COMPONENTES Y ESTRUCTURA DE LAS MHCN INTRODUCCIÓN Se verán todos los mecanismos y dispositivos que controlan los diferentes movimientos y acciones que realiza las maquinas CNC para llevar a cabo el conjunto de instrucciones asociadas a un programa CNC, que realiza la pieza propuesta. Un operario experto en MHCN debe conocer las prestaciones y los límites en los que opera la máquina. Los dispositivos y sistemas de las MHCN, son:
Ejes de movimiento Sistemas de transmisión Sistemas de control de posición y desplazamiento Cabezal Sistemas de sujeción de las diferentes piezas Cambiadores automáticos de herramientas Ejes complementarios
El estudio de los diferentes dispositivos y componentes se realizará sobre la base del torno y a la fresadora, ya que estas son las máquinas mas utilizadas en las empresas de mecanizado.
EJES PRINCIPALES En las MHCN se aplica el concepto de “eje”, a los diferentes desplazamientos de las partes móviles de la máquina.
Torno
Eje Z: es el que realiza el movimiento longitudinal en sentido del eje principal de la máquina. Eje X: es el que realiza el movimiento transversal perpendicular al eje principal al eje principal de la máquina.
Fresadora
Eje Z: es el que realiza el movimiento perpendicular de la herramienta hacia el suelo. Eje Y: es el que realiza el movimiento transversal de la herramienta. Eje X: es el que realiza el movimiento longitudinal de la herramienta.
MHCN: Máquina Herramienta de Control Numérico. CN: Control Numérico
Ejes de trabajo Los tornos disponen de un mínimo de dos ejes, mientras que las fresadoras están dotadas de un mínimo de tres. En los tornos los ejes X y Z se asocian al desplazamiento del carro transversal y carro principal, que se deslizan ortogonalmente entro ellos, no siendo necesario el carro orientable. Las fresadoras disponen de un mínimo de tres ejes X, Y y Z. dos de ellos X y Y se asocian al movimiento en el plano horizontal (longitudinal y transversal) de la meza de trabajo, mientras que el tercero es el desplazamiento vertical del cabezal de la máquina.
Disposición y estructura de los ejes en MHCN M HCN La disposición de los carros móviles en las MHCN puede ser muy sofisticada, dando origen a una gran variedad de diseños y modelos tanto en fresadoras como en tornos, es por eso que los fabricantes de MHCN construyen diferentes composiciones para poder cubrir las necesidades de cada caso, siendo estas determinadas por el tipo de mecanizado a realizar. Esta disposición viene condicionada por:
El perfil y orografía de las piezas a construir. El tamaño de las piezas a mecanizar. La precisión necesaria en el mecanizado. Los diferentes tipos de materiales a mecanizar. Las exigencias de apriete o sellado.
La denominación de la MHCN según su capacidad de interpolación, se refleja en la siguiente tabla.
Interpolación: es el movimiento simultáneo de dos o más ejes de la forma controlada, realizando trayectorias perfectamente definidas tanto lineales como curvas.
Ejes complementarios Algunas MHCN disponen de mesas giratorias y/o cabezales orientables. En ellas las piezas pueden ser maquinadas por diferentes planos y ángulos de aproximación. 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 rotación. Su velocidad y posición se regula también de forma autónoma. Los ejes complementarios de rotación se designan en la programación CN como A, B, C, estos ejes se asocian con los lineales como se indica en la figura.
Los centros de mecanizado, presentan usualmente además de los 3 principales, un cuarto y quinto eje para la orientación de la herramienta, un giro de la mesa y aproximación apr oximación de la herramienta. Existe una composición típica de 5 ejes en las fresadoras, que actualmente está generando un sistema de mecanizado propio, llamado así, mecanizado con 5 ejes.
Eje rotativo angular: son ejes que realizan su movimiento en forma circular y la medida que se utiliza para indicar su movimiento, esta expresada en grados.
SISTEMAS DE TRANSMISIÓN En la figura se puede observar como la herramienta para realizar el mecanizado de la pieza, tiene que desplazarse simultáneamente o interpoladamente en los ejes X, Y, y Z.
Los sistemas de transmisión son los encargados de realizar los movimientos en los ejes a partir del giro básico generado por el grupo del motor-reductor.
Husillos de bolas El movimiento a los ejes a partir de los motores lo realizan husillos de bolas que funcionan por el principio de recirculación de bolas. Consiste en un vi sinfín acanalado y un acoplamiento a los que se fija el conjunto mecánico a desplazar. Cuando el grupo motor gira, su rotación se transmite al vi sinfín y el cuerpo del acoplamiento se traslada longitudinalmente a través de este, arrastrando consigo a la mesa de trabajo en el sentido oportuno, tal como se ve en la figura:
Motores de transmisión Para realizar los movimientos de los diferentes ejes se utilizan habitualmente motores eléctricos de corriente continua controlados mediante señales electrónicas de salidas y entradas. Estos actuadores pueden girar y acelerarse controladamente en ambos sentidos. Los transmisores deben de producir movimientos regulares, estables y ser capaces de reaccionar reaccionar rápidamente en las aceleraciones aceleraciones y deceleraciones. Los factores que más afectan al control de estos movimientos son:
Uso de la herramienta inadecuada Restricciones anómalas en el movimiento
Velocidades de avance en la operación de trabajo inapropiadas Fuerzas de inercia excesivas durante el frenado o aceleración
Par motor: capacidad que tiene un motor para producir trabajo. Cuanto mayor sea esa capacidad, más capacidad de trabajo tiene. Los tipos de motores más usuales actualmente son:
Motores paso a paso Servomotores o motores enconder Motores lineales
Motores paso a paso Son motores con gran precisión pero con pares de potencia relativamente bajos, por lo que suelen utilizar en máquinas de poca capacidad de trabajo. La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso por cada pulso que el microprocesador le aplique. Este paso puede variar desde 90º hasta pequeños movimientos de tan sólo 1/8º, es decir, que se necesitarán 4 pasos en el primer caso (90º) y 200 para el segundo caso (1/8º), para completar un giro completo de 360º.
Servomotores o motores enconder Estos motores son los más utilizados dada su alta potencia y alto par conseguido a bajas vueltas, lo que permite trabajar a pocas revoluciones con grandes cargas de trabajo. El funcionamiento del motor es prácticamente el mismo que un motor de CA convencional, pero con un enconder conectado al mismo. El enconder controla las revoluciones exactas que da el motor traspasando los datos al control para que tenga el registro exacto del mismo. El encoder también se encarga d frenar en el punto exacto que ordena el control al motor.
Motores lineales Un motor lineal es un motor rotatorio “desenrollado”, es decir, que sea cortado por uno de sus radios y se ha estirado hasta dejarlo plano.
Otra definición es un elemento primario, donde se encuentran los devanados, y un elemento secundario que se extiende a lo largo de la distancia que se va a recorrer, aportando como ventaja la posibilidad de poder disponer de varios primarios sobre un mismo secundario. También pueden existir modelos síncronos y asíncronos. Son motores de nueva generación que tienen la capacidad de generar grandes aceleraciones, lo que reduce de manera considerable los tiempos de mecanizado en los desplazamientos de trabajo tr abajo vació.
CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS DESPLAZAMIENTOS Los controles de posición son elementos que sirven para indicar con gran exactitud la posición de los ejes de una máquina. Normalmente son ópticos y funcionan por medio de una o mas reglas de cristal con una cabeza lectora que mide el desplazamiento de cada uno de los ejes, o electromagnéticos basados en la inducción de una corriente sobre una regla magnética.
Control de posiciones El control de las posiciones de los elementos móviles de las MHCN, se realiza básicamente por 2 sistemas:
Directo Indirecto
El sistema directo utiliza una regla de medida situada en cada una de las guías de la máquina. Un resolver óptico controla constantemente la posición por conteo directo en la regla graduada, transforma esta información a señales eléctricas y las envía para ser procesadas por el control numérico. n umérico.
En el sistema indirecto la posición de la mesa se calcula por la rotación en el sinfín. Un resolver registra el movimiento de un disco graduado solidario con el sinfín. El control numérico calcula la posición mediante el número de pasos o pulsos generados durante el desplazamiento.
Husillo principal El husillo principal realiza en las MHCN las siguientes funciones:
En los tornos – el movimiento rotativo de la pieza En las fresadoras – la rotación de la herramienta
El husillo puede ser accionado por:
Motores de corriente alterna de tres fases Motores de corriente continua
ESTRUCTURA Y TIPOS DE CONTROL Tipos de control según su función Existen 3 tipos de control complementándolos desde la perspectiva de la función que realizan. Los 3 tipos son:
Control punto a punto Control paraxial Control interpolar o continuo
Control punto a punto Solo controla puntos definidos por la programación, no teniendo ningún control del recorrido de la herramienta de un punto a otro, ni a nivel de trayectoria, hasta alcanzar la posición, ni en el ámbito de la velocidad de desplazamiento entre ambos puntos. Este tipo de control es el más sencillo de todos los tipos de controles existentes, lo que le convierte en el mas barato.
Control paraxial En el ámbito de velocidad de desplazamiento, el recorrido lo realiza de forma controlada pero sólo paralela u ortogonalmente a los ejes. Esto es asi porque no tiene capacidad de interpolación, es decir el control sólo puede mover y controlar un motor a la vez.
Control interpolar o continuo Tiene la capacidad de controlar varios ejes simultáneamente, pudiendo realizar cualquier recorrido en un plano, tanto líneas curvas como líneas rectas con cualquier tipo de inclinación. Esta capacidad de mover 2 o mas motores simultáneamente, se llama interpolación, es decir cuando 2 motores se mueven simultáneamente, de manera controlada por el control, se dice que están interpolando. El control interpolar es el mas completo de todos, pues puede realizar todas las funciones de los anteriormente citados y además la suya propia, por lo que es, el más utilizado, aunque el precio sea bastante superior.
Periféricos de entrada Son todos los elementos que sirven para suministrarle información a la UCP. Entre los mas importantes existen las siguientes:
Teclado y panel de mandos Conexión con ordenador (sistema de red o RS232) Reglas ópticas o posicionadores Ratón (en CN modernos se opera ya con este elemento)
Teclado y panel de mandos Los teclados incorporados en los controles, son diferentes incluso de los mismos fabricantes, no existe una unificación tal como pasa en los PCs. Además existen controles con la programación diferente a la ISO, o incluso que puede trabajar con dos sistemas diferentes, por lo que pueden tener 2 teclados intercambiables para el mismo control. Su construcción suele ser a prueba de ambientes agresivos, que es lo que normalmente encontrarán en los talleres.
Conexión con ordenadores Los controles suelen tener una capacidad de almacenamiento no muy grande, por lo que es totalmente necesario poder comunicarse con algún ordenador que tenga una capacidad superior. Existen programas generalmente generados por sistemas de CAM, que no caben en la memoria del control, por lo que se tiene que establecer un sistema de conexión constante con el ordenador, este sistema se llama DCN y va paginando el programa y enviándoselo al control a medida que este lo asimile. La conexión más habitual que suele encontrarse, es la que utiliza la norma de comunicación en serie RS232.
Reglas ópticas o posicionadores Se encargan de indicar la posición de los ejes en cada momento, esta información se la envía a la UCP para procesarla y contrastar los datos de posición real con los de posición teórica.
Ratón Actúa igual que en un sistema informático PC.
Unidades de almacenamiento de datos Los más utilizados son los siguientes:
Conexión RS232 con ordenador (la información se guarda en la PC) En el disco duro del propio control (los más actuales disponen de disco duro) Conexión con una intranet
Conexión RS232, o equivalente, con el ordenador Con esta conexión prácticamente lo que hacemos es usar el ordenador como fuente de almacenamiento, aprovechando su disco y sus unidades de disquete. La conexión RS232 sirve tanto para entrada como para salida de datos, es lo que técnicamente se llama periférico I/O.
En el disco duro del propio control Este nos permite actuar como en un ordenador PC, incluso utilizando el mismo sistema operativo que el del ordenador.
Conexión con intranet Esta conexión hace actuar la CN como una unidad mas del sistema de la red instalando en la empresa, lo que permite un control total, por ejemplo desde la oficina técnica o cualquier otro departamento técnico de la empresa que tenga capacidades de acceso.
Periféricos de salida Son todos aquellos elementos que sirven para recibir la información que suministre la UCP. Entre los l os más importantes encontraremos:
Monitor Comunicaciones RS232 Conexión con intranet Control de movimiento de los ejes y demás elementos móviles de la máquina
Monitor Es el encargado de informarnos de todos los sucesos que se estén produciendo entre los diferentes procesos de comunicación, tanto de datos de entrada como de datos de salida. Entre los más importantes:
Ver la información que se le suministre desde el teclado Controlar las comunicaciones entre otros sistemas informáticos Informarnos de todos los sistemas que la máquina m áquina tenga activados Informarnos de las diferentes condiciones tecnológicas que se estén usando, RPM, Vc, Va. Realizar la simulación de mecanizado por pantalla Indicar los posibles errores que se detecten en el sistema
Control de ejes y accesorios de máquina (PLC) El control una vez procesados los datos, transmite información a los diferentes órganos de la máquina, para que procedan a su ejecución. Estos datos no los
envía directamente a la máquina (motores, giro del cabezal, puesta en marcha de taladrina, etc.) sino que lo hace a través de un PLC o autómata programable.
Mandos para el control máquina Permite el gobierno manual o directo de la MHCN en actividades similares a las ejecutadas con una máquina convencional mediante manivelas, interruptores, etc. Dependiendo del control, alguno de estos mandos pueden estar integrados en el propio teclado o insertados por el fabricante, en algunas zonas de la máquina, de forma que estén accesibles y claros. Estos mandos suelen estar priorizados a los mandos del propio control, para un mejor control de la máquina.
Desplazamiento manual de ejes Para poder mover los ejes de la máquina manualmente, existen varios sistemas: integrados en el control numérico o en los mandos del control máquina. Existen los siguientes formatos o sistemas para el desplazamiento de ejes:
Botonera integrada en el control numérico Movimiento controlado continuo Movimiento controlado por impulsos Botonera integrada en los mandos de control de maquina Volante electrónico
Botonera integrada en el control numérico Los paneles de algunos controles numéricos llevan integrados los botones de movimiento de ejes en su propia botonera, suelen intercalar un botón de avance rápido para simultanear con el eje y dirección apropiada, estos mandos, pueden actuar en movimiento continuo o movimiento por impulsos controlados. En el caso de movimiento continuo, se suele controlar la velocidad de avance de los ejes por medio de un potenciómetro o por medio del valor introducido por
programación. En el caso de movimiento de impulsos, se desplaza a la máxima velocidad, pero a una distancia exacta, elegida por medio del potenciómetro adecuado.
Botonera integrada en los mandos de control de máquina Realiza la misma función que las botoneras integradas en el panel de control, con la diferencia que no existe una unificación clara, lo que lleva a que cada fabricante disponga como mejor crea a la hora de situar y dimensionar la botonera.
Volante electrónico Es un accesorio del que actualmente disponen la mayoría de las máquinas y tiene como objetivo el imitar los movimientos de giro de los volantes tradicionales pero con la máxima precisión posible. El volante dispone de la posibilidad de ajustar diferentes escalas, lo que permite que con el mismo giro, podamos conseguir diferentes desplazamientos.
SUJECIÓN DE PIEZAS Los sistemas de sujeción permiten amarrar la pieza ala mesa de trabajo (fresado) o la eje principal (torneado).
Sistemas de sujeción en torno
Se suelen utilizar sistemas rápidos de agarre de pieza y que tengan sistemas de autocentraje de buen nivel de precisión. Los más m ás utilizados son los siguientes:
Platos universales de dos, tres o cuatro garras autocentrables Platos frontales para la colocación de sargentos para agarre de formas irregulares Mandriles autocentrables Pinzas para la sujeción de piezas cilíndricas pequeñas Puntos y contrapuntos con agarre para piezas esbeltas Lunetas escamoteables para apoyo intermedio Sistemas de conos
Sistemas de sujeción en fresadoras o centro de mecanizado En el fresado CN se emplean de forma mas asidua los siguientes sistemas de sujeción:
Mordazas Mordazas autocentrables, mecánicas e hidráulicas Sistemas de bridas Placas angulares de apoyo Platos o mesas magnéticas Mesas o dispositivos modulares de uso universal Utillajes diseño especifico o especial
HERRAMIENTAS Y CAMBIADORES AUTOMÁTICOS El cambio de herramienta puede ejecutarse manualmente por el operario o de forma automática por medio de programación, esto solo se realiza en la práctica con fresadoras o taladradoras dotadas de cabezales con adaptadores portaherramientas de acceso rápido y sencillo. Los cambiadores de herramientas reciben los nombres de:
Tambor de herramientas (tornos) Carrusel de herramientas (fresadoras / centros de mecanizado)
Cambio manual Prácticamente no se utiliza, pero en los pocos sistemas que se utiliza, se recurre a los mismos sistemas que en los tornos convencionales.
Cambio automático Este se controla por programación, caracterizándose por un giro del tambor hasta que coloca en la posición de trabajo, aquella herramienta que se le solicita. Las capacidades de los tambores de herramientas oscilan entre las 6 herramientas de los más pequeños y las 20 los más grandes.
Tipos de tambores Entre los más usuales se pueden distinguir los siguientes: Tambores de agarre clásico Tambores sistema VDI Sistemas propios de fabricantes
Tambor de agarre clásico Son tambores en los que los sistemas de anclaje de la herramienta no difiere de los sistemas clásicos, recurriendo al apriete de las herramientas por el sistema de tornillos, y sin garantizar una posición exacta de la herramienta, lo que obliga a tener que galgar la herramienta después del cambio, estando la maquina parada durante el proceso, esto representa una mayor cantidad de
tiempo con la máquina parada y una mayor imprecisión en las medidas de la pieza a obtener.
Tambores sistemas VDI El sistema se basa en colocar siempre en la misma posición y con la máxima precisión posible las herramientas, para ello el tambor dispone de unos mecanismos accionados por sistema de llave allen en cada una de las posiciones. Estos mecanismos disponen de un pequeño engranaje que tiene como misión colocar el portaherramientas en la posición correcta y conseguir el apriete del mismo.
Tipos de indicadores
Herramientas del exterior
Las flechas indican la posibilidad de trabajo con cada herramienta. Los grados que se indican en la parte superior derecha son los grados de posición con respecto al corte.
Herramientas de interior
Las flechas indican la posibilidad de trabajo con cada herramienta. Los grados que se indican en la parte superior derecha son los grados de posición con respecto al corte.
