza es referido dentro de un sistema de
coordenadas, cada punto del dibujo puede ser determinado
estableciendo dos coordenadas.
- 61. J.F.T. 61 El punto central del agujero en la Fig.08 tiene
las coordenadas X = 35, Y = 45. Por otra parte, cuando mecanizamos
piezas con torno o fresadora, es necesario "imaginar" la pieza en
3-D. En el caso del agujero (taladro) de la Fig.08, no es slo
cuestin de dnde se localiza el taladro en la cara de la pieza sino
de lo profundo que es. El movimiento de la broca en la Fig.09 no
puede ser descrito solamente por sus coordenadas X e Y. Se requiere
una tercera coordenada para la profundidad del agujero taladrado:
su coordenada Z. Fig.07: Pieza en un sistema de coordenadas Fig.08:
Pieza en sistema de coordenadas 3-D Consideraciones: Para ser
capaces de representar "piezas 3-D" necesitamos un sistema de
coordenadas con tres ejes. Fig.09: Regla de la mano derecha Fig.10:
Coordenadas 3-D
- 62. J.F.T. 62 Los ejes de coordenadas se nombran por la "regla
de la mano derecha" (ver Fig.09). Las coordenadas 3D X, Y, Z de una
pieza se obtienen estableciendo la posicin de los puntos
dimensionales (es decir, los vrtices), en los tres ejes (Fig.10).
Los ejes en el sistema de coordenadas presentan ngulos rectos entre
s. Cada eje tiene valores y direcciones negativas y positivas.
Fig.11: Sistema de coordenadas 3-D con valores negativos en los
ejes de coordenadas Informacin adicional: El sistema de coordenadas
del siguiente apartado, presentado con la regla de la mano derecha,
tambin se conoce como "sistema de coordenadas rotatorio en sentido
horario". La razn para esto es la secuencia de la definicin de los
ejes: Si el eje X gira hacia el eje Y, el movimiento es el mismo
que el de un tornillo girando en la direccin Z (hacia dentro con la
regla de la mano derecha). Fig.12: Sistema de coordenadas rotatorio
en sentido horario Sistema de coordenadas de la mquina Informacin
preliminar: El sistema de control de la mquina-herramienta
convierte los valores de coordenadas dentro del programa de CN: en
movimientos de herramienta. (Fig.13) y/o en movimientos de pieza
(Fig.14) La direccin de trabajo es la misma en ambos casos. Cuando
se programa una operacin de contorneado, generalmente se asume que
la pieza es fija y que slo se mueve la herramienta.
- 63. J.F.T. 63 Esta forma de ver la situacin se denomina
"movimiento relativo de herramienta". Fig.13: Pieza fija Fig. 14:
Herramienta fija Consideraciones: El mecanizado de una mquina
mediante un programa de CN requiere aplicar un sistema de
coordenadas a la mquina herramienta (Fig.15) Fig.15: Sistema de
coordenadas para trabajos de fresado Cuando se programa, se debe
asumir que la pieza es estacionaria y que las herramientas se
mueven en el sistema de coordenadas. nicamente este enfoque
posibilita que el control de la herramienta de trabajo sea claro y
universalmente aceptado, fijando las coordenadas correspondientes.
Incluso en operaciones de torneado se asume que la pieza es fija
(Fig.16). La pieza se posiciona con el sistema de coordenadas de
forma que el eje Z coincide con la lnea central de torneado (eje de
rotacin) y los ejes X e Y siempre tienen la misma direccin. Por
tanto, el eje Y no se usa en torneado. El eje transversal es el eje
X y el eje longitudinal el eje Z. Los valores de X se dan
frecuentemente en dimensiones de dimetros. Fig.16: Sistema de
coordenadas para operaciones de torneado (herramienta posicionada
tras la lnea central)
- 64. J.F.T. 64 Informacin adicional En mquinas-herramienta, el
eje Z de coordenadas coincide con el eje del husillo de trabajo y
corre paralelo a l. Fig.17: Ejemplos de posiciones de sistemas de
coordenadas en mquinas. ngulo de rotacin y coordenadas polares
Informacin preliminar: Con los sistemas de coordenadas tambin es
posible describir la posicin de los puntos estableciendo ngulos y
distancias. Fig.18: Representacin de un punto mediante un ngulo y
coordenadas polares Consideraciones: Algunas operaciones de
mecanizado requieren la programacin de ngulos de rotacin sobre uno
o varios ejes de coordenadas. Fig.19: ngulos de rotacin de eje A, B
y C
- 65. J.F.T. 65 Fig.20: Direccin de los ejes de rotacin La
rotacin sobre los ejes de coordenadas se identifica por los ngulos
de rotacin A, B y C (ver Fig.19). La direccin de rotacin ser
positiva (+) cuando la direccin de rotacin sea en sentido horario
vista desde el origen de coordenadas, mirando en la direccin del
eje positivo (ver Fig.20). Los ngulos de rotacin pueden utilizarse,
por ejemplo, para programar coordenadas polares en un nico plano
Las coordenadas polares de un punto (ver punto P en Fig.21)
consiste en la distancia del origen al punto (por Ej. R = 30 mm),
as como el ngulo (por Ej. C = 30) formado entre esta distancia y un
eje de coordenadas fijo (por Ej. el eje X). Los ngulos de
coordenadas polares se identifican por A, B y C. Esta asignacin se
deriva de la "regla de la mano derecha" como se muestra en la
Fig.19: Si el punto pertenece al plano X/Y del sistema de
coordenadas, el ngulo de la coordenada polar es igual al ngulo de
rotacin sobre el eje Z: C (Fig.22). Si se encuentra en el plano
Y/Z, el ngulo es igual al ngulo de rotacin sobre el eje X: A. Si
est en el plano X/Z, el ngulo es igual al ngulo de rotacin sobre el
eje Y: B Fig.21: Coordenadas polares (R, C) en el plano X/Y Fig.22:
ngulo de coordenada polar como el ngulo de rotacin sobre el tercer
eje de coordenadas Informacin adicional: En las mquinas-herramienta
con movimiento de rotacin de la pieza o las herramientas, los ejes
de