Instituto Tecnológico De Tapachula Ing. Electromecánica Taller de investigación ll Ing. Luis Alfonzo Cruz Caballero Presenta:
José Guadalupe Antonio Del Porte Maynor Amilcar López Jiménez Abner Nahori Chun Hernandez Hernandez Julio Ovidio Wong Solís Titulo: MINI CNC
Tapachula Chiapas 11 De Diciembre Del 2017 pág. 0
ÍNDICE PAGINA CAPITULO 1 1.-INTRODUCCIÓN DEL PROYECTO…………………….............................. ...................................1 ..........1 CAPITULO 2: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2.1.- ESTADO DEL ARTE…..……………………………………………………………2 2.2.- DEFINICIÓN DEL PROBLEMA......................... PROBLEMA...................................... ............................. ............................. ..................9 .....9 2.3.- OBJETIVO GENERAL.......................... GENERAL........................................... ............................. ......................... ............................ ................10 .10 2.4.- OBJETIVO ESPECIFICO ………............................ ......................................... ........................... ...........................10 .............10 2.5.- JUSTIFICACIÓN ….………………………………………………………………..11 2.6.- ALCANCES Y LIMITACIONES …………………………………………………..12 CAPITULO 3: HIPOTESIS 3.1.- TIPO DE HIPOTESIS ……………………………………………………………..13 3.2.- DEFINICIÓN DE VARIABLES ……………………………………………………13 3.3.- DEFINICIÓN CONCEPTUAL …………………………………………………….14 3.4.- DEFINICIÓN OPERACIONAL ……………………………………………………14 3.5.- INDICADORES …………………………………………………………………….14 CAPITULO 4: MARCO TEORICO ……………………………………………………..15 CAPITULO 5: DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ……………………………………34 5.1.- TIPO DE INVETIGACIÓN ………………………………………………………...34 5.2.- ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN …………………………………………….35 5.3.- DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ……………………………………………….35 14.- CONCLUSIÓN……………….……………………………………………………..36 15.- BIBLIOGRAFIA ……………………………………………………………………..37
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CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN. En este proyecto daremos a conocer la importancia de un CNC hoy en día con la ingeniería moderna, ya que una máquina-herramienta ha jugado un papel fundamental en el desarrollo tecnológico del mundo hasta el punto de que no es una
exageración
decir
que
la
tasa
del
desarrollo
de máquinas herramientas gobierna directamente la tasa del desarrollo industrial. En la actualidad, encontramos máquinas CNC en casi todas partes, que ya no solo abarcan los grandes establecimientos industriales, sino también talleres de todo tipo, tanto de pequeña como mediana envergadura. Prácticamente no existe ámbito alguno de un proceso de fabricación que no dependa de estas poderosas y versátiles máquinas. Una máquina CNC es muy importante en las industrias ya que esta máquina se puede utilizar para cualquier proceso de manufactura, el principal objetivo de la maquina CNC es el hacer la operaciones de manufactura en menor tiempo y tener más producción ya que los trabajadores están limitados para hacer una mayor producción, además estas máquinas hacen el trabajo con calidad, precisión y pueden tener una cierta repetibilidad del proceso de trabajo. Nuestro proyecto es básicamente una mini maquina CNC, la cual tiene la capacidad de poder realizar cualquier tipo de dibujo en 2d que es básicamente la impresión de un dibujo en calidad. Una de las ventajas de tener una mini CNC que realice dibujos es, que ya no hay que preocuparnos de la calidad del dibujo y la precisión manual, ya que teniendo esta máquina podrá realizar sin ningún problema lo que se busca en el proceso de trabajo, porque la mini CNC estará programada para que pueda realizar cada una de las ordenes que le dará la computadora, como por ejemplo las coordenadas donde debe de trabajar el lápiz. La mini CNC trae muchos beneficios para el usuario como lo que hemos mencionado antes que es la calidad, el tiempo y una mejor producción.
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CAPÍTULO 2: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 2.1- Estado del arte. Introducción A la hora de tratar cualquier tema relacionado con las mini CNC
cabe
mencionar los diferentes tipos de materiales que se utilizan y el diferente proceso que cada uno desempeñan. A continuación se muestran, de forma general, estos temas, haciendo notar que más a delante se profundizará sobre los materiales de utilización el proceso que realizan.
2.1.2.- Los materiales
La lectora de DVD (en algunos países "toca DVD") es el dispositivo o aparato electrónico utilizado para reproducir discos DVD y CD. La mayoría de los reproductores de DVD tienen que estar conectados a un aparato de salida como el televisor. También
existe
el
reproductor
portátil,
que
tiene
una
pantalla
de LCD incorporada. Un reproductor de DVD realiza estas funciones:
Leer un disco DVD en formato UDF versión 2.
Opcionalmente, descifrar los datos, con CSS
Decodificar el flujo de vídeo MPEG-2 con un máximo de 10 Mbit/s (pico) o 8 Mbit/s (continuo).
Decodificar sonido en formato MPEG, PCM o AC-3 y salida (con opcional AC-3 a estéreo) en conector estéreo, óptico o digital eléctrico.
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Dar
salida
a
una
señal
de
vídeo,
bien
analógica
(en
formato PAL, SECAM o NTSC) en el conector de señal de vídeo de color o digital en el conector de salida DVI. La mayoría de los reproductores de DVD permiten a los usuarios reproducir audio CD (CDDA, MP3, etc.) y video CD e incluyen un decodificador home cinema (Dolby Digital). Algunos aparatos nuevos también reproducen videos en el formato de compresión DivX y Xvid, ambos muy populares en internet.
Arduino (Genuino a nivel internacional hasta octubre 2016), es una compañía de hardware libre y una comunidad tecnológica que diseña y manufactura
placas
de
desarrollo
de
hardware,
compuestas
por
Microcontroladores, elementos pasivos y activos. Por otro lado las placas son programadas a través de un entorno de desarrollo (IDE), el cual compila el código al modelo seleccionado de placa. Arduino se enfoca en acercar y facilitar el uso de la electrónica y programación de sistemas embebidos en proyectos multidisciplinarios. Toda la plataforma, incluyendo sus componentes de hardware (esquemáticos) y Software, son liberados con licencia de código abierto que permite libertad de acceso a ellos. El hardware consiste en una placa de circuito impreso con un microcontrolador, usualmente Atmel AVR, puertos digitales y analógicos de entrada/salida, los cuales pueden conectarse a placas de expansión (shields), que amplían los funcionamientos de la placa Arduino. Asimismo, posee un puerto de conexión USB desde donde se puede alimentar la placa y establecer comunicación con el computador. Por otro lado, el software consiste en un entorno de desarrollo (IDE) basado en el entorno de processing y lenguaje de programación basado en Wiring, así como en el cargador de arranque (bootloader) que es ejecutado en la placa. El microcontrolador de la placa se programa mediante un computador, usando una comunicación serie mediante un convertidor de niveles RS-232 a TTL. La primera placa Arduino fue introducida en 2005, ofreciendo un bajo costo y facilidad de uso para novatos y profesionales. Buscaba desarrollar proyectos pág. 3
interactivos con su entorno mediante el uso de actuadores y sensores. A partir de octubre de 2012, se incorporaron nuevos modelos de placas de desarrollo que usan microcontroladores Cortex M3, ARM de 32 bits,que coexisten con los originales modelos que integran microcontroladores AVR de 8 bits. ARM y AVR no son plataformas compatibles en cuanto a su arquitectura, por lo cual tampoco lo es su set de instrucciones, pero se pueden programar y compilar bajo el IDE predeterminado de Arduino sin ningún cambio. Las placas Arduino están disponibles de dos formas: ensambladas o en forma de kits "Hazlo tú mismo" (por sus siglas en inglés "DIY"). Los esquemas de diseño del hardware están disponibles bajo licencia libre, con lo que se permite que cualquier persona pueda crear su propia placa Arduino sin necesidad de comprar una prefabricada. Adafruit Industries estimó a mediados del año 2011 que, alrededor de 300 000 placas Arduino habían sido producidas comercialmente y en el año 2013 estimó que alrededor de 700 000 placas oficiales de la empresa Arduino estaban en manos de los usuarios. Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos interactivos autónomos o puede ser conectado a software tal como Adobe Flash, Processing, Max/MSP, Pure Data, etc. Una tendencia tecnológica es utilizar Arduino como tarjeta de adquisición de datos desarrollando interfaces en software como JAVA, Visual Basic y LabVIEW. El entorno de desarrollo integrado es software libre, y por tanto se puede descargar y modificar gratuitamente; utiliza la licencia Creative Commons, con copyleft y derechos de atribución al autor. El proyecto Arduino recibió una mención honorífica en la categoría de Comunidades Digitales en el Prix Ars Electrónica de 2006. Arduino como herramienta educativa es muy útil y efectiva. Existen diferentes web con recursos, tutoriales, trucos y ejercicios, además de existir tutoriales oficiales de Arduino. La plataforma en sí misma tiene una gran comunidad a su alrededor donde se puede encontrar muchos recursos, desde tutoriales para iniciarse desde cero hasta aquellos destinados a usuarios más avanzados.
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Aplicaciones La plataforma Arduino ha sido usada como base en diversas aplicaciones electrónicas:
Xoscillo: Osciloscopio de código abierto
Equipo científico para investigaciones
Arduinome: Un dispositivo controlador MIDI
OBDuino: un económetro que usa una interfaz de diagnóstico a bordo que se halla en los automóviles modernos
SCA-ino: Sistema de cómputo automotriz capaz de monitorear sensores como el TPS, el MAP y el 02S y controlar actuadores automotrices como la bobina de ignición, la válvula IAC y aceleradores electrónicos
Humane Reader: dispositivo electrónico de bajo coste con salida de señal de TV que puede manejar una biblioteca de 5000 títulos en una tarjeta microSD
The Humane PC: equipo que usa un módulo Arduino para emular un computador personal, con un monitor de televisión y un teclado para computadora
Ardupilot: software y hardware de aeronaves no tripuladas
ArduinoPhone: un teléfono móvil construido sobre un módulo Arduino
Máquinas de control numérico por computadora (CNC)
Open Theremín Uno: Versión digital de hardware libre del instrumento Theremín
Impresoras 3D
Ambilight, sistema de retroiluminación led imitando el sistema de los televisores Philips
Esquema de conexiones Entradas y salidas
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Poniendo de ejemplo al módulo Diecimila, este consta de 14 entradas digitales configurables como entradas y/o salidas que operan a 5 voltios. Cada contacto puede proporcionar o recibir como máximo 40 mA. Los contactos 3, 5, 6, 9, 10 y 11 pueden proporcionar una salida PWM (Pulse Width Modulation). Si se conecta cualquier cosa a los contactos 0 y 1, eso interferirá con la comunicación USB. Diecimila también tiene 6 entradas analógicas que proporcionan una resolución de 10 bits. Por defecto, aceptan de 0 hasta 5 voltios (aunque es posible cambiar el nivel más alto utilizando el contacto Aref y algún código de bajo nivel). Especificaciones
Las especificaciones de los distintos modelos de placas Arduino se
resumen en la siguiente tabla:
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Los modelos Arduino Diecimila, Arduino Duemilanove y Arduino Mega están basados en los microcontroladores ATmega168, ATmega328 y ATmega1280
Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. Un servomotor es un motor eléctrico que puede ser controlado tanto en velocidad como en posición. Es posible modificar un servomotor para obtener un motor de corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos. Características Está conformado por un motor y un circuito de control. También potencia proporcional para cargas mecánicas. Un servo, por consiguiente, tiene un consumo de energía reducido. La corriente que requiere depende del tamaño del servo. Normalmente el fabricante indica cuál es la corriente que consume. La
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corriente depende principalmente del par, y puede exceder un amperio si el servo está enclavado. En otras palabras, un servomotor es un motor especial al que se ha añadido un sistema de control (tarjeta electrónica), un potenciómetro y un conjunto de engranajes. Con anterioridad los servomotores no permitían que el motor girara 360 grados, solo aproximadamente 180; sin embargo, hoy en día existen servomotores en los que puede ser controlada su posición y velocidad en los 360 grados. Los servomotores son comúnmente usados en modelismo como aviones, barcos, helicópteros y trenes para controlar de manera eficaz los sistemas motores y los de dirección.
Control Los servomotores hacen uso de la modulación por ancho de pulsos (PWM) para controlar la dirección o posición de los motores de corriente continua. La mayoría trabaja en la frecuencia de los 50 Hertz, así las señales PWM tendrán un periodo de veinte milisegundos. La electrónica dentro del servomotor responderá al ancho de la señal modulada. Si los circuitos dentro del servomotor reciben una señal de entre 1 a 1,4 milisegundos, éste se moverá en sentido horario; entre 1,6 a 2 milisegundos moverá el servomotor en sentido antihorario; 1,5 milisegundos representa un estado neutro para los servomotores estándares. A continuación se exponen ejemplos de cada caso: Señal de ancho de pulso modulado:
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Esta clase de motor no es muy usado en las industrias ni en los trabajos mecánicos por su precio y el coste del control. Esta tendencia va a menos a medida que dichos aspectos van reduciendo su coste.
2.2- Definición del problema En los últimos años el instituto tecnológico de Tapachula, en sus diferentes carreras se ha identificado falta de materiales y herramientas para poder enseñar a sus estudiantes debidamente, las materias o asignaturas donde se enseña el mecanizado de piezas y se ocupen maquinaria como fresadoras y tornos tiene poca importancia por los estudiantes que atraviesan estas materias en diferentes semestre debido al insuficiente material didáctico existente en los talleres de la institución los mismos que deben ser utilizados por los estudiantes para realizar
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trabajos prácticos. Además existe poco material didáctico creado por los estudiantes, los mismos que necesitan aplicar los conocimientos teóricos que dan los maestros, a más de eso no existe suficiente motivación por parte de todos los maestros para que se interesen por realizar material didáctico para los talleres.
2.3.- Objetivo general Incentivar y promocionar a la especialidad de mecanizado y construcciones metálicas con la construcción de máquinas e implementos necesarios para los estudiantes. Necesidades planteadas por el usuario. Las necesidades planteadas por los posibles usuarios son las siguientes: Precisión.
Fácil interacción con el usuario.
Compatible con herramientas de CAD.
De fácil mantenimiento.
Vínculo entre la geometría deseada con la geometría obtenida.
Con diferentes ejes.
Fácil acceso.
Área de trabajo amplia.
Tiempos de fabricación cortos
2.4.- Objetivos específicos
Diagnosticar como utilizar las herramientas existentes en el taller Mecánico.
Evaluar a los estudiantes sobre el interés que tienen por seguir la especialidad de Mecánica.
Realizar trabajos prácticos de utilidad para los estudiantes.
Desarrollo de conocimientos adquiridos en la formación de la ingeniería.
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2.5. Justificación
Con la elaboración de este proyecto se contribuirá a la solución de problemas existentes en el en el instituto tecnológico de Tapachula debido a que no cuenta con el suficiente equipamiento en sus talleres, por lo que es necesario como en toda rama técnica las debidas prácticas ya que estas son las que forman parte de los futuros profesionales y son la esencia del dominio y destreza de los conocimientos.
Dentro de la especialidad todo técnico debe tener motricidad excelente, y esto lo conseguiremos con una perseverante practica y la constante manipulación de las maquinas herramientas que se utilizan en esta especialidad. Se justifica también el presente trabajo porque a más de beneficiarse el instituto tecnológico de Tapachula, este proyecto es una motivación para que los profesores maestros de esta especialidad y las autoridades del plantel se esfuercen conjuntamente y equipen los talleres, y así puedan motivar a los estudiantes para que se inclinen por seguir esta especialidad, ya que en los últimos tiempos las especialidades técnicas han adquirido una gran acogida por la comunidad, sin embargo muy pocas instituciones cuentan con los equipos necesarios para que los profesores puedan enseñarles un poco del desarrollo y funcionamiento de una máquina de CNC.
Este proyecto mini CNC les permitirá visualizar su funcionamiento a una menor escala de una real e industrial, pero lo importante es que el alumno interprete, visualice y desarrolle conocimiento que les serán de mucha utilidad en un futuro cuando ya se desarrolle en el campo laboral.
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2.6. Alcances y limitaciones
Alcances
Se determina la viabilidad del proyecto expuesto, su rentabilidad, sus ventajas y su monto de inversión
Se definirá un plan estratégico para que el proyecto se realice en tiempo y forma.
Lograr que el proyecto se utilice como material didáctico en el instituto.
Lograr que los alumnos y el maestro se interesen por las materias donde se realizan maquinados y elaboración de piezas.
Que el alumno adquiera el conocimiento de su utilización y su importancia que tiene esta especialidad en la carrera.
Limitaciones
Es este caso los materiales nos serian una limitación ya que se ocupan materiales reciclables y de buen precio.
La información base en la proporcionada por investigación y cualquier cambio modificara las cifras financieras y tiempo.
El prototipo desempeñara la misma función de una CNC real pero en menor escala
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CAPITULO 3: HIPOTESIS Dado al hecho en que nos enfocaremos a través de este proyecto, dando a conocer la formación y función de un equipo didáctico pero con un gran potencial en cuanto a la rama de mecánica, y programación, así pues dado a la falta de herramientas y equipamiento en el taller, éste proyecto servirá de ayuda como ejemplo de que podemos avanzar hacia un mejor aprendizaje en cuanto a la programación y tener las bases para poder hacer uso de las cnc, dado a que esta programación no solo es usado en impresoras 3D si no también en fresadoras, torneado, taladrado etc. Así pues se hace énfasis en que podremos elaborar una mini impresora 3D funcional y dar ejemplo a través de ella la importancia que tiene la rama de la automatización de máquinas. Con este proyecto se demostrara la importancia que tiene el uso de la programación en CNC con un prototipo simple pero funcional, para que con el fin de darnos cuenta que la tecnología ha avanzado demasiado y nosotros no podemos quedarnos obsoleto y debemos avanzar y promover los conocimientos y la información necesaria para darnos cuenta de que la programación es hoy en día lo que más mueve a las industrias y al mecanizado de sus procesos.
3.1 tipo de hipótesis Hipótesis de causalidad Este tipo de hipótesis no solamente afirma las relaciones entre dos o más variables y cómo se dan dichas relaciones, sino que además proponen un “sentido de entendimiento” de ellas. Establecen relaciones de causa -efecto. Para poder
establecer causalidad antes debe haberse demostrado correlación, pero además la causa debe ocurrir antes que el efecto.
3.2 Definición de variables Importancia de las CNC hoy en día la creación de un prototipo para dar a conocer la programación antes mencionada.
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Dar un impulso a la carrera para la implementación de maquinara a través de la programación.
3.3 Definición conceptual La impresora 3D funciona a través de servomotores que se accionaran haciendo un dibujo según el comando dado.
3.4 Definición operacional Los costos de mantenimiento para una máquina que trabaja a través de programación son costos elevados. Su eficiencia en el procesamiento como su costo en mantenimiento son elevados.
3.5 indicadores Con la implementación de la manufactura avanzada, se ha dado un gran salto de desarrollo en el último siglo. La carrera ingeniería electromecánica como ya es conocida, con la especialidad de automatización es aquí donde más énfasis se debe hacer a la programación de maquinaria.
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CAPITULO 4: MARCO TEÓRICO CNC (CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO) En la actualidad, encontramos máquinas CNC en casi todas partes, que ya no solo abarcan los grandes establecimientos industriales, sino también talleres de todo tipo, tanto de pequeña como mediana envergadura. Prácticamente no existe ámbito alguno de un proceso de fabricación que no dependa de estas poderosas y versátiles máquinas. Sin embargo, a pesar de su amplia aplicación, pocos fuera del entorno industrial están familiarizados con el fundamento de la tecnología CNC y desconocen su funcionamiento y utilidad. Antes y después del control numérico (CNC) La explosiva expansión industrial desde comienzos del siglo XX y el empleo masivo de maquinaria impulsada por energía motriz demandó una búsqueda constante de procesos cada vez más eficientes. Hasta hace unos 60-65 años, la mano de obra requerida en las tareas industriales era densa, lo cual no sólo exigía enormes dotaciones de obreros, sino que además afectaba la calidad, precisión y repetibilidad, encarecía los costos y disminuía la producción. Pero ¿En qué medida? Podemos verlo con un ejemplo simple. Muchos de los que trabajan en un taller mecánico, conocen una de las operaciones más sencillas de manufactura, es decir, perforar orificios en una chapa metálica con un taladro manual de columna. Para ello, el operario debe realizar una multiplicidad de tareas: ubicar la chapa en la mesa del taladro, colocar una broca en el mandril y asegurarla al husillo, seleccionar la velocidad de rotación mediante un cambio de poleas, activar el husillo y accionar la palanca, o el volante de avance, para dirigir la broca hacia la chapa a mecanizar. Ahora imaginemos la viabilidad de un proceso como este en un entorno industrial donde deben realizarse cientos de orificios en cientos de chapas, en el menor tiempo posible, al menor costo y con la máxima calidad de producción. Ese
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fue precisamente el desafío que enfrentaron las industrias durante la primera mitad del siglo XX y, por lo tanto, los avances tecnológicos cobraron impulso hacia la automatización de los procesos de manufactura, es decir, hacia el diseño de máquinas capaces de programarse para realizar automáticamente todas las tareas manuales de un operario. Es así como ya entrada la década de los ‘50 se introdujo en Estados Unidos
el concepto de control numérico (CN) en una fresadora, que usaba tecnología de válvulas de vacío y la carga de datos se realizaba mediante tarjetas perforadas. Ya en los años ‘60 las válvulas de vacío eran reemplazadas por transistores, hasta que la introducción de las computadoras en la década del ‘70 sentó las bases
definitivas de lo que hoy conocemos como tecnología del control numérico computarizado (CNC). Los microprocesadores revolucionaron el mundo del control numérico, permitiendo integrar prestaciones tales como, entre otras, ayudas avanzadas de la programación, presentación gráfica de la trayectoria de la herramienta, subprogramas y ciclos fijos, y comunicaciones e integración en redes. A comienzos de los ’90 se introdujo la tecnología de control numérico abierto, que
posibilita su personalización y la incorporación de conocimientos propios, programación gráfica interactiva, comunicación digital con los accionamientos y otro nutrido etcétera que nos ofrece las notables ventajas actuales de la maquinaria CNC. ¿Qué es el CNC y cómo está compuesta una máquina CNC? En pocas palabras, el control numérico computarizado es el uso de una computadora para controlar y monitorear los movimientos de una máquina herramienta. Entre esas máquinas herramienta, tanto estáticas como portátiles, podemos mencionar: fresadora, torno, rectificadora, máquina de corte por láser, por chorro de agua o por electroerosión, estampadora, prensa, brazo robotizado, etc. Las máquinas de gran porte cuentan con una computadora dedicada que forma parte del equipo, y la mayoría dispone de un sofisticado sistema de realimentación que monitorea y ajusta constantemente la velocidad y posición de pág. 16
la herramienta de corte. Las máquinas menos exigentes usadas en talleres admiten el uso de una computadora personal externa. El controlador CNC trabaja en conjunto con una serie de motores (servomotores y/o motores paso a paso), así como componentes de accionamiento para desplazar los ejes de la máquina de manera controlada y ejecutar los movimientos programados. Una máquina CNC, por lo tanto, consiste en seis elementos principales:
Dispositivo de entrada
Unidad de control o controlador
Máquina herramienta
Sistema de accionamiento
Dispositivos de realimentación (sólo en sistemas con servomotores)
Monitor
La siguiente figura muestra un diagrama de bloques de una máquina CNC típica, provista de servomotores.
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Figura 1: Diagrama de bloques de una maquina CNC ¿Cómo funciona una máquina CNC? Como observamos en la figura anterior, básicamente, el controlador de las máquinas CNC recibe instrucciones de la computadora (en forma de códigos G y códigos M) y mediante su propio software convierte esas instrucciones en señales eléctricas destinadas a activar los motores que, a su vez, pondrán en marcha el sistema de accionamiento. Para comprender en términos generales cómo funciona una máquina CNC vamos ahora a examinar dos de las funciones específicas que pueden programarse. Control de movimiento Todas las máquinas CNC comparten una característica en común: tienen dos o más direcciones programables de movimiento llamadas ejes. Un eje de movimiento puede ser lineal (en línea recta) o rotatorio (en una trayectoria circular). Una de las primeras especificaciones que implica la complejidad de una máquina CNC es la cantidad de ejes que tiene. En términos generales, a mayor cantidad de ejes, mayor complejidad. Los ejes de una máquina CNC son un requisito para generar los movimientos necesarios para el proceso de fabricación. Si seguimos con el ejemplo de un taladro industrial, los ejes ubicarían la herramienta sobre el orificio a mecanizar (en dos ejes) y efectuarían la operación (con el tercer eje). Los ejes se denominan con letras. Los nombres más comunes de los ejes lineales son X, Y y Z, mientras que los más comunes de los ejes giratorios son A, B y C. El control de movimiento puede realizarse mediante dos sistemas, que pueden funcionar individualmente o combinados entre sí:
Valores absolutos (código G90), donde las coordenadas del punto de destino son referidas al punto de origen de coordenadas. Se usan las
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variables X (medida del diámetro final) y Z (medida en dirección paralela al eje de giro del husillo).
Valores incrementales (código G91), donde las coordenadas del punto de destino son referidas al punto actual. Se usan las variables U (distancia radial) y W (medida en dirección paralela al eje de giro del husillo).
Programa CNC Este es un listado secuencial de instrucciones que ejecutará la máquina. Esas instrucciones se conocen como programa CNC, el cual debe contener toda la información requerida para el mecanizado de la pieza. El programa CNC está escrito en un lenguaje de bajo nivel denominado G y M, estandarizado por las normas 6983 de ISO (Organización Internacional de Normalización) y RS274 de EIA (Alianza de Industrias Electrónicas) y compuesto por instrucciones Generales (código G) y Misceláneas (código M). El programa presenta un formato de frases conformadas por bloques, encabezados por la letra N, tal como vemos en la figura de abajo, donde cada movimiento o acción se realiza secuencialmente y donde cada bloque está numerado y generalmente contiene un solo comando.
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Figura 2: Programa Maquina CNC El código G describe las funciones de movimiento de la máquina (por ejemplo, movimientos rápidos, avances, avances radiales, pausas, ciclos), mientras que el código M describe las funciones misceláneas que se requieren para el mecanizado de la pieza, pero que no corresponden a los movimientos de la máquina (por ejemplo, arranque y detención del husillo, cambio de herramienta, refrigerante, detención del programa). A su vez, cada código contiene variables (direcciones), identificadas con otras letras y definidas por el programador para cada función específica. Por ejemplo, F define la velocidad de avance, S la velocidad del husillo, T la herramienta seleccionada, X, Y y Z el movimiento de los ejes, I, J y K la localización del centro de un arco, etc. Debemos tener en cuenta que, dado que todas son diferentes, cada máquina tendrá su propio programa CNC, ya que, por ejemplo, una plegadora de chapas no tiene husillo ni requiere de refrigerante. A tal efecto, la tabla ilustrativa que sigue muestra los códigos G y M más usados para un torno CNC.
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Códigos G y M para torno CNC
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CNC SHIELD El CNC Shield para Arduino, hace que sus proyectos CNC sean fáciles de montar haciéndolos que funcionen en unas pocas horas. Utiliza el firmware de código abierto en Arduino para controlar 4 motores paso a paso (PAP o Stepper), donde cuenta con 4 zócalos, para insertar 4 controladores A4988. Con este Shield y un Arduino usted puede construir todo tipo de proyectos de robótica o proyectos CNC incluyendo enrutadores CNC, cortadoras laser e incluso maquinas pick & place´s (P&Ps), para el montaje de componentes SMD en circuitos electrónicos.
Características:
GRBL 0.8c compatible. (Firmware de código abierto que se ejecuta en un Arduino, que convierte los comandos de código G en señales de eléctricas para mover en pasos los motores).
4 ejes de soporte X, Y, Z, A (el eje A, puede duplicar los ejes X, Y, Z o por defecto, hacer un cuarto eje completo con firmware personalizado utilizando los pines D12 y D13).
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2 finales de carrera para cada eje (6 en total).
Opciones
de
"Habilitar
Husillo",
"Dirección
de
Husillo"
y
"Habilitar/Deshabilitar Refrigerante”.
4 Zócalos compatibles para el uso de controladores de motores paso a paso (PAP) A4988, DRV8825 u otros compatibles.
Puentes para ajustar el micro-escalonamiento de los pasos, permitiendo controlar de forma más precisa sus motores (Algunos controladores como el DRV8825 pueden hacer hasta 1/32 pasos).
Diseño compacto.
Molex de 4 pines, para conectar tus motores PAP.
Regleta para el voltaje de entrada que puede variar entre 12-36 VDC (Por el momento solo los controladores DRV8825, soportan hasta 36V, así que por favor tener en cuenta el voltaje de trabajo de tus controladores antes de alimentar su CNC Shield).
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ARDUINO UNO Arduino - Distribución de pines: Todos los pines de distribución desde el Arduino al CNC Shield, con su respectiva función, se muestra a continuación:
Arduino es una plataforma de prototipos electrónica de código abierto (open-source) basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar. Está pensado para artistas, diseñadores, como hobby y para cualquiera interesado en crear objetos o entornos interactivos. Arduino puede sentir el entorno mediante la recepción de entradas desde una variedad de sensores y puede afectar a su alrededor mediante el control de luces, motores y otros artefactos.
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El microcontrolador Programming
Language
de
la
placa
(basado en
se
Wiring)
programa y
usando
el Arduino
el Arduino
Development
Environment (basado en Processing). Los proyectos de Arduino pueden ser
autonomos o se pueden comunicar con software en ejecución en un ordenador (por
ejemplo
con Flash,
Processing,
MaxMSP ,
etc.).
Las placas se pueden ensamblar a mano o encargarlas preensambladas; el software se puede descargar gratuitamente. Los diseños de referencia del hardware (archivos CAD) están disponibles bajo licencia open-source, por lo que eres libre de adaptarlas a tus necesidades. ¿Por qué Arduino? Hay muchos otros microcontroladores y plataformas microcontroladoras disponibles para computación física. Parallax Basic Stamp, Netmedia’s BX -24, Phidgets, MIT’s Handyboard, y mu chas otras ofertas de funcionalidad similar.
Todas estas herramientas toman los desordenados detalles de la programación de microcontrolador y la encierran en un paquete fácil de usar. Arduino también simplifica el proceso de trabajo con microcontroladores, pero ofrece algunas ventajas para profesores, estudiantes y aaficionados interesados sobre otros sistemas:
Barato: Las placas Arduino son relativamente baratas comparadas con otras plataformas microcontroladoras. La versión menos cara del módulo Arduino puede ser ensamblada a mano, e incluso los módulos de Arduino preensamblados cuestan menos de 50$.
Multiplataforma: El software de Arduino se ejecuta en sistemas operativos Windows, Macintosh OSX y GNU/Linux. La mayoría de los sistemas microcontroladores están limitados a Windows.
Entorno de programación simple y clara: El entorno de programación de Arduino es fácil de usar para principiantes, pero suficientemente flexible para que usuarios avanzados puedan aprovecharlo también. Para profesores, está convenientemente basado en el entorno de programación
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Processing, de manera que estudiantes aprendiendo a programar en ese entorno estarán familiarizados con el aspecto y la imagen de Arduino.
Código abierto y software extensible: El software Arduino está publicado como herramientas de código abierto, disponible para extensión por programadores experimentados. El lenguaje puede ser expandido mediante librerías C++, y la gente que quiera entender los detalles técnicos pueden hacer el salto desde Arduino a la programación en lenguaje AVR C en el cual está basado. De forma similar, puedes añadir código AVR-C directamente en tus programas Arduino si quieres.
Código abierto y hardware extensible: El Arduino está basado en microcontroladores ATMEGA8 y ATMEGA168 de Atmel. Los planos para los módulos están publicados bajo licencia Creative Commons, por lo que diseñadores experimentados de circuitos pueden hacer su propia versión del
módulo,
extendiéndolo
y
mejorándolo.
Incluso
usuarios
relativamente inexpertos pueden construir la versión de la placa del módulo para entender cómo funciona y ahorrar dinero. Arduino (Genuino a nivel internacional hasta octubre 2016), es una compañía de hardware libre y una comunidad tecnológica que diseña y manufactura placas de desarrollo de hardware, compuestas por Microcontroladores, elementos pasivos y activos. Por otro lado las placas son programadas a través de un entorno de desarrollo (IDE), el cual compila el código al modelo seleccionado de placa. Arduino se enfoca en acercar y facilitar el uso de la electrónica y programación de sistemas embebidos en proyectos multidisciplinarios. Toda la plataforma, incluyendo sus componentes de hardware (esquemáticos) y Software, son liberados con licencia de código abierto que permite libertad de acceso a ellos. El hardware consiste en una placa de circuito impreso con un microcontrolador, usualmente Atmel AVR, puertos digitales y analógicos de entrada/salida, los cuales pueden conectarse a placas de expansión (shields), que amplían los
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funcionamientos de la placa Arduino. Asimismo, posee un puerto de conexión USB desde donde se puede alimentar la placa y establecer comunicación con el computador. Por otro lado, el software consiste en un entorno de desarrollo (IDE) basado en el entorno de processing y lenguaje de programación basado en Wiring, así como en el cargador de arranque (bootloader) que es ejecutado en la placa. El microcontrolador de la placa se programa mediante un computador, usando una comunicación serie mediante un convertidor de niveles RS-232 a TTL. La primera placa Arduino fue introducida en 2005, ofreciendo un bajo costo y facilidad de uso para novatos y profesionales. Buscaba desarrollar proyectos interactivos con su entorno mediante el uso de actuadores y sensores. A partir de octubre de 2012, se incorporaron nuevos modelos de placas de desarrollo que usan microcontroladores Cortex M3, ARM de 32 bits, que coexisten con los originales modelos que integran microcontroladores AVR de 8 bits. ARM y AVR no son plataformas compatibles en cuanto a su arquitectura, por lo cual tampoco lo es su set de instrucciones, pero se pueden programar y compilar bajo el IDE predeterminado de Arduino sin ningún cambio. Aplicaciones La plataforma Arduino ha sido usada como base en diversas aplicaciones electrónicas:
Arduinome: Un dispositivo controlador MIDI. OBDuino: un económetro que usa una interfaz de diagnóstico a bordo que se halla en los automóviles modernos.
SCA-ino: Sistema de cómputo automotriz capaz de monitorear sensores como el TPS, el MAP y el 02S y controlar actuadores automotrices como la bobina de ignición, la válvula IAC y aceleradores electrónicos.
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Ardupilot: software y hardware de aeronaves no tripuladas. Máquinas de control numérico por computadora (CNC).
Impresoras 3D. Ambilight, sistema de retroiluminación led imitando el sistema de los televisores Philips.
Características técnicas:
Precio de un arduino:
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MOTORES PASO A PASO Los motores paso a paso (P-P) pueden verse como motores eléctricos sin sistema de conmutación. Típicamente, todas las bobinas del motor están en el estator y el rotor es, o un imán permanente o, en el caso de motores de reluctancia variables, un bloque de algún material magnéticamente blando. Toda la conmutación debe ser manejada externamente por el controlador del motor y, habitualmente, los motores y controladores están diseñados para que el motor pueda ser mantenido en una posición o rotar en uno u otro sentido. La mayoría de estos motores pueden ser manejados a frecuencias de audio permitiendo un giro rápido y, con un controlador apropiado, pueden ser arrancados y parados en posiciones controladas.
Para algunas aplicaciones existe una posibilidad de elección entre el uso de servomotores y de motores P-P. Ambos tipos ofrecen prestaciones similares para posicionamientos precisos, pero difieren en algunos aspectos. Los servomotores requieren sistemas de realimentación analógica. Típicamente, esto involucra un potenciómetro para proporcionar realimentación acerca de la posición del rotor, y alguna circuitería para dirigir corriente a través del motor de forma inversamente proporcional a la diferencia entre la posición actual y la deseada. La elección entre uno u otro tipos de motor dependen fundamentalmente de la aplicación. Por ejemplo, la repetibilidad del posicionado con un motor P-P depende de la geometría del rotor, mientras que en el servomotor generalmente depende de la
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estabilidad del potenciómetro y de otros componentes del circuito de realimentación. Los motores P-P pueden ser usados en sistemas simples de control en lazo abierto. Estos son adecuados generalmente en sistemas que operan a bajas aceleraciones con cargas estáticas; el lazo cerrado puede ser esencial para aceleraciones elevadas, particularmente si involucran cargas variables. Si se sobrecara un motor P-P en un sistema de control de lazo abierto todo el conocimiento acerca de la posición del rotor se pierde y el sistema debe ser reiniciado. Lo servomotores no presentan este problema. Los motores P-P son ideales para la construcción de mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos. La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso por cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde 90° hasta pequeños movimientos de tan solo 1.8° (e incluso hasta de 0.72º), es decir, que se necesitarán 4 pasos en el primer caso (90°) y 200 para el segundo caso (1.8°), para completar un giro completo de 360° (resolución de un motor P-P). Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posición, o bien totalmente libres. Si una o más de sus bobinas están alimentadas, el motor estará enclavado en la posición correspondiente y, por el contrario, quedará completamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas. Principio de funcionamiento Los motores P-P se presentan en dos variedades, de imán permanente y de reluctancia variable (existen también motores híbridos, que son indistinguibles de los de imán permanente desde el punto de vista del controlador). Si el estator del motor tiene tres bobinas, conectadas típicamente como en la siguiente figura, con un terminal común, C, a todas las bobinas, será probablemente un motor P-P de reluctancia variable. El conductor común se conecta habitualmente al borne positivo y las bobinas son alimentadas siguiendo una secuencia consecutiva.
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Estos motores no contienen imanes permanentes. El estator es similar a un motor de c.c. de escobillas, sin embargo, el rotor sólo consta de hierro laminado. El par se produce como resultado de la atracción entre las bobinas y el rotor férrico. El rotor forma un circuito magnético con el polo del estator. La reluctancia de un circuito magnético es el equivalente magnético a la resistencia de un circuito eléctrico. Cuando el rotor está alineado con el estator el hueco entre ambos es muy pequeño y en este momento la reluctancia está al mínimo. La inductancia del bobinado también varía cuando el rotor gira. Cuando el rotor está fuera de la alineación, la inductancia es muy baja, y la corriente aumentará rápidamente. Cuando el rotor se alinea con el estator, la inductancia será muy grande. Esta es una de las dificultades de manejar un motor de esta clase. Los motores P-P de imán permanente son los más usados en robótica. Básicamente, están constituidos por un rotor sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes, y por un cierto número de bobinas excitadoras bobinadas en su estator. Así, las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) debe ser externamente manejada por un controlador.
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Rotor
Estator de 4 bobinas Existen dos tipos de motores paso a paso de imán permanente: Bipolar: Estos tienen generalmente cuatro cables de salida. Necesitan ciertos trucos para ser controlados, debido a que requieren del cambio de dirección del flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento. Esto hace que la controladora se vuelva más compleja y costosa. Su uso no es tan común como en el caso de los de tipo unipolar.
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Unipolar: Estos motores suelen tener 8, 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su conexionado interno. Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar.
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CAPITULO 5: DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN El diseño de la investigación es una planificación compendiada de lo que se debe hacer para lograr los objetivos del estudio. Un diseño cuidadoso del estudio es fundamental para determinar la calidad de la investigación clínica. Si se trata de un diseño estadístico, el mismo debe tener en cuenta la estructura del estudio, y todos los aspectos concernientes a la recolección de datos, incluido el tipo de mediciones a realizar y la frecuencia de las mismas. A través de un diseño cuidadoso puede minimizar el sesgo y reducir el error aleatorio.
5.1: TIPO DE INVESTIGACIÓN Investigación cuantitativa La investigación cuantitativa se basa en el estudio y análisis de la realidad a través de diferentes procedimientos basados en la medición. Permite un mayor nivel de control e inferencia que otros tipos de investigación, siendo posible realizar experimentos y obtener explicaciones contrastadas a partir de hipótesis. Los resultados de estas investigaciones se basan en la estadística y son generalizables. La investigación o metodología cuantitativa es el procedimiento de decisión que pretende señalar, entre ciertas alternativas, usando magnitudes numéricas que pueden ser tratadas mediante herramientas del campo de la estadística. Por eso la investigación cuantitativa se produce por la causa y efecto de las cosas. Por ejemplo, si tienes una unidad monetaria y compras un chicle ya no tendrás esa unidad monetaria. Para que exista metodología cuantitativa se requiere que entre los elementos del problema de investigación exista una relación cuya naturaleza sea representable por algún modelo numérico ya sea lineal, exponencial o similar. Es decir, que haya claridad entre los elementos de investigación que conforman el
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problema, que sea posible definirlo, limitarlos y saber exactamente dónde se inicia el problema, en qué dirección va y qué tipo existe entre sus elementos: • Su naturaleza es descriptiva. • Permite al investigador "predecir” el comportamiento del consumidor. • Los métodos de investigación incluyen experimentos y encuestas. • Los resultados son descriptivos y pueden ser generalizados.
5.2: alcance de la investigación Una máquina cnc es una de la que tienen mejor enfoque en las industrias ya que gracias a ellas las industrias han tenido un mayor desarrollo un sus labores, esta máquina hace su trabajo en poco tiempo y de calidad ya que esta cnc trabaja con gran precisión, así conociendo esto se puede incrementar la utilidad de sus componentes de la CNC.
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CAPITULO 6: CONCLUSIÓN
Con el desarrollo del proyecto se logró apreciar cómo funciona el CNC y los tipos de grabados que ejecuta con el programa y todos los tipos, herramientas, principios de funcionamiento y además aplicaciones que se le podrá dar a la maquinas herramienta denominadas torno y fresadora. Las máquinas-herramienta hacen el trabajo industrial más sencillo, práctico y económico para la organización que las emplea. Es una forma de hacer un trabajo eficaz, eficiente y efectivo. Con esta técnica se han podido lograr diferentes objetivos con más exactitud y precisión que antes, cuando se utilizaba la mano de obra humana.
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