CONTROL NUMÉRICO POR COMPUTADOR (CNC)
JESMELY DAVIANA DIAZ ANGARITA MANUEL ALEJANDRO JAIMES PINILLA EDWARD DANIEL RODRIGUEZ SANTOS FABIAN MAURICIO RINCON RAMIRES
MANTENIMIENTO ELECTRONICO INSTRUMENTAL INDUSTRIAL C.I.E.S. CUCUTA, NORTE DE SANTANDER
TABLA DE CONTENIDO 1. Control numérico por computador 2. Principio de funcionamiento 3. Aplicaciones 4. Programación en el control numérico 4.1. Programación manual 4.2. Programación automática 5. Características 6. Ventajas de cnc 7. Desventajas 8. Aplicaciones 9. Clases de cnc 9.1. Tornos 9.2. Taladradoras 9.3. Centros de maquinados 9.4. Fresadoras 10. conocimientos básicos 10.1. Historia del cnc 11. sistema de coordenadas 11.1 coordenadas absolutas y relativos
1. CONTROL NUMÉRICO POR COMPUTADOR Se considera de Control Numérico por Computador, también llamado CNC (en inglés Compute Numérica Control) (también Control Numérico Continuo Continuos Numérica Control), a todo dispositivo capaz de dirigir el posicionamiento de un órgano mecánico móvil mediante órdenes elaboradas de forma totalmente automática a partir de informaciones numéricas en tiempo real. Entre las operaciones de maquinado que se pueden realizar en una máquina CNC se encuentran las de torneado y de fresado. Sobre la base de esta combinación es posible generar la mayoría (si no son todas) las piezas de industria. Este es, sin duda, uno de los sistemas que ha revolucionado la fabricación de todo tipo de objetos, tanto en la industria metalúrgica como en muchos otros ámbitos productivos.
2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Para mecanizar una pieza se usa un sistema de coordenadas que especificarán el movimiento de la herramienta de corte. El sistema se basa en el control de los movimientos de la herramienta de trabajo con relación a los ejes de coordenadas de la máquina, usando un programa informático ejecutado por un ordenador. En el caso de un torno, hace falta controlar los movimientos de la herramienta en dos ejes de coordenadas: el eje de las X para los desplazamientos laterales del carro y el eje de las Z para los desplazamientos transversales de la torre. En el caso de las fresadoras se controlan los desplazamientos verticales, que corresponden al eje Z. Para ello se incorporan servomotores en los mecanismos de desplazamiento del carro y la torreta, en el caso de los tornos, y en la mesa en el caso de la fresadora; dependiendo de la capacidad de la máquina, esto puede no ser limitado únicamente a tres ejes.
3. APLICACIONES
Gráfico aproximado en escalas logarítmicas del coste unitario de mecanización en función del número de piezas a mecanizar por lote. Máquinas tradicionales. Máquinas de control numérico. Máquinas especiales o de transferencia (transfert). Aparte de aplicarse en las máquinas-herramienta para modelar metales, el CNC se usa en la fabricación de muchos otros productos de ebanistería, carpintería, etc. La aplicación de sistemas de CNC en las máquinasherramienta han hecho aumentar enormemente la producción, al tiempo que ha hecho posible efectuar operaciones de conformado que era difícil de hacer con máquinas convencionales, por ejemplo la realización de superficies esféricas manteniendo un elevado grado de precisión dimensional. Finalmente, el uso de CNC incide favorablemente en los costos de producción al propiciar la baja de costes de fabricación de muchas máquinas, manteniendo o mejorando su calidad.
4. PROGRAMACIÓN EN EL CONTROL NUMÉRICO Se pueden utilizar dos métodos, la programación manual y la programación automática. 4.1.
Programación manual
En este caso, el programa pieza se escribe únicamente por medio de razonamientos y cálculos que realiza un operario. El programa de mecanizado comprende todo el conjunto de datos que el control necesita para la mecanización de la pieza. Al conjunto de informaciones que corresponde a una misma fase del mecanizado se le denomina bloque o secuencia, que se numeran para facilitar su búsqueda. Este conjunto de informaciones es interpretado por el intérprete de órdenes. Una secuencia o bloque de programa debe contener todas las funciones geométricas, funciones máquina y funciones tecnológicas del mecanizado. De tal modo, un bloque de programa consta de varias instrucciones. El comienzo del control numérico ha estado caracterizado por un desarrollo anárquico de los códigos de programación. Cada constructor utilizaba el suyo particular. Posteriormente, se vio la necesidad de normalizar los códigos de programación como condición indispensable para que un mismo programa pudiera servir para diversas máquinas con tal de que fuesen del mismo tipo. Los caracteres más usados comúnmente, regidos bajo la norma DIN 66024 y 66025 son, entre otros, los siguientes: N: es la dirección correspondiente al número de bloque o secuencia. Esta dirección va seguida normalmente de un número de tres o cuatro cifras. En el caso del formato N03, el número máximo de bloques que pueden programarse es 1000 (N000 hasta N999). X, Y, Z: son las direcciones correspondientes a las cotas según los ejes X, Y, Z de la máquina herramienta (Y planos cartesianos). Dichas cotas se
pueden programar en forma absoluta o relativa, es decir, con respecto al cero pieza o con respecto a la última cota respectivamente. G: es la dirección correspondiente a las funciones preparatorias. Se utilizan para informar al control de las características de las funciones de mecanizado, como por ejemplo, forma de la trayectoria, tipo de corrección de herramienta, parada temporizada, ciclos automáticos, programación absoluta y relativa, etc. La función G va seguida de un número de dos cifras que permite programar hasta 100 funciones preparatorias diferentes. Ejemplos: G00: El trayecto programado se realiza a la máxima velocidad posible, es decir, a la velocidad de desplazamiento en rápido. G01: Los ejes se gobiernan de tal forma que la herramienta se mueve a lo largo de una línea recta. G02: Interpolación circular en sentido horario. G03: Interpolación circular en sentido anti horario. G33: Indica ciclo automático de roscado. G40: Cancela compensación. G41: Compensación de corte hacia la izquierda. G42: Compensación de corte a la derecha. G77: Es un ciclo automático que permite programar con un único bloque el torneado de un cilindro, etc. M: es la dirección correspondiente a las funciones auxiliares o complementarias. Se usan para indicar a la máquina herramienta que se deben realizar operaciones tales como parada programada, rotación del husillo a derechas o a izquierdas, cambio de útil, etc. La dirección m va seguida de un número de dos cifras que permite programar hasta 100 funciones auxiliares diferentes. Ejemplos:
M00: Provoca una parada incondicional del programa, detiene el husillo y la refrigeración. M01: Alto opcional. M02: Indica el fin del programa. Se debe escribir en el último bloque del programa y posibilita la parada del control una vez ejecutadas el resto de las operaciones contenidas en el mismo bloque. M03: Activa la rotación del husillo en sentido horario. M04: Activa la rotación del husillo en sentido anti horario, etc. (El sentido de giro del usillo es visto por detrás de la máquina, no de nuestro punto de vista como en los tornos convencionales) M05: Parada del cabezal M06: cambio de herramienta (con parada del programa o sin) en las máquinas de cambio automático no conlleva la parada del programa. F: es la dirección correspondiente a la velocidad de avance. Va seguida de un número de cuatro cifras que indica la velocidad de avance en mm/min. S es la dirección correspondiente a la velocidad de rotación del husillo principal. Se programa directamente en revoluciones por minuto, usando cuatro dígitos. I, J, K son direcciones utilizadas para programar arcos de circunferencia. Cuando la interpolación se realiza en el plano X-Y, se utilizan las direcciones I y J. Análogamente, en el plano X-Z, se utilizan las direcciones I y K, y en el plano Y-Z, las direcciones J y K. T es la dirección correspondiente al número de herramienta. Va seguido de un número de cuatro cifras en el cual los dos primeros indican el número de herramienta y los dos últimos el número de corrección de las mismas. 4.2.
Programación automática
En este caso, los cálculos los realiza un computador, que suministra en su salida el programa de la pieza en lenguaje máquina. Por esta razón recibe el nombre de mireda.
5. CARACTERÍSTICAS El mejor enfoque para obtener lo ultimo en exactitud de las maquinas y herramientas es el empleo de las mejoras en la rigidez estructural y la compensación de las deflexiones con el uso de controles especiales. La estructura del bastidor en c sé ah utilizado desde hace mucho tiempo por que permite fácil acceso a la zona de trabajo de la máquina. con la aparición del control numérico, sé ah vuelto practico el bastidor del tipo caja, que tiene una rigidez estática mucho mejor, por que se reduce mucho la necesidad de tener acceso manual de la zona de trabajo. El empleo de una estructura del tipo caja con paredes delgadas puede proporcionar bajo peso para una rigidez dada. el principio del diseño con peso ligero ofrece alta rigidez dinámica por que suministra una alta frecuencia natural de la estructura mediante la combinación de una elevada resistencia estática con un peso reducido, en vez de emplear una masa grande, esto es para las herramientas y el centro de control numérico. Pero para la fabricación de los equipos es necesario que sean robustos y que estén fijos para evitar vibraciones para que la pesa fabricar salga lo más perfecta posible, ya que la vibración provoca movimiento y esto es algo que no queremos que pase.
6. VENTAJAS DE CNC La automatizaciones el empleo de equipo especial para controlar y llevar a cabo los procesos de fabricación con poco o ningún esfuerzo humano. Se aplica en la fabricación de todos los tipos de artículos y procesos desde la materia prima hasta el producto terminado. las ventajas del control numérico computarizado es la facilidad de operación, programación más sencilla, mayor exactitud, adaptabilidad y menos costos de mantenimiento, la combinación del diseño con computadora, mayor productividad. -Mayor precisión en el torneado -Permite el corte de piezas complejas -Producción más rápida -Más fácil ajuste inicial -Menos habilidad para operar En el torno se realizan piezas cilíndricas. Precisión a 1/100 mm Velocidad: reduce 99% tiempo de ajuste
7. DESVENTAJAS La desventaja es que las condiciones que influyen en las decisiones con la automatizaci贸n son los crecientes costos de producci贸n, lato porcentaje de piezas rechazadas, demoras en la producci贸n, escasez de mano de obra, condiciones peligrosas de trabajo. Los factores que se deben estudiar con cuidado son 茅l ato costo inicial del equipo, los problemas de mantenimiento y el tipo de producto.
8. APLICACIONES
El CNC se utiliza para controlar los movimientos de los movimientos de los componentes de una maquina por medio de números. Las maquinas y herramientas con control numérico se clasifican de acuerdo al tipo de operación de corte. Un nuevo enfoque para optimizar las operaciones de maquinado es el control adaptativo. Mientras el material se esté maquinando, el sistema detecta las condiciones de operaciones como la fuerza, temperatura de la punta de la herramienta, rapidez de desgaste de la herramienta y acabado superficial. Convierte estos datos en control de avance y velocidad que permita a la maquina a cortar en condiciones optimas para obtener máxima productividad. se espera que los controles adaptativos, combinados con los controles numéricos y las computadoras, produzcan una mayor eficiencia en las operaciones de trabajos con los metales.
9. CLASES DE CNC 9.1.
Tornos
Se considera a los tornos la maquina más antigua del mundo. El torno básico tiene las siguientes partes principales: bancada, cabezal, contrapunta, carro corredizo. Los tipos de torno existen para diversas aplicaciones se puede listar como sigue: tornos mecánicos rápidos, horizontales, verticales, automáticos. Cada categoría influye una gran variedad de tornos y aditamentos, lo cual también depende del volumen de producción requerido. Se acostumbra especificar el tamaño del torno mecánico con el diámetro máximo admisible y la distancia entre centros, cuando la contrapunta está al ras con el extremo de la bancada, el diámetro máximo sobre las guías debe ser mayor que el diámetro nominal. Los tornos modernos se construyen con la capacidad de velocidades, rigidez y consistencia mecánica para aprovechar al máximo los nuevos y más fuertes materiales para herramientas. Las velocidades optimas para tornear depende de factores como el material de la pieza de trabajo y su condición, profundidad de corte. Y el tipo de herramienta de corte. Las velocidades de corte se deben de aumentar de la siguiente orden: Aceros de alta velocidad, aleaciones fundidas, carburo soldado con soldadura fuerte, carburo ajustable. Conforme aumenta la profundidad de corte, hay que reducir la velocidad.
9.2.
Taladradoras.
Las taladradoras verticales se suelen designar por una dimensión que indica en forma aproximada el diámetro del círculo más grande que se puede taladrar en su centro. Debajo de la maquina. Las taladradoras para trabajo pesado del tipo vertical, con transmisión por completo con engranes para la velocidad del avance, se construyen con una columna del tipo de caja a diferencia de las antiguas que tenían una columna cilíndrica. El tamaño de la taladradora radial se designa por la longitud del brazo, que representa el radio de una pieza que se puede taladrar en el centro. Las brocas helicoidales son las herramientas más comunes para taladrar y se fabrican en muchos tamaños y longitudes.
9.3.
Centros de maquinados
Nuevos adelantos en las maquinas y herramientas son los centros de maquinado, esto son una maquina puede tener unas 100 herramientas o más con un cambiador automático de ellas. Está diseñada para efectuar diversas operaciones sobre diferentes superficies de la pieza de trabajo. Los centros de maquinado pueden producir piezas complejas con gran exactitud y rapidez.
9.4.
Fresadoras
En las fresadoras se emplean cortadores con dientes múltiples conocidos como fresas. El fresado suele ser de corte o periférico. El filo sé enfría en forma intermitente, por que los cortes no son continuos. Las bocas de los huesillos y portaherramientas estándar de las fresadoras permiten intercambiar portaherramientas y fresas para fresado de frente, sin que importen la construcción o el tamaño de la maquina. La clasificación de las fresadoras se basa en su diseño, operación o finalidad. Las fresadoras del tipo columna y cartela tiene la mesa y el caballete soportado sobre la cartela ajustable verticalmente que está acuñada a la cara de la columna. La mesa se avanza en forma longitudinal sobre el caballete y este en forma transversal sobre la cartela para dar tres movimientos de avance.
Las maquinas de bancada fija son de construcción sencilla y rígida, su empleo principal es el trabajo de alto volumen de producción. Estas fresadoras suelen venir equipadas con aditamentos para sujetar con facilidad la pieza de trabajo y pueden construirse como de husillo sencillo o múltiple, sencillo o dúplex. En general se considera que dos clases de fresado representan todas las formas de estos procesos: periféricos y de frente. Cada uno tiene sus ventajas y la elección depende de numerosos factores, como el tipo y condición del equipo, duración de las herramientas, acabado superficial y parámetros del maquinado.
10.
CONOCIMIENTOS BASICOS
10.1. HISTORIA DEL CNC Su inicio fue en la revolución industrial en 1770 las maquinas eran operadas a mano, al fin se tiende mas y mas a la automatización ayudo el vapor, electricidad y materiales avanzados. En 1945 al fin de la 2 guerra mundial se desarrollo la computadora electrónica. En los 50´s se uso la computadora en una maquina herramienta. No paso mucho tiempo hasta que la computación fue incorporada masivamente a la producción. En los 60´s con los chips se reduce el costo de los controladores.
11.
SISTEMA DE COORDENADAS
-Ejes y coordenadas. Para programar una maquina herramienta se usan las coordenadas cartesianas. El sistema cartesiano fue desarrollado por descartes hace unos 300 años. Este sistema se describe cualquier punto del plano por medio de número y de las líneas X, Y la intersección de estas es el origen el eje se divide en cuadrantes. II I -x, y x, y III IV -x,-y x,-y -Sistema de coordenadas del torno. La herramienta puede mover en dos direcciones, a lo largo y hacia adentro y afuera X, Z X profundidad (adentro y afuera Z avance (movimiento de la plataforma).
11.1. Coordenadas absolutas y relativas
Absolutas: Las coordenadas se toman desde el origen Relativas: Se comienza desde un punto de referencia que generalmente coincide con la ubicaci贸n actual de la herramienta.