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AUTOMATIZACIÓN

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Foto: Metal Actual

CNC:

Aspectos Básicos de lo Complejo SENA

Centro Metalmecánico Distrito Capital

Luego de programar el CNC, no es necesaria la intervención del operario en el proceso.

La tecnología CNC posee códigos elementales que indican a la máquina la operación a realizar, dichos códigos son universales y sencillos para facilitar la programación de la computadora.

El mundo evoluciona en todo momento con tecnologías que suplen nuevas necesidades o mejoran la forma de llevar a cabo un procedimiento tradicional. La industria metalmecánica no es ajena a esto y por ende se han creado procesos automatizados manejados con CNC (Control Numérico Computarizado) que facilitan el mecanizado de piezas complejas para las industrias, y garantizan factores como precisión dimensional, mejores acabados superficiales, rapidez y flexibilidad. En el texto los lectores encontrarán una introducción básica al CNC, y tiene como objetivo que las personas que no tengan conocimiento en el tema conozcan los fundamentos elementales de una tecnología que, aunque tiene años de evolución, muchas personas vinculadas a WWW.METALACTUAL.COM


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la industria no poseen una noción clara de lo que es realmente. Por ende, no serán profundizados temas complejos que también conforman el CNC, y pueden tener mayor relevancia para industriales que lo manejan y han adquirido conocimientos profundos en la materia.

Dicha computadora controla el movimiento de la mesa, los carros y el husillo de la máquina que, una vez programada, ejecuta las operaciones autónomamente sin intervención del operario; acción que permite aprovechar mejor el tiempo del personal y aumentar su productividad. La tecnología CNC es capaz de mover la herramienta al mismo tiempo en los tres ejes (X, Y y Z), explicados más adelante, para ejecutar trayectorias tridimensionales como las requeridas para el maquinado de complejos moldes y troqueles. El origen del CNC se dio a principios de los años cincuenta en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), donde se automatizo por primera vez una fresadora. Las computadoras que ejecutaban el control

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En las máquinas CNC, a diferencia de las convencionales o manuales, una computadora controla la posición y la velocidad de los motores que accionan los ejes de estas, hecho por el cual pueden hacer movimientos que no se logran manualmente como círculos, líneas diagonales y figuras tridimensionales complejas.

Máquina CNC dotada de los componentes CAD-CAM, para el maquinado de piezas.

eran de gran tamaño y ocupaban mayor espacio que el de la máquina como tal, debido a que era el inicio de su implementación y desarrollo.

plo, para ordenarle a la máquina que mueva la herramienta describiendo un cuadrado de 10mm por lado, se escribirían los siguientes códigos:

En el presente, las computadoras son cada vez más pequeñas y accesibles, por lo que el uso del CNC se ha extendido e implementado en maquinaria como: tornos, rectificadoras, electroerosionadoras, punzonadoras, dobladoras, que ejecutan taladrado, doblado, punzonado, torneado, entre otras funciones.

G90 G71: Prepara al sistema para recibir órdenes en forma de códigos numéricos.

“El nombre de control numérico fue adoptado debido a que las órdenes dadas a la máquina son indicadas mediante códigos numéricos. Por ejem-

G00 X0 Y0: Posicionamiento de la herramienta antes de iniciar la operación. G1 X10: Ejecución lineal del maquinado. La X significa el eje horizontal y el 10 la medida en mm que maquinará la herramienta en la pieza. G1 Y10: Ejecución lineal del maquinado. La Y significa el eje vertical y el 10 la medida en mm que maquinará la herramienta en la pieza. G1 X0: Devolución de la herramienta a la posición inicial, en el eje X.

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G1 Y0”: Devolución de la herramienta a la posición inicial, en el eje Y.

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Introducción de los códigos a la máquina para que elabore la pieza.

El conjunto de órdenes que siguen una secuencia lógica constituyen un programa de maquinado. Ingresando las órdenes o instrucciones adecuadas a la máquina, ésta es capaz de maquinar una simple ranura, una cavidad irregular, la cara de una persona en alto o bajo relieve, un grabado artístico, un molde de inyección de una cuchara o una botella, o lo que el operador requiera.

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Para esto, la tecnología CNC ofrece cuatro formas de programación: manual, pseudo asistida por computador, conversacional y asistida por computador; para que el operario utilice la que más se acomode a sus necesidades. La programación manual es aquella en la que, a partir del plano, se calculan de forma manual las trayectorias de las herramientas y, a continuación, se codifican dichas trayectorias utilizando un lenguaje de programación. La Pseudo asistida por computador es llevada a cabo cuando el operario dispone de un programa de diseño asistido por computador CAD (Computer Aided Design), pero no cuenta con el módulo de fabricación asistida correspondiente, CAM (Computer Aided Manufacturing). En la asistida por computador el operario utiliza el ordenador como herramienta de trabajo CAD-CAM, hecho que le permite realizar modelos bidimensionales y tridimensionales de las principales características de la pieza que quiera fabricar como tamaño, forma, geometría entre otras, para su posterior elaboración. Por último, cuando es utilizada la programación CNC conversacional, el operario es conducido por la máquina a través de preguntas, con el fin de introducir los programas y códigos necesarios para realizar la pieza.

Lenguaje de Programación Para evitar inconvenientes operacionales en el momento en que las máquinas se utilizaran en países diferentes a donde fueron elaboradas, se estableció una programación nativa en la mayoría de las máquinas CNC, que se maneja mediante un lenguaje G y M. Se trata de un lenguaje de programación vectorial mediante el cual se describen acciones simples y entidades geométricas sencillas (básica, segmentos de recta y arcos de circunferencia), junto con sus paráme-

Tabla 1. Códigos Básicos CNC

G00 G01 G02 G03 G04 G21 G40 G41 G42 G28 G90 G91 G94 G95

Códigos Generales Posicionamiento rápido (sin maquinar). Interpolación lineal (maquinando). Interpolación circular (horaria). Interpolación circular (anti-horario). Tiempo de espera Unidades métricas Cancelar compensación de radio.

Compensación de radio de herramienta a la izquierda

M00 M03 M04 M05 M06 M08 M09 M30

Códigos Misceláneos Parada opcional Giro del husillo en sentido de horario Giro del husillo en sentido anti-horario Detener el husillo Cambio de herramienta Abrir el paso de refrigerante Cerrar el paso de refrigerante Final de programa y volver a la línea de inicio

Compensación de radio de herramienta a la derecha. Volver al home de la máquina Coordenadas absolutas Coordenadas incrementales Avance en mm/minuto Avance en mm/revolución.

tros de maquinado (velocidades de husillo y avance de la herramienta). El nombre G y M fue establecido por el hecho de que el programa está constituido por instrucciones Generales y Misceláneas. Si bien es cierto que en el mundo aún existen diferentes lenguajes de programación con códigos G y M; los fabricantes dieron un paso adelante a través de la estandarización ISO. Dicha estandarización fue adoptada por la totalidad de fabricantes industriales de CNC, y permite utilizar los mismos programas en distintas máquinas CNC de manera directa o con adaptaciones menores. En la tabla 1 son presentados los códigos básicos utilizados en CNC:

Ejes y Sistemas de Referencia El objetivo de un control numérico es controlar el movimiento y posicionamiento de los ejes; dicho control gobernará los actuadores, generalmente motores eléctricos rotativos, que en muchas ocasiones usan convertidores rotatorios lineales para producir movimientos lineales. La posición de los diversos puntos a alcanzar está determinada en las coordenadas introducidas en los sistemas para tal fin, que pueden ser fijas en el espacio o programarse

al inicio de la operación. Durante el desarrollo de los programas, es posible usar coordenadas relativas o incrementales, que básicamente permiten iniciar una nueva ubicación respecto a la última condenada programada, teniendo en cuenta los ejes de referencia. El eje Z coincide con la dirección del husillo principal, que es el encargado de proporcionar la potencia de corte. El sentido positivo del eje Z aumenta la distancia a la pieza, es decir, se aleja de la misma. Por otro lado se encuentra el eje X, que representa la traslación horizontal y es perpendicular al eje Z. En las máquinas que generan superficies de revolución por medio de rotación del eje de la pieza, el eje X es radial y paralelo a las guías del carro trasversal, y su sentido positivo es el que sale hacia el exterior del eje de rotación Z. El tercer eje es el Y, que describe la traslación principal perpendicular al plano XZ, elegido de manera que forme un triedro -cuerpo geométrico, poliedro, de tres caras- a la derecha con los ejes X y Z, es decir, su sentido positivo. Luego de tener claro lo básico del CNC, el operario debe seguir ciertos pasos lógicos para la elaboración de la pieza sin contratiempos: WWW.METALACTUAL.COM


• Estudio del plano de la pieza a fabricar. • Análisis de las operaciones elementales. • Selección de las máquinas. • Selección de las herramientas. • Definición de las condiciones técnicas de mecanizado. • Diseño de utillajes. • Secuencias de las fases de trabajo. • Centros de Mecanizado

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A continuación, es llevado a cabo un ejercicio básico de programación en CNC para elaborar una pieza sencilla. En este ejemplo se muestran los pasos que el operario debe tener en cuenta para ejecutar de forma idónea el mecanizado de la pieza.

Elaboración de la pieza en el programa de diseño (determinar medidas y forma)

Escritura manual del programa utilizando los códigos G y M, en el software WINNC Fanuc 21T, Sistema de Coordenadas Absolutas, avance en mm/ revolución.

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Introducir los códigos a un programa simulador, para que realice la pieza. Esta imagen corresponde a la pieza en bruto lista para la ejecución del mecanizado. Foto: Sena Centro Metal Mecánico Bogotá

Pantalla máquina CNC sin códigos para ejecutar.

Simulación de cómo quedará la pieza.

Foto: Sena Centro Metal Mecánico Bogotá

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Introducción de los códigos a la máquina CNC para realizar la pieza.

Realización de la pieza por la máquina CNC.

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Origen y Concepto del Centro de Mecanizado Otro aspecto para tener en cuenta de la tecnología CNC es que ha permitido originar los centros de mecanizado, que logran elaborar piezas que demandan diferentes procedimientos para su conformado, en menor tiempo. El centro de mecanizado ha sido el resultado de la evolución lógica de la “máquina-herramienta de fresar”, en un contexto en el cual era necesario aumentar la

productividad, la flexibilidad y la precisión; al tiempo que se mejoraban las condiciones de seguridad de los trabajadores, todo ello acompañado por la incorporación de la electrónica. Las características esenciales de un centro de mecanizado son que está dotado de un control numérico, puede realizar otras operaciones de mecanizado además del fresado y dispone de un cambiador de herramientas automático. El control numérico permite realizar, al cambiar de herramienta, distintas operaciones de mecanizado como fresado, taladrado y roscado. El sistema de cambio de herramienta está gobernado por el control numérico de la máquina y responde a conceptos estructurales, necesidades y soluciones de diseño distintas, pero, en todos los casos, debe asegurar la posibilidad de efectuar un cambio de herramienta en el transcurso de ejecución de un programa pieza, La tecnología CNC es una alternativa efectiva para los industriales que requieran elaborar piezas en poco tiempo y con la precisión necesaria para evitar defectos de fabricación. Además, brinda mayor seguridad a los operarios que manejan las máquinas que tienen dicha tecnología. Fuentes • Carlos Bernal, Instructor CMM Sena Bogotá, • www.gestiopolis.com - www.wikipedia.com

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CNC: Control numérico computarizado