Fase 2 Identificar las definiciones básicas y fundamentos del CNC
Trabajo Elaborado Por: Harold Favian Diaz L. Cod: 77.171.510 Nelson Enrique Figueroa. Cód. 13.740.745 César David Flórez López. Cod. 1.104.431.132 Leider Rafael Torres. Cod: 12.436.989 Grupo: 243008-5
Trabajo Presentado a: Oscar Iván Valderrama
[email protected] Tutor curso CNC
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Colombia 2017
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Tabla de contenido
INTRODUCCIÓN......................................................................................................................... 3 1. EN GRUPO CONSULTAR POR VISITA A INDUSTRIA, POR CONSULTA EN INTERNET O POR CUALQUIER OTRO MEDIO, UN SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN PARA UNA MÁQUINA-HERRAMIENTA .................................................................................. 4 ¿QUÉ ES EL CNC? ........................................................................................................................ 4
2. IDENTIFICAR Y CLASIFICAR EL TIPO DE CONTROL UTILIZADO............................ 5 REGLA DE LA MANO DERECHA .............................................................................................. 7 PROGRAMACIÓN CNC ............................................................................................................... 7 ESTRUCTURA DE LOS PROGRAMAS DE CNC ...................................................................... 8 SIGNIFICADO DE LAS LITERALES EN CNC ........................................................................... 8
3. ELABORAR EL DIAGRAMA DE BLOQUES CORRESPONDIENTE AL SISTEMA ...... 9 4. DESCRIBIR CADA UNO DE LOS ELEMENTOS INCLUIDOS EN EL DIAGRAMA DE BLOQUES. ................................................................................................................................... 10 INTRODUCCIÓN AL TORNO CNC .......................................................................................... 13 FUNCIONAMIENTO ................................................................................................................... 13 Portaherramientas o torreta ........................................................................................................... 14 TIPOS DE TORNOS CNC ........................................................................................................... 14
5. REALIZAR LA “PRACTICA 1 FUNDAMENTOS BÁSICOS” LA CUAL ENCUENTRA EN LA HOJA DE RUTA APRENDIZAJE PRÁCTICO DEL ENTORNO DE APRENDIZAJE PRÁCTICO ................................................................................................................................... 16 VENTAJAS DE UN CNC QUE DESFAVORECEN A UNA CONVENCIONAL .................... 17 DESVENTAJAS DE UNA CNC QUE FAVORECEN A UNA CONVENCIONAL ................. 17
CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 18 REFERENCIAS BIOGRAFICAS ............................................................................................. 19
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INTRODUCCIÓN Un sistema con control numérico por computador o CNC es un medio de fabricación que es capaz de desarrollar un conjunto de operaciones tecnológicas de forma automática, sin la intervención del ser humano, en base a las operaciones numéricas que le establece un ordenador. De este modo, se trata de aquellos instrumentos, maquina o unidades de fabricación que funcionan automáticamente bajo la influencia de un programa de control. Este programa de control es una secuencia de símbolos que se han escrito en un programa informático. Sin embargo, los resultados de la operación de los sistemas con CNC no pueden servir como otro programa de control o como información de entrada de otro servicio. Este sistema ha revolucionado la industria debido al abaratamiento de microprocesadores y a la simplificación de la programación de las máquinas de CNC.
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1. EN GRUPO CONSULTAR POR VISITA A INDUSTRIA, POR CONSULTA EN INTERNET O POR CUALQUIER OTRO MEDIO, UN SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN PARA UNA MÁQUINAHERRAMIENTA ¿QUÉ ES EL CNC? El control numérico o control decimal numérico (CNC) es un sistema de automatización de máquinas herramienta que son operadas mediante comandos programados en un medio de almacenamiento, en comparación con el mando manual mediante volantes o palancas. El abaratamiento y miniaturización de los procesadores ha generalizado la electrónica digital en los todos los tipos herramienta, lo que dio lugar a la denominación control decimal numérico, control numérico por computadora, control numérico por computador o control numérico computarizado (CNC), para diferenciarlas de las máquinas que no tenían computadora. En la actualidad se usa el término control numérico para referirse a este tipo de sistemas, con o sin computadora. El control numérico (CNC) es un conjunto de elementos que permite automatizar tanto el movimiento de los ejes como otra serie de funciones.
VENTAJAS DEL CNC - Automatización de los movimientos de una máquina.
Automatización flexible: se basa en un programa que se puede cambiar fácilmente. Posibilidad de dejar trabajando la máquina desatendida. Se reduce la influencia de la “habilidad del operario” en el manejo de la máquina. Mejora de precisión y velocidad en el movimiento.
MÁQUINAS HERRAMIENTAS QUE UTILIZAN CNC
Centros de torneado. Centros de mecanizado. Máquinas híbridas. - Rectificadoras. Máquinas de electroerosión, corte por láser, chorro de agua…
Para este caso se estudiará una fresadora CNC de 3 ejes para el mecanizado de PCB. Una aplicación conocida de las fresadoras CNC es la fabricación de circuitos impresos para montar circuitos electrónicos. Este tipo de placas son conocidas como PCB (printed circuit board), y así nos referiremos a ellas a partir de ahora. Existe una gran variedad de soluciones a la hora de abordar este tema, ya que existe toda una industria especializada en esta tecnología. Nos vamos centrar en una muy sencilla que se basará, Colombia 2017
en lo posible, en el uso de software de libre distribución, o licencias de uso limitado, y una fresadora CNC convencional, con cabezal de alta velocidad.
La fabricación se realiza a partir de placa virgen, que consiste en una base aislante (baquelita, fibra de vidrio, etc.) que lleva adherida una capa muy fina de cobre conductor, en una de sus caras o en las dos, en función de si necesitamos pistas de cobre por una sola cara (circuitos más sencillos), o por las dos.
2. IDENTIFICAR Y CLASIFICAR EL TIPO DE CONTROL UTILIZADO En una máquina CNC, a diferencia de una máquina convencional o manual, una computadora controla la posición y velocidad de los motores que accionan varios ejes de la máquina. Gracias a esto, puede hacer movimientos que no se pueden lograr manualmente como círculos, líneas diagonales o figuras complejas tridimensionales. Las máquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo en los tres ejes para ejecutar trayectorias multidimensionales como las que se requieren para el mecanizado de moldes complejos y troqueles. En una máquina CNC una computadora controla el movimiento de la mesa, el carro y el husillo. Una vez programada la máquina, ésta ejecuta todas las operaciones por sí sola, sin necesidad de que el operador esté manejándola. Esto permite aprovechar mejor el tiempo del personal. Los sistemas CAD (acrónimo de Computer Aided Design) son sistemas de Diseño Asistido por Ordenador, éstos pueden utilizarse para generar modelos con muchas, si no todas, de las características de un determinado producto. Estas características podrían ser el tamaño, el contorno y la forma de cada componente, almacenados como dibujos bidimensionales y/o tridimensionales. Una vez que estos datos dimensionales han sido introducidos y almacenados en el sistema informático, el diseñador puede manipularlos o modificar las ideas del diseño con mayor facilidad para avanzar en el desarrollo del producto. Además, pueden compartirse e Colombia 2017
integrarse las ideas combinadas de varios diseñadores, ya que es posible mover los datos dentro de redes informáticas, con lo que los diseñadores e ingenieros situados en lugares distantes entre sí pueden trabajar como un equipo. Los sistemas CAD también permiten simular el funcionamiento de un producto. Hacen posible verificar si un circuito electrónico propuesto funcionará tal y como está previsto, si un puente será capaz de soportar las cargas pronosticadas sin peligros e incluso si una salsa de tomate fluirá adecuadamente desde un envase de nuevo diseño. Cuando los sistemas CAD se conectan a equipos de fabricación también controlados por ordenador conforman un sistema integrado CAD/CAM (CAM, acrónimo de Computer Aided Manufacturing o Fabricación Asistida por ordenador). Este flujo de trabajo gráficamente es:
A la hora de implementar un dispositivo de control numérico, existen multitud de soluciones pero que en general todas cumplen con la siguiente estructura:
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REGLA DE LA MANO DERECHA La posición del sistema de coordenadas asociado a la máquina depende del tipo de máquina. Las direcciones de los ejes se determinan por la regla de "los tres dedos de la mano derecha" (según DIN 66217). Situándose delante de la máquina con el dedo corazón de la mano derecha en dirección opuesta a la dirección de penetración del cabezal. Entonces: El pulgar indica el sentido +X El índice indica el sentido +Y El dedo corazón indica el sentido +Z
PROGRAMACIÓN CNC Un programa es una lista secuencial de instrucciones de maquinado que serán ejecutadas por la máquina de CNC. A las instrucciones se les conoce como CODIGO de CNC, las cuales deben contener toda la información requerida para lograr el maquinado de la pieza
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ESTRUCTURA DE LOS PROGRAMAS DE CNC El lenguaje para elaborar los programas para equipos de CNC, está compuesto por una serie de letras y números, las cuales llamaremos palabras, donde una cantidad determinada de ellas, formaran un bloque, y una serie sucesiva de bloques completaran un programa.
PALABRAS N5
BLOQUE N5 G01 Z1.5 M08
PROGRAMA N5 G01 Z1.5 M08
G01
N10 Z0 X25.
Z1.5
N15 G03 X27. Z-1. R1.
M08
N20 G00 X30. N25 G28 W0. N30 M30
SIGNIFICADO DE LAS LITERALES EN CNC F: Este carácter es usado para indicar el avance usado en el proceso de corte. G: Se usa para detallar el tipo de movimiento u operación a ejecutarse en el bloque que incluye el código G. M: Esta letra es usada para indicar las funciones misceláneas también son conocidas como funciones secundarias M. N: Este carácter se usa para numerar cada línea de programación y es enteramente opcional su uso. Su valor es de 0 a 9999. O: Esta es letra es usada para asignar el número del programa, se coloca al principio del mismo para su registro y se especifica desde 0 a 9999, un programa siempre es salvado en la memoria como Onnnn. R: Es usada para asignar el plano de referencia en algunos ciclos enlatados y como el valor de radio en interpelación circular. S: Esta letra es usada para asignar valor para la velocidad del husillo. Este comando no activa el husillo, se requiere de un misceláneo para activarlo. T: Este carácter es usada para asignar el número de herramienta y su compensación, la “T” es seguida de cuatro dígitos (Tnnnn), donde los dos primeros, seleccionan el número de herramienta y los dos últimos el número de compensador. U: Esta letra es usada para asignar la coordenada en incremental en el eje X relativo a la posición corriente o vigente de la máquina.
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W: Esta letra es usada para asignar la coordenada en incremental en el eje Z relativo a la posición corriente o vigente de la máquina. X: Esta letra es usada para asignar la coordenada en el eje X, especificando la distancia a lo largo del mismo. Z: Esta letra es usada para asignar la coordenada en el eje Z y este especifica la posición o distancia a lo largo del mismo. En la siguiente figura vemos un ejemplo de fresadora CNC con sus componentes básicos y ejes principales (X, Y, Z) y complementarios (B, W).
3. ELABORAR EL DIAGRAMA DE BLOQUES CORRESPONDIENTE AL SISTEMA Para obtener la máxima precisión, los controles numéricos profesionales disponen de sensorización en los ejes como encoders para conocer la posición exacta de la herramienta. Se trata de un sistema de realimentación que le otorga a la máquina “ojos” y permite posicionar sean cuales sean las circunstancias la máquina en el punto adecuado. Esta se trata de la estructura más típica de un lazo de control en regulación automática:
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LAZOS DE CONTROL - Hay uno por cada eje - Ejecutan las consignas que da la Unid. Central. - Control de movimiento de cada eje.
Además de los movimientos de los ejes, el CNC permite automatizar funciones de no movimiento como cambios de herramientas, apertura y cierre de puertas, alarmas, etc.
4. DESCRIBIR CADA UNO DE LOS ELEMENTOS INCLUIDOS EN EL DIAGRAMA DE BLOQUES. Sistema en lazo cerrado, cuando la salida para ser controlada se compara con la señal de referencia. La señal de salida que es llevada junto a la señal de entrada, para ser comparada, se denomina señal de feedback o de retroalimentación. Colombia 2017
Sistema a controlar Controlador Actuador (puede incluirse en el sistema a controlar) Medidor: sensor + transductor
Funciones de un lazo de control Medir el valor de la variable controlada (medida y transmisión). Detectar el error y generar una acción de control (decisión). Usar la acción de control para manipular alguna variable en el proceso de modo que tienda a reducir el error (manipulación) Sistema: es la combinación de componentes que actúan conjuntamente y cumplen un determinado objetivo. (en este caso la fresadora de 3 ejes, para la fabricación de PCB)
Sistema de control es el conjunto de dispositivos que actúan juntos para lograr un objetivo de control (Sistema de control de la fresadora en este caso controlado por CNC) Colombia 2017
Dispositivo de entrada: Sirve para cargar los programas de mecanizado en el equipo de control numérico, utilizando un lenguaje específico para esto. Como: el teclado, puerto USB, RS-232, ethernet, entre otras. Unidad de control o controlador: Este componente clave interpreta un programa CNC y acciona la serie de comandos en orden secuencial. A medida que lee el programa, el controlador activa las funciones apropiadas de la máquina, impulsa el movimiento de los ejes, y en general, sigue las instrucciones dadas en el programa. Además de interpretar el programa CNC, el controlador tiene varios otros propósitos, por ejemplo:
Modificar (editar) los programas si se detectan errores. Realizar funciones de verificación especial (como el funcionamiento en vacío) para confirmar la exactitud del programa CNC. Especificar ciertas entradas importantes del operador, tales como los valores de longitud de las herramientas.
Donde el sistema de accionamiento de controla a través del código G y el maquinado de piezas a través del código M. Los códigos G son funciones de movimiento de la máquina (movimientos rápidos, avances, avances radiales, pausas, ciclos), mientras que los códigos M son las funciones misceláneas que se requieren para el maquinado de piezas (arranque y paro del husillo, cambio de herramienta, refrigerante, paro de programa, etc.).
Máquina herramienta: Es la fresadora con todos sus componentes (Ver Fig. Componentes básicos de una fresadora). Colombia 2017
Sistema de accionamiento: Son los motores o servomotores. Este sistema es controlado por el código G, que determina la función de movimiento (movimientos rápidos, avances, avances radiales, pausas, ciclos) Dispositivos de realimentación (sólo en sistemas con servomotores): A través de los datos obtenidos por un sensor, este sistema monitorea y ajusta constantemente la velocidad y posición de la herramienta de corte. Monitor: Es una pantalla donde podemos visualizar toda la información del sistema, como entradas y salidas, errores, los datos de velocidad de corte, de avances, los sistemas que están activados, etc.
INTRODUCCIÓN AL TORNO CNC El Torno CNC es una herramienta para mecanizado operada mediante el control numérico de un ordenador, el cual está incorporado dentro de él. Esto se explica mejor a través del significado de sus siglas CNC (control numérico computarizado) y este control numérico se basa en un sistema de lenguaje que se comunica a través de la emisión de “códigos G’’, que no es más que un sistema de comunicación Alfanumérico en este tipo de máquinas sofisticadas.
Los tornos CNC son muy versátiles ya que realizan funciones de taladrado y giros. Estos últimos, revolucionaron el mercado porque han facilitado la realización de cortes horizontales, verticales, curvos, los cuales anteriormente tomaban muchas horas de realización para los torneros.
FUNCIONAMIENTO Los ejes X, Y y Z pueden desplazarse simultáneamente en forma intercalada, dando como resultado mecanizados cónicos o esféricos según la geometría de las piezas. Las herramientas se colocan en portaherramientas que se sujetan en el cabezal que puede alojar hasta 20 portaherramientas diferentes que rotan según el programa elegido, facilitando la realización de piezas complejas. En el programa de mecanizado se introducen parámetros tales como: la velocidad de giro de cabezal porta piezas, el avance de los carros longitudinal y transversal y las cotas de ejecución de la pieza. La máquina CNC opera a velocidades de corte y avance muy superiores a los tornos Colombia 2017
convencionales por lo que es necesario utilizar herramientas de metal duro o de cerámica para disminuir la fatiga de materiales.
Portaherramientas o torreta El torno CNC utiliza un tambor como portaherramientas donde pueden ir ubicados de seis a veinte herramientas diferentes, según sea el tamaño del torno, o de su complejidad. El cambio de herramienta se controla mediante el programa de mecanizado, y en cada cambio, los carros retroceden a una posición donde se produce el giro y la selección de la herramienta adecuada para proseguir el ciclo de mecanizado. Cuando acaba el mecanizado de la pieza los carros retroceden a la posición inicial de retirada de la zona de trabajo para que sea posible realizar el cambio de piezas sin problemas
TIPOS DE TORNOS CNC Torno CNC de bancada inclinada: Este tipo de torno posee una bancada inclinada de una pieza que otorga mayor rigidez, precisión y durabilidad en el trabajo que se vaya a realizar como taladrado, torneado, fresado. Todo esto se controla mediante un control digital muy sofisticado.
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Torno CNC de bancada plana: existen en dos presentaciones. 1)-El de la serie FLC, utiliza un sistema de refrigerado y una puerta de seguridad de vidrios. Es muy utilizado para realizar trabajos con piezas pequeñas y también complejas como brocas, piezas de metal, hierro y todo material para el cual se requiera una minuciosa exactitud. 2)-La serie BJ VSCNC, utiliza un sistema de refrigerado, un sistema eléctrico de programable de cuatro estaciones y un control FANUC. A diferencia del primer modelo, éste se utiliza para realizar trabajos con exactitud en medianas y grandes piezas.
Tornos Verticales CNC: Este tipo de torno posee guías cuadradas (eje X y Z) para poder marcar un mejor corte acompañado de un controlador digital FANUC. Este tipo de tornos está diseñado para trabajar con piezas de gran volumen.
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5. REALIZAR LA “PRACTICA 1 FUNDAMENTOS BÁSICOS” LA CUAL ENCUENTRA EN LA HOJA DE RUTA APRENDIZAJE PRÁCTICO DEL ENTORNO DE APRENDIZAJE PRÁCTICO Descripción de la práctica: Investigar y realizar comparación cuantitativa y cualitativa entre una maquina convencional una maquina CNC
MAQUINA CONVENCIONAL -. Un operario por cada máquina. -. Demora en completar el proceso de mecanizado de la pieza. -. Desvíos en el producto (piezas) generados por el accionar humano. -. Mecanizados imposibles de realizar. -. Se necesita que los operarios tengan una amplia experiencia.
MAQUINA CNC -. Un operario opera varias máquinas a la vez. -. Rapidez en completar el proceso de mecanizado de la pieza. -. Se programan con un diseño que puede ser fabricado cientos o incluso miles de veces y cada producto será exactamente el mismo.
-. Se pueden realizar mecanizados muy -. Los operarios están en riesgos de seguridad en sus complejos. espacios de trabajo. -. No es necesario una amplia -. Desperdicio de material (Metal) experiencia. -. Bajo costo. -. Operarios exentos de peligro y seguros -. Consulta constante del operador a los planos de la en sus espacios de trabajo. pieza. -. Reducción de desperdicio de metal y -. El proceso es manual.
mejor aprovechamiento. -. Alto costo. -. Permite la simulación de diseños. -. Proceso Automatizado.
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VENTAJAS DE UN CNC QUE DESFAVORECEN A UNA CONVENCIONAL
Mayor precisión y mejor calidad de productos. Mayor uniformidad en los productos producidos. Un operario puede operar varias máquinas a la vez. Fácil procesamiento de productos de apariencia complicada. Flexibilidad para el cambio en el diseño y en modelos en un tiempo corto. Fácil control de calidad. Reducción en costos de inventario. Es posible satisfacer pedidos urgentes. No se requieren operadores con experiencia. Se reduce la fatiga del operador. Mayor seguridad en las labores. Aumento del tiempo de trabajo en corte por maquinaria. Fácil control de acuerdo con el programa de producción lo cual facilita la competencia en el mercado. Fácil administración de la producción e inventario lo cual permite la determinación de objetivos o políticas de la empresa. Permite simular el proceso de corte a fin de verificar que este sea correcto
DESVENTAJAS DE UNA CNC QUE FAVORECEN A UNA CONVENCIONAL
Alto costo de la maquinaria. Falta de opciones o alternativas en caso de fallas. Es necesario programar en forma correcta la selección de las herramientas de corte y la secuencia de operación para un eficiente funcionamiento. Los costos de mantenimiento aumentan, ya que el sistema de control es más complicado y surge la necesidad de entrenar al personal de servicio y operación. Es necesario mantener un gran volumen de producción a fin de lograr una mayor eficiencia de la capacidad instalada.
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CONCLUSIONES Con el desarrollo de este trabajo se logró apreciar todos los tipos, herramientas, principios de funcionamiento y demás aplicaciones de las maquinas herramienta denominadas torno y fresadora entre muchas más. Así, de la misma manera al momento de ir investigando y recopilando información se vio las diferencias entre una y otra máquina; así como que sus estructuras son de forma diferente, de igual manera se puede observar que el desarrollo de estas máquinas es aplicable en el entorno industrial. 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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REFERENCIAS BIOGRAFICAS Itzycolin, Curso CNC, sistemas de manufactura integrado por computadora (2016). Recuperado de: https://es.slideshare.net/itzycolin/curso-cnc-59161396?qid=e4266296-6973-4f16-8e9acd85b14f9c23&v=&b=&from_search=10 Pedro Duran, El torno de control numérico, (2017). Recuperado de: https://es.slideshare.net/PedroDuran23/el-torno-de-control-numrico?qid=d337169a-281e-4311a561-a812b26bfc11&v=&b=&from_search=1 Rocko9, Curso básico CNC (2013). Recuperado de: https://es.slideshare.net/rocko9/curso-bsicocnc Arriaga, S. L. (2005). Reconversión de las máquinas-herramienta convencionales a Control Numérico Computarizado (Metodología). México, D.F., MX: Instituto Politécnico Nacional. Recuperado de: http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action?docID=10428478 Bolívar, Fabián (2012). Modulo curso Control Numérico Computarizado: Recuperado de: http://hdl.handle.net/10596/4883 Apuntes del curso. Recuperado de: http://campus31.unad.edu.co/ecbti28/pluginfile.php/1647/mod_folder/content/0/ApuntesDelCurs o.pdf?forcedownload=1 DE MAQUINAS Y HERRAMIENTAS. (2013, Mayo 8). ¿Cómo funciona la Fresadora CNC? Recuperado de: http://www.demaquinasyherramientas.com/mecanizado/fresadoras-cnc DE MAQUINAS Y HERRAMIENTAS. (2015, Marzo 7). ¿Qué tener en cuenta al elegir una Fresadora? Recuperado de: http://www.demaquinasyherramientas.com/mecanizado/elegircomprar-fresadora Procesos Manufactura. (2014, Mayo 5). CNC - Control Numérico y Sistemas Automáticos. Recuperado de: https://es.slideshare.net/ProcesosManufactura/cnc-34312272
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