Máquinas herramienta CNC y su programación
PhD. Sergio F. Padrón Soroa
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Índice
Índice ................................................................................................................................................ 1 Prólogo ............................................................................................................................................. 4 Tema I .............................................................................................................................................. 8 El control numérico y las máquinas herramienta ............................................................................. 8 1.1 Un breve vistazo histórico ...................................................................................................... 8 1.2 ¿Qué es el control numérico? ¿Qué es una máquina herramienta con control numérico? ... 13 1.3 Dos preguntas interesantes, antes de continuar .................................................................... 15 1.4 Unidades que componen una máquina herramienta con control numérico ......................... 17 1.5 Sistemas de ejes .................................................................................................................... 20 1.6 Clasificación de los sistemas de control numérico en las máquinas herramienta ................ 28 1.7 Modos de operación ............................................................................................................. 31 1.8 Parámetros máquina ............................................................................................................. 33 1.9 Algunas preguntas frecuentes del principiante..................................................................... 34 Referencias del tema I ................................................................................................................ 36 Tema II ........................................................................................................................................... 38 Algunas características del diseño de la máquina herramienta CNC .......................................... 38 2.1 Introducción ......................................................................................................................... 38 2.2 El movimiento lineal en las MHCNC .................................................................................. 38 2.3 La rigidez de la MHCNC ..................................................................................................... 40 2.4 La evacuación de virutas ...................................................................................................... 41 2.5 Portaherramientas, almacén de herramientas y cambio de herramientas ............................. 42 2.6 La puerta de protección ........................................................................................................ 45 2.7 Captadores de posición......................................................................................................... 46 2.8 Motores eléctricos en las MHCNC ...................................................................................... 49 2.9 El husillo .............................................................................................................................. 53 Referencias del tema II ............................................................................................................... 54 Tema III .......................................................................................................................................... 56 El torno CNC .................................................................................................................................. 56 3.1 Introducción ......................................................................................................................... 56 3.2 Torno universal CNC ........................................................................................................... 56 3.3 Centro de torneado ............................................................................................................... 58 3.4 Torno longitudinal CNC....................................................................................................... 66 3.5 Torno multihusillo CNC....................................................................................................... 68 3.6 Centro de torno-fresado ........................................................................................................ 71 Referencias del tema III ............................................................................................................. 73 Tema IV.......................................................................................................................................... 75 Modo manual y reglaje de herramientas en un torno CNC ............................................................ 75 4.1 Introducción ......................................................................................................................... 75 4.2 Movimiento manual de los ejes ............................................................................................ 75 4.3 La tabla de herramientas ...................................................................................................... 80 4.4 El procedimiento de reglaje.................................................................................................. 84 Referencias del tema IV ............................................................................................................. 89 Tema V ........................................................................................................................................... 91 Programación manual de un torno CNC ........................................................................................ 91 5.1 Introducción ......................................................................................................................... 91 5.2 Generalidades sobre programación CNC ............................................................................. 91 2
5.3 Estructura de un programa pieza .......................................................................................... 92 5.4 Sistema de coordenadas para programar las cotas ............................................................... 93 5.5 Programación según código ISO .......................................................................................... 93 5.6 Funciones preparatorias........................................................................................................ 94 5.7 Algunas funciones preparatorias .......................................................................................... 95 5.8 Algunas funciones auxiliares ............................................................................................... 97 5.9 Ejemplo de programa pieza No.1. Torneado en absolutas e incrementales ......................... 98 5.10 Traslado de origen ............................................................................................................ 101 5.11 Ciclo fijo G81: torneado con profundizaciones en X ....................................................... 105 5.12 Ejemplo de programa pieza No. 2 .................................................................................... 107 5.13 Otras funciones G: G2, G3, G5, G7, G39, G36, G37, G38, G40, G41 y G42 ................. 109 5.14 Ejemplo de programa pieza No. 3 .................................................................................... 115 5.15 Ciclo fijo de ranurado en X (G88) .................................................................................. 120 5.16 Ciclo fijo de roscado G86................................................................................................. 121 5.17 Ejemplo de programa pieza No. 4 .................................................................................... 126 Referencias del tema V ............................................................................................................ 133 Tema VI........................................................................................................................................ 135 Las fresadoras CNC y los centros de maquinado ......................................................................... 135 6.1 Introducción ....................................................................................................................... 135 6.2 Fresadora universal CNC ................................................................................................... 135 6.3 Centros de maquinado ........................................................................................................ 138 6.4 Las mejoras en los centros de maquinado .......................................................................... 142 6.5 Especificaciones más importantes ...................................................................................... 147 Referencias del tema VI ........................................................................................................... 147 Tema VII ...................................................................................................................................... 149 Programación manual de una fresadora CNC .............................................................................. 149 7.1 Introducción ....................................................................................................................... 149 7.2 Descripción del teclado y del panel de mando ................................................................... 150 7.3 Descripción de la pantalla estándar del CNC de la fresadora ............................................ 151 7.4 Trabajo en modo manual .................................................................................................... 152 7.5 Sistema de ejes de la fresadora. Funciones G17, G18 y G19 ............................................. 158 7.6 Compensación de la herramienta: G40, G41, G42, G43, G44 ........................................... 159 7.7 Ejemplo de programa pieza No. 1 para fresado ................................................................. 161 7.8 Las funciones G2 y G3 en la fresadora .............................................................................. 166 7.9 Coordenadas polares. Función G93 ................................................................................... 167 7.10 Ejemplo de programa pieza No. 2 para fresado ............................................................... 169 7.11 Redondeo controlado de aristas: G36............................................................................... 171 7.12 Ejemplo de programa pieza No. 3 para fresado ............................................................... 172 7.13 Giro del sistema de coordenadas: G73 ............................................................................. 178 7.14 Sentencia de control de flujo RPT.................................................................................... 178 7.15 Ejemplo de programa pieza No. 4 para fresado ............................................................... 179 7.16 Programa pieza No. 5: funciones imagen espejo G10, G11, G12 y G13 ......................... 185 7.17 Resumen del tema VII ...................................................................................................... 189 Referencias del tema VII .......................................................................................................... 191 Tema VIII ..................................................................................................................................... 193 Programación conversacional ...................................................................................................... 193 8.1 Introducción ....................................................................................................................... 193 3
8.2 Las operaciones o ciclos de trabajo .................................................................................... 193 8.3 Trabajo en modo edición .................................................................................................... 195 8.4 Edición de operaciones....................................................................................................... 196 8.5 Ciclo de planeado ............................................................................................................... 199 8.6 Operación de fresado de perfil ........................................................................................... 203 8.7 Operación de cajera rectangular ......................................................................................... 209 8.8 Operaciones de taladrado y punteado................................................................................. 212 8.9 Posicionamiento múltiple de puntos: paralelogramo ......................................................... 214 8.10 Edición del programa para la pieza que se utiliza como ejemplo en este tema ............... 218 8.11 Sobre la programación de máquinas herramienta CNC presentada en este texto ............ 221 Ejercicio del tema VIII ................................................................................................................. 222 Referencias del tema VIII ........................................................................................................ 225 Tema IX........................................................................................................................................ 227 Máquinas electroerosivas ............................................................................................................. 227 9.1 Introducción ....................................................................................................................... 227 9.2 Electroerosivas de penetración ........................................................................................... 231 9.3 Electroerosiva de hilo ......................................................................................................... 242 Referencias del tema IX ........................................................................................................... 251 Anexo I ......................................................................................................................................... 252 Ejercicios sobre programas pieza para torneado .......................................................................... 252 Ejercicio No.1........................................................................................................................... 252 Ejercicio No. 2.......................................................................................................................... 253 Ejercicio No. 3.......................................................................................................................... 254 Ejercicio No. 4.......................................................................................................................... 256 Variante del ejercicio No. 4...................................................................................................... 259 Anexo II........................................................................................................................................ 261 Ejercicios sobre programación del CNC de una fresadora .......................................................... 261 Ejercicio No. 1.......................................................................................................................... 261 Ejercicio No. 2.......................................................................................................................... 263 Ejercicio No. 3.......................................................................................................................... 266 Prólogo Las máquinas herramienta con control numérico, más abreviadamente llamadas máquinas CNC actualmente, hace ya bastante tiempo que son comunes en los talleres de maquinado de cualquier país con al menos un mediano desarrollo de la industria de producciones mecánicas. Por otra parte, las ofertas de máquinas herramienta convencionales en el mercado internacional son escasas, y aun esas contienen elementos que las acercan cada vez más al control numérico. Sin embargo, no son pocos los países en vías de desarrollo que no han introducido esa tecnología en sus talleres, o que tímidamente lo han intentado sin éxito, por muchas razones. De esta manera, el empleo o no de máquinas CNC se añade al abismo tecnológico que diferencia a los países hoy en día. Es por ello que se ha considerado oportuno iniciar este texto a partir de cero, del no conocimiento de estas máquinas, con la intención de alcanzar un nivel básico que dé la posibilidad de permitir la consolidación y profundización de esos conocimientos y habilidades más adelante,
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en estudios y entrenamientos posteriores, así como en la práctica diaria de la producción en un taller con máquinas CNC. De esta manera se pretende construir los primeros peldaños de un largo puente que pudiera llevar a salvar el obstáculo que representa el abismo tecnológico antes mencionado. En el primer tema de este texto se responden dos preguntas que resultan de interés para quien comienza a partir de cero en el conocimiento sobre estas máquinas: ¿Por qué y para qué implantar la tecnología de las máquinas con control numérico computarizado en los talleres de fabricación de piezas por maquinado? ¿Qué conocimientos y habilidades son necesarios para poder explotar adecuadamente las máquinas herramienta CNC? Una vez aclarados esos asuntos, sobre los cuales hay muchas interpretaciones erróneas, el tema I se dedica a definir conceptos básicos para poder adentrarse en este estudio. Desde el mismo principio se notará que hay sustanciales diferencias entre el trabajo en una máquina herramienta convencional y otra CNC, aunque se trate igualmente de maquinado de piezas. El tema II se refiere a algunas características constructivas generales de las máquinas CNC, sin detenerse en ningún tipo de máquina en particular. El tema III ya trata específicamente sobre los tornos CNC y los centros de torneado, de manera que se profundiza un poco más en las características constructivas de estas máquinas. Se muestran y analizan algunos tipos de tornos CNC y centros de torneado. El tema IV se introduce en la operación manual de un torno CNC. Se notará la diferencia con respecto a la operación de un torno convencional. Tratándose, como ya se dijo, de un nivel básico de conocimientos, se aborda este asunto considerando un modelo de torno CNC muy parecido a un torno convencional. Se sientan así las bases para iniciar el estudio de la programación manual de este tipo de torno, que es el asunto que trata el tema siguiente. El tema V no pretende ser un manual de programación, es por ello que se estudian solo algunas funciones de programación que son necesarias para poder analizar varios ejemplos de programas para tornear piezas. Los programas que se presentan como ejemplos van acompañados de una explicación detallada, aunque se trata de no ser demasiado extenso. El anexo I brinda la posibilidad de ejercitar la programación para un torno CNC mediante varios ejercicios, que el interesado en este asunto no debe dejar de hacer. Siguiendo la misma didáctica, el tema VI explica cómo son las fresadoras CNC y los centros de fresado. Se analizan algunos ejemplos de estas máquinas. La lógica del texto lleva a la programación manual de la fresadora CNC en el tema VII. Tanto en el tema V como en el tema VII se toma un modelo de CNC como base para desarrollar los programas, pues no es posible presentar ejemplos sin referirse
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a un CNC en particular. Se utilizan funciones de programación ya estudiadas en el tema V y se explican otras nuevas. En el anexo II se ofertan piezas para elaborar sus programas de fresado, a modo de ejercicios que el interesado no debe dejar de hacer. El tema VIII se dedica también a la programación de una fresadora, pero esta vez mediante las facilidades que brinda la llamada programación conversacional o ayudada. Se van explicando solo algunas de las operaciones que se pueden editar mediante esta prestación, que al final se integran en el programa para el fresado de una pieza. En el último epígrafe del tema se reitera el alcance limitado de este texto, lo cual debe estimular al interesado para continuar sus estudios más allá. Se deja en manos del interesado un ejercicio de programación conversacional. El tema IX trata sobre las máquinas electroerosivas. En realidad estas, como otras máquinas CNC, no son comunes en cualquier taller de maquinado, pero sí son imprescindibles en un taller de fabricación de moldes y troqueles, por ejemplo. Por su particularidad, no se estudia su programación que, por cierto, es muy similar a la de una fresadora CNC. Pero este tipo de máquina normalmente no se estudia en los textos de máquinas herramienta convencionales y en realidad donde encajan perfectamente es en el estudio de las máquinas CNC. Cuando se estudie el tema se comprenderá que es imposible entenderlo sin haber aprendido antes lo que se explica en los temas precedentes, por eso se deja para el final. Hecha esta presentación, solo resta desearle éxito a quien estudie este texto con la intención de adquirir conocimientos básicos sobre máquinas CNC y su programación. PhD. Sergio F. Padrón Soroa
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Tema I
El control numérico y las máquinas herramienta
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Tema I El control numérico y las máquinas herramienta 1.1 Un breve vistazo histórico A principios del siglo XX, cuando el cine era mudo, se produjo una película que se considera una joya fílmica. Su protagonista fue el genial Charles Chaplin y la película se llamó Tiempos modernos. El personaje interpretado por Chaplin trabaja en una fábrica donde hay una producción seriada. Por delante de él se desplaza una especie de transportador continuo con unas piezas a las cuales hay que apretarles dos tuercas. Chaplin tiene una llave en cada mano y aprieta las dos tuercas al mismo tiempo cada vez que le pasa una pieza por delante. No puede entretenerse por nada, porque se le escapan las piezas. Luego de una larga jornada laboral sale traumatizado de la fábrica, llaves en mano, y aprieta todo aquello que se le parezca a una tuerca, lo que crea escenas humorísticas. Aquel que haya trabajado en un torno revólver de accionamiento manual en la primera mitad del siglo pasado, y quizás hasta un poco después, sabe de las consecuencias de la repetición sucesiva de los mismos movimientos del cuerpo humano para operar una máquina como esa, sobre todo si se le exigió el cumplimiento de una norma y se le pagó según la cantidad de piezas terminadas con la calidad requerida. El agotamiento físico del operario no es deseable desde el punto de vista ético, humano, pues acarrea problemas de salud. La rutina de trabajo era en muchos casos la causa fundamental de accidentes fatales, sobre todo en prensas donde se doblaban, embutían, cortaban o punzonaban chapas de metal. Para un fabricante, independientemente de la sensibilidad que tuviera con el aspecto humano del asunto, el agotamiento de los operarios se reflejaba también en piezas rechazadas por defectuosas, en interrupciones de la producción por causa de accidentes, en reducción de la producción por disminución del rendimiento de los trabajadores cansados. Era evidente que mientras menos intervención humana hubiera en una cadena de producción, mayor sería esta y mucho menores serían los problemas subjetivos. Basados en estos razonamientos y otros más, desde siempre en los procesos industriales se ha intentado aumentar la productividad y la calidad de la producción, en una carrera interminable por la rentabilidad y la competitividad. La historia de este asunto se puede empezar a contar desde mucho antes, dígase, por ejemplo, desde que empezaron a surgir las máquinas que hoy se conocen como máquinas herramienta (puede repasarse el anexo I de la referencia [7]). En fecha que puede parecer tan temprana como el año 1808, Joseph M. Jacquard ideó una máquina textil que trabajaba controlada por tarjetas perforadas. Este es un antecedente interesante de lo que después fueron, a mediados del siglo XX, las tarjetas y cintas perforadas de las primeras computadoras y de las primeras máquinas con control numérico. Cien años después, en 1908, Henry Ford fabricó el primer automóvil producido en serie, modelo T, y en 1911 instaló el primer transportador en cadena en Highland Park, iniciando la producción en masa. Indudablemente, la película de Chaplin, a la que se hizo referencia antes, hacía alusión a la producción en masa de
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aquella época. Se perfeccionaron entonces una gran cantidad de máquinas herramienta adaptadas a las características exigidas por la industria del automóvil. Así fue surgiendo y se fue desarrollando la idea de la automatización de los procesos productivos y, dentro de ellos, la automatización de los procesos de maquinado de piezas, reduciendo cada vez más la intervención del operario en la manipulación de la máquina herramienta. La automatización ha perseguido el aumento de la productividad, la fabricación de piezas en mayores cantidades con la calidad requerida, la obtención de piezas excesivamente complejas que no es posible maquinarlas dependiendo solamente de la habilidad del operario, la disminución continua de los costos, mejor precisión, mayor flexibilidad tecnológica. Para dar solución a estas exigencias se fue desarrollando una gran variedad de dispositivos cuyos principios de funcionamiento pueden ser de tipo mecánico, hidráulico, neumático, eléctrico, electrónico, o una combinación de estos. Las soluciones de automatización no han sido las mismas para las producciones en masa, en serie o unitaria. La automatización de las producciones en masa o en grandes series fue la que inicialmente alcanzó mayor impulso mediante el empleo de máquinas herramienta especiales, construidas para fabricar un solo tipo de pieza, y las máquinas transfer (agregadas o modulares, como también se les conoce). Por otro lado, el maquinado de piezas en series medianas resultó rentable a pesar del requerimiento de fabricación de herramientas de corte especiales. Las máquinas herramienta empleadas en la producción en serie eran accionadas por levas, dispositivos copiadores con sus plantillas o modelos, topes, que era necesario cambiar cuando cambiaba el tipo de pieza a fabricar. Las levas y plantillas deberían ser almacenadas para su posterior uso, si se repetía en algún momento la misma producción, lo que conllevaba el empleo de almacenes y la acumulación muchas veces de diferentes dispositivos que nunca más se volvían a emplear. La producción con este tipo de máquinas es poco flexible desde el punto de vista tecnológico, pues el cambio del tipo de pieza a maquinar trae consigo el diseño y fabricación de levas o plantillas y herramientas de corte especiales, que resultan costosas y requieren de tiempo para poder contar con ellas. También puede ser grande el tiempo de ajuste de la máquina herramienta para el cambio de la producción. De esta manera, la automatización no había llegado a la producción unitaria, de una sola pieza, porque los métodos antes mencionados no resultan rentables en ese tipo de producción. Por decenas de años la producción en serie muy pequeña y la unitaria quedaron reservadas a las máquinas herramienta universales, de propósitos generales, hoy también llamadas convencionales, en las cuales el operario forma parte del sistema de control. Su labor física y mental interviene directamente en el maquinado de la pieza, y el aumento de la productividad depende fundamentalmente del incremento de su ritmo de trabajo, con el consiguiente cansancio y las consecuencias negativas que este acarrea.
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La automatización de la fabricación unitaria y de series cortas requiere de una máquina herramienta de propósito general que, a pesar de ello, sea automática, que permita introducirle con facilidad la información necesaria para fabricar la pieza, y que esa información pueda ser preservada a bajo costo de manera que pueda ser utilizada de nuevo en cualquier otro momento. Debe ser una máquina herramienta con alta flexibilidad tecnológica, lo que significa que no requiera, en lo fundamental, el diseño y fabricación previa de dispositivos, mecanismos y herramientas de corte especiales, y que su tiempo de puesta a punto sea dramáticamente reducido. La respuesta a este problema ha sido la máquina herramienta con control numérico computarizado (CNC). En 1945 dos científicos de la Universidad de Pensilvania, John W. Mauclhy y J. Presper Eckert, crearon la primera computadora electrónica digital, que se llamó ENIAC. En 1948 John Parson inició la aplicación del control numérico a la máquina herramienta, con el objetivo de resolver el problema del fresado de superficies complejas tridimensionales para la aeronáutica. En 1949 Parson contrató con el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) el diseño de los servomecanismos de control para una fresadora. En 1952 funcionaba un control experimental, aplicado a una fresadora Cincinnati. La programación utilizaba un código binario sobre cinta perforada y la máquina ejecutaba movimientos simultáneos coordinados sobre tres ejes: longitudinal, transversal y vertical. En 1955 se presentaron unas pocas máquinas, en la Feria de Chicago, gobernadas por tarjetas y cintas perforadas. La U.S. Air Force se interesó por el sistema y formuló un pedido de 170 máquinas herramienta por valor de cincuenta millones de dólares. Pero los modelos desarrollados durante los años cincuenta y sesenta fueron poco eficaces y resultaron muy caros. La computadora y la máquina herramienta eran independientes, no se relacionaban directamente. Desde que se decidía fabricar una pieza hasta que el programa estaba listo para introducirlo en la máquina herramienta, se consumía bastante tiempo, porque había que hacer los cálculos de las coordenadas de los puntos de la trayectoria a recorrer por las herramientas de corte, entre otros muchos, y mientras más compleja fuera la pieza mayor sería la cantidad de cálculos a realizar. Esos cálculos se hacían en computadoras que en aquella época ocupaban grandes espacios y eran accesibles a un grupo muy reducido de personas. De estas se obtenían las cintas o tarjetas perforadas con el programa para maquinar la pieza (programa pieza o programa NC), el cual debería ser introducido a la máquina con control numérico mediante un dispositivo de lectura específico. Fue a partir de los inicios de los años setenta, con el desarrollo de la microelectrónica, cuando el control numérico (CN) pasó a ser control numérico por computadora (CNC) debido a la integración de una microcomputadora con la máquina herramienta. La introducción de los microprocesadores en 1976 vino a revolucionar las computadoras y, con ellas, a las técnicas del control numérico.
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Ya en 1970 se presentaron los primeros trabajos de automatización con pallets (figura 1.4). En 1978 se empezó a hablar de fabricación flexible (FMS), lo que más tarde dio surgimiento a las células flexibles y líneas de fabricación flexible (figura 1.5). En 1979 ya se estaban desarrollando los sistemas CAD/CAM (diseño y fabricación asistida por computadora). La introducción de una interfaz gráfica en los controles CNC trajo consigo el concepto de programación a pie de máquina en 1984, y más tarde la programación conversacional. En 1987 se comenzó a aplicar la manufactura integrada por computadora (CIM). Definitivamente fue durante los años ochenta cuando comenzó la aplicación generalizada del CNC, gracias al desarrollo alcanzado por la electrónica y la informática. En los años subsiguientes el CNC ha ido mejorando exponencialmente en la misma medida en que lo han hecho los desarrollos en la microelectrónica y los sistemas CAD/CAM. Este desarrollo también se refleja en todos los componentes de la máquina CNC, y muy especialmente en los captadores que informan cada vez con mayor precisión las dimensiones que se van alcanzando en la pieza que se maquina. Además de su incorporación inicial a las fresadoras, la aplicación del control numérico se extendió a mandrinadoras, tornos y taladradoras. Pero rápidamente se comprobó que existía un potencial de automatización superior al que podía obtenerse sobre máquinas clásicas y surgió un nuevo concepto: el centro de maquinado (figura 1.4). Nació así una máquina herramienta capaz de fresar, taladrar, roscar, mandrilar y hacer otras operaciones de maquinado, que incluye un almacén de herramientas y un sistema de cambio automático de estas. Puede incluir también un sistema de cambio de piezas, normalmente fijadas a pallets (mesas que se pueden quitar y poner automáticamente en la máquina herramienta).
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Las máquinas herramienta CNC (MHCNC) se han equipado con sistemas de carga y descarga automática de las piezas, con manipuladores y robots articulados, lo que ha convertido a la máquina individual en una pequeña célula de producción flexible. El posicionamiento adecuado de varias MHCNC, conectadas entre sí por transportadores, ha dado lugar a líneas y fábricas completamente automatizadas y con sistemas de fabricación flexible (figura 1.5). La noción de fabricación flexible supera las limitaciones de la automatización basada en mecanismos, sistemas neumáticos, hidráulicos y eléctricos, ya que admite la producción rentable en pequeñas series e incluso la producción de una sola pieza de manera automatizada. Esta última posibilidad, el maquinado automático de una sola pieza que no necesariamente se va a repetir, ha convertido a la MHCNC en imprescindible, por ejemplo, para la producción de moldes y troqueles. La importancia de este ejemplo podrá descubrirla quien mire tan solo un poco a su alrededor, cuando se dé cuenta de la repercusión de la industria de producción de moldes para elementos plásticos en la vida cotidiana. 1.2 ¿Qué es el control numérico? ¿Qué es una máquina herramienta con control numérico? Control numérico es el nombre que se dio a un concepto fundamental de control que es aplicable a un gran número de procesos, no solo a las máquinas herramienta. Entre las máquinas clásicas a las cuales se les ha aplicado el control
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numérico se encuentran: taladradoras, fresadoras, tornos, mandrinadoras, rectificadoras, punzonadoras, electroerosivas, máquinas de soldar, máquinas de oxicorte, dobladoras, máquinas de medición por coordenadas. Un sistema de control se considera de control numérico si es capaz de convertir directamente valores numéricos en valores físicos. A continuación se explica mediante ejemplos este concepto. Controlar significa ejercer poder sobre algo, dirigirlo, guiarlo, limitarlo. Para dirigir se dan órdenes que pueden ser en forma de instrucciones, por ejemplo: no pise el césped. Estas instrucciones pueden incluir una dirección: camine hasta el final del pasillo y doble a la derecha. La orden puede incluir también un número: déme 10 huevos. Pero las órdenes pueden darse también a objetos. Por ejemplo, al abrir una llave (grifo) se le está dando la orden de que deje fluir el agua. El gran problema es que cada una de estas órdenes debe ser interpretada correctamente y la interpretación puede no ser buena. Así, al abrir la llave puede no salir agua, o al comprar los huevos puede ser que se obtengan 9 en vez de 10, por error. Un operario en un torno universal gira la manivela del movimiento transversal dos vueltas enteras y una fracción de vuelta que, según el dial de esa manivela, equivales a 0.4 mm. Supóngase entonces que el carro transversal se mueve 10.4 mm. En este ejemplo el operario ha introducido un valor físico, un desplazamiento transversal. Supóngase ahora que el operario de una taladradora debe taladrar un agujero en una plancha de acero, el cual se encuentra a 60.2 mm a la derecha del borde izquierdo de la pieza (figura 1.6) y a 42.3 mm del borde delantero. La pieza, ya fijada sobre la mesa de la taladradora vertical, es movida manualmente por el operario mediante la manivela del movimiento longitudinal de la mesa, hasta colocar el eje de rotación de la broca en el borde izquierdo de la pieza. El tornillo del movimiento longitudinal de la mesa tiene 5 mm de paso. El operario ajusta en cero el dial del movimiento longitudinal y seguidamente da 12 vueltas completas a la manivela y la detiene en la marca 0.2 del dial, después del cero. Seguidamente el operario hace coincidir igualmente el eje de rotación de la broca con el borde delantero de la pieza, con la ayuda de la manivela del movimiento transversal, y mediante un procedimiento similar da 8 vueltas completas a la manivela y la detiene en la marca 2.3 del dial. De esta manera el eje de rotación de la broca ha quedado en la posición necesaria para taladrar.
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Supóngase ahora que en cada tornillo de avance, en vez de una manivela, hay conectado un servomotor. Este es un motor eléctrico que rota en respuesta a una señal específica u orden. En cada revolución del motor le mesa se moverá 5 mm. Pero el motor es capaz de girar 1/100 de revolución cada vez que se energiza. En otras palabras, por cada energización del servomotor la mesa se moverá 5/100=0.05 mm. Visto de otra manera, el motor debe recibir 20 señales para que la mesa se mueva 1 mm. Tendrá entonces que recibir 1204 señales para que se mueva 60.2 mm. Un sistema electrónico sencillo es capaz de enviar al servomotor esas señales, siempre que el operario introduzca ese número, 1204, en ese sistema electrónico. Esto es el control numérico: el número 1204 se ha convertido en una traslación (magnitud física) de 60.2 mm. Se puede entonces, de manera básica, llamar máquina herramienta con control numérico a aquella en la que una información numérica, representando magnitudes, velocidades y direcciones de los movimientos de sus órganos de trabajo participantes en el maquinado de una pieza (mesa, cabezal, husillo), o en el posicionamiento de la pieza o de la herramienta, se introduce en el sistema de control automático y sirve a este para ordenar que se ejecuten los posicionamientos y movimientos, así como para controlarlos. 1.3 Dos preguntas interesantes, antes de continuar
¿Por qué y para qué implantar la tecnología de las máquinas con control numérico computarizado en los talleres de fabricación de piezas por maquinado?
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Las máquinas herramienta con control numérico computarizado, o máquinas CNC, se han impuesto en los talleres de maquinado moderno que han alcanzado al menos un mínimo de desarrollo y competitividad. Esto se debe, de manera sintética, a que esta tecnología permite: Mayores posibilidades en la precisión de los maquinados. Aumento de la calidad de las piezas obtenidas. Dar respuesta a diseños de piezas cada vez más evolucionados y complejos. Maquinar piezas de geometrías más complicadas. Fabricar gran diversidad de piezas, gracias a su estructura de producción más flexible y dinámica (posibilidad de cambio rápido de la producción que se hace). Reducir errores en la producción, lo que implica reducción de costos (disminución de piezas defectuosas). Responder a plazos de entrega cada vez más exigentes, más breves. Responder a producciones urgentes. Aumento de la inmediatez de la respuesta al cliente. La posibilidad de utilización de varias máquinas simultáneamente por un solo operario. Una mayor uniformidad en la producción (las piezas fabricadas se parecen más las unas a las otras; repetitividad). Menor fatiga del operario. Disminuir los tiempos auxiliares (de posicionamiento, de cambio de herramienta, de cambio de pieza) y otros tipos de tiempo, como el debido a máquina parada en espera. Simular el maquinado de la pieza antes de decidir la versión definitiva del programa pieza que se empleará. En resumen, la máquina herramienta CNC permite mayor productividad y flexibilidad en la producción, lo que se debe traducir en mayor rentabilidad y competitividad. No obstante, esta tecnología también tiene sus desventajas relativas, entre las cuales se encuentran: Elevado costo de la máquina y sus accesorios. Necesidad de programación y preparación de forma correcta para un eficiente funcionamiento. Costos de mantenimiento más elevados, debido a su mayor complejidad, lo que genera la necesidad de personal de servicio y mantenimiento con altos niveles de preparación. Necesidad de mantener grandes volúmenes de demanda para garantizar la amortización de la inversión. Empleo de trabajadores más calificados.
¿Qué conocimientos y habilidades son necesarios para poder explotar adecuadamente las máquinas herramienta con CNC? Las MHCNC son máquinas automáticas, pero de un tipo muy diferente a las máquinas automáticas anteriores, accionadas por sistemas neumáticos, hidráulicos, mecánicos, eléctricos o la combinación de estos. La idea de que un operario de baja
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calificación puede operar las MHCNC es una extrapolación errónea de lo que puede ser aplicable a otro tipo de máquina automática. El colectivo técnico que trabaja alrededor de las MHCNC debe tener una alta calificación, incluyendo a los operarios, pues de lo contrario se pierde la inversión porque no se logra la rentabilidad necesaria y se deterioran rápidamente las máquinas. Entre los conocimientos y habilidades necesarios para explotar esta tecnología se encuentran: Geometría, álgebra y trigonometría. Diseño y selección de herramientas de corte. Sistemas de sujeción de las herramientas de corte. Selección de datos de corte (velocidad, avance, profundidad, ancho de corte…). Uso de medios de medición. Metrología (cadenas de medidas, tolerancias dimensionales, tolerancias de forma y posición…). Interpretación de planos y de piezas modeladas tridimensionalmente. Estructura de la máquina CNC. Mantenimiento sistemático de este tipo de máquinas y su control. Solución de interrupciones elementales en su funcionamiento. Tecnologías de maquinado. Programación del CNC, tanto en programación manual como en la utilización de sistemas CAM. Conocimientos básicos sobre el empleo de computadoras. 1.4 Unidades que componen una máquina herramienta con numérico La máquina herramienta CNC consta básicamente de (figura 1.7):
control
1. La unidad de entrada-salida de datos (figura 1.8), que es generalmente un panel con un monitor, teclado y otros elementos. Esta unidad se considera un periférico de entrada para la CPU (unidad central de procesos). Entre otras funciones, el monitor muestra: la información que se suministra mediante el teclado; las conexiones con otros sistemas informáticos mediante la intranet; información sobre los sistemas que tenga activados la máquina herramienta;
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rpm, velocidad de corte, avance; la simulación del maquinado; los errores que se detecten y otras más.
2. La unidad central, que está compuesta por diferentes módulos (ver el ejemplo de la figura 1.9), según el fabricante del CNC y las prestaciones que requiera quien adquiera la MHCNC. El módulo principal es la unidad central de procesos, o CPU, que contiene el software del sistema, por lo que lleva a cabo todas las funciones del CNC, tales como edición de programas, ejecución de programas, simulación, etc. También gestiona la información del resto de los módulos, genera las señales de video para el monitor y está conectada al teclado. La CPU se enlaza con el controlador de lógica programable (PLC). El otro módulo básico es el de ejes, que controla el husillo y los ejes de la máquina. La unidad central puede contener otros módulos opcionales, por ejemplo: un disco duro para tener mayor capacidad de almacenamiento de programas; módulos para ampliar la cantidad de entradas y salidas del PLC; módulo para el copiado de piezas; tarjeta para disminuir el tiempo de procesamiento del programa pieza; tarjeta Ethernet para comunicarse con una computadora externa; y otros. La CPU puede estar conectada a una computadora externa, a una intranet y también a Internet, mediante el correspondiente sistema de red.
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3. La máquina herramienta, que en su diseño constructivo se diferencia de las tradicionales y en muchos casos no es fácilmente clasificable simplemente, por ejemplo, como un torno o una fresadora. En el tema II se amplía este asunto. 4. Los periféricos de control. Estos son también periféricos de entrada, tal como lo es la unidad de entrada y salida de datos, pero trasmiten a la CPU información obtenida en la misma máquina. Mediante diferentes dispositivos electrónicos se captan datos sobre lo que está ocurriendo en la máquina herramienta y se envían a la CPU, de modo que esta pueda compararlos con los datos del programa pieza y tomar las decisiones que correspondan. Estos datos pueden ser, entre otros, rpm del husillo, posición de la herramienta o la pieza (magnitud de la longitud, el diámetro), valor del avance, herramienta de corte que está trabajando y muchos más. Son de vital importancia, entre estos periféricos, los captadores de posición. 1.5 Sistemas de ejes En la MHCNC es imprescindible disponer de un sistema de coordenadas para poder programar las cotas (coordenadas) del posicionamiento relativo entre la pieza y la herramienta de corte, así como las cotas que debe alcanzar el borde cortante de la herramienta en sus recorridos. Dicho así, se comienza a entender que “eje” en CNC es un concepto de control, no es un elemento de máquina, un tipo de pieza. “Ejes” son los movimientos que controla el CNC. La primera interpretación de este asunto puede restringirse instintivamente a movimientos lineales, pero un eje también es un movimiento circular cuyo posicionamiento sea controlado por el CNC. Es por ello que toda MHCNC dispone de un sistema de ejes de acuerdo con normas internacionales. Uno de los sistemas de ejes más sencillos puede ser el de un torno. Considérese un torno muy similar a uno universal convencional, de husillo horizontal, visto desde arriba en el plano horizontal (figura 1.10). Para este tipo de máquina herramienta es muy común el sistema de ejes siguiente: a) Eje Z: recorrido longitudinal, con sentido positivo moviéndose hacia la contrapunta (alejándose del plato) b) Eje X: recorrido transversal, con sentido positivo alejándose del eje de rotación No obstante, en la mayoría de los tornos CNC el carro transversal está al otro lado del torno (de frente al operario) y con cierto ángulo de inclinación. En esos casos el sentido positivo de X se aleja del operario (figura 1.11).
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En las fresadoras verticales CNC, considerando una de estas máquinas muy similar a una convencional, el sistema de ejes más sencillo que se utiliza es el que se muestra en la figura 1.12. Con cierta frecuencia, para entender mejor los movimientos y la programación, con los ejes se conforman planos de trabajo. Por ejemplo, en la figura 1.12 se representa el plano XY (plano horizontal) de esa fresadora, en la cual también se pueden considerar dos planos verticales: el XZ y el YZ. En la figura 7.14, del tema XIV, se amplía sobre este asunto.
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Un recurso nemotécnico muchas veces utilizado por los principiantes para recordar el sistema de ejes de una fresadora de husillo vertical es el que se muestra en la figura 1.13, el cual se basa en la mano derecha.
El sistema de ejes de la figura 1.13 es de tres ejes, pero se convierte en un sistema de una mayor cantidad de ejes en dependencia de si alguno de estos puede rotar y esa rotación es controlada por el CNC. Por ejemplo, si la fresadora de la figura 1.12 tuviera lo que se llamaría un cabezal divisor en una máquina convencional, y las divisiones en el husillo de ese cabezal se hicieran mediante el CNC y no mediante la tradicional manivela y el disco de agujeros, entonces se estaría en presencia de un cuarto eje: el husillo del cabezal divisor sería un cuarto eje, rotatorio en este caso, no sería un eje de movimiento rectilíneo. Ese sería el eje A. Siguiendo esa misma lógica se puede llegar hasta la figura 1.14 con 9 ejes. Los ejes U, V, W, son ejes auxiliares, paralelos respectivamente a los ejes rectilíneos X, Y, Z. Los ejes A, B, C son rotatorios respectivamente sobre X, Y, Z.
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La cantidad de ejes que gobierna un control puede ser muy diversa y requiere de la acumulación de experiencia por parte de los que trabajan con una máquina CNC. Véase ahora la fresadora vertical de la figura 1.15.
En la figura 1.15 los ejes X, Y y Z se corresponden con los tradicionales movimientos de una fresadora: horizontal, transversal y vertical. Pero el husillo de esta máquina se puede mover axialmente, como el de una taladradora, y a ese movimiento se le llama eje W. El cabezal del husillo se puede inclinar cierto ángulo bajo el control del CNC. Ese giro posible se llama eje B. Finalmente, la mesa de esta
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fresadora puede girar, y ese movimiento se llama eje C. Hay un concepto relativo a los ejes en CNC que es necesario explicar ahora: interpolación. Se entiende como tal al movimiento simultáneo de dos o más ejes de forma controlada, lo que permite producir trayectorias lineales o curvas. En otras palabras, son interpolables los ejes que se pueden mover al mismo tiempo controlados por el CNC. De esta manera, un CNC de 3 ejes significa que puede controlar simultáneamente 3 ejes. Pero se da el caso, por ejemplo, de un CNC que puede controlar 4 ejes de manera independiente cada uno, pero solo puede controlar 3 de manera simultánea. En ese ejemplo se dice que es un CNC de 3 ejes y medio. Este último ejemplo, presentado de otra manera, puede ser el siguiente. Una fresadora vertical, como la de la figura 1.12, posee los ejes X, Y, Z y A. Cuando se está controlando el eje A (rotación para tallar una rueda dentada helicoidal, por ejemplo), solo se pueden controlar al mismo tiempo dos ejes más, que pudieran ser el X y el Z. El eje Y no se puede controlar si A, X y Z se están controlando simultáneamente. En ese ejemplo el CNC es de 3½ ejes. Como se ha visto, los ejes pueden ser lineales y rotativos. Estos últimos se subdividen en: Rotativo normal Rotativo de solo posicionamiento Rotativo hirth Un eje rotativo normal puede interpolar con ejes lineales, se puede programar con movimientos rápidos (de posicionamiento, con la función G0) y con movimiento de avance (función G1); se puede programar mediante cotas absolutas (función G90) o mediante cotas incrementales (función G91), y el signo de la cota a alcanzar indica el sentido de giro del eje. Vale aclarar que las funciones G serán estudiadas en los temas correspondientes a la programación manual de tornos y fresadoras. Un ejemplo de eje rotativo normal puede ser el del cabezal divisor en una fresadora. Un eje rotativo de solo posicionamiento no puede interpolar con ejes lineales. Su desplazamiento es siempre en movimiento rápido (G0). Admite programación tanto en coordenadas absolutas como en incrementales, y el signo de la cota a alcanzar indica el sentido de giro del eje. Como su nombre lo indica, este tipo de eje solo se utiliza para posicionar, no para maquinar. En ejemplo de este tipo de eje puede ser el eje B de la figura 1.15. El eje rotativo hirth es también un eje de solo posicionamiento, pero solo admite cotas de números enteros, no admite decimales. Resulta conveniente ahora añadir que existen los llamados ejes Gantry. Se denomina así a la pareja de ejes que, debido a la construcción y funcionamiento de la máquina, deben desplazarse simultáneamente y de forma sincronizada. Solamente se requiere programar el movimiento de uno de los dos ejes, el otro lo
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hará simultáneamente. Un ejemplo de este tipo de ejes puede verse en el esquema de la figura 1.16.
Dos o más ejes que normalmente tienen un desplazamiento independiente también se pueden sincronizar en determinado momento, según las necesidades. En ese caso se llaman ejes acoplados o sincronizados. Los ejes acoplados se programan mediante la función G77. La función G78 los desacopla. Por su parte, los ejes sincronizados se logran por señal externa mediante el PLC.
De la misma manera, las mesas de la máquina de la figura 1.17 trabajan de forma independiente, pero en determinado momento se requiere que trabajen sincronizadamente y puede programarse así para que lo hagan.
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Una MHCNC necesita para su programación tener definido el origen de coordenadas. Este se denomina de varias formas: cero máquina y cero pieza. El cero máquina es el punto de origen de los ejes de la máquina y es fijado por el fabricante. El cero pieza (a veces llamado cero móvil o cero flotante) es el punto de origen que se fija para elaborar el programa pieza, el programa con el que se va a maquinar la pieza, y es elegido libremente por el programador, según su conveniencia. Su posición con respecto al cero máquina se llama decalaje de origen. Al energizar el control, después de cierto período desactivado, es práctica común hacer una búsqueda de la referencia máquina, para poner al control en condiciones iniciales de trabajo, sincronizar sus ejes y evitar así posibles errores al ejecutar el próximo programa pieza. El CNC permite hacer la búsqueda de referencia máquina en modo manual o mediante programa. Cuando se hace de manera manual se anula el cero pieza que esté vigente, ya sea que se esté maquinando o que sea un cero que queda en memoria de un maquinado anterior, y se visualizan en pantalla las cotas del punto de referencia máquina con respecto al cero máquina. Si la búsqueda se hace mediante programa, las cotas que se visualizan son con respecto al cero pieza vigente.
En los ejemplos de la figura 1.18 el punto M es el cero máquina, el punto W es el cero pieza y el punto R es la referencia máquina, independientemente de que sea la fresadora o el torno. Las coordenadas del cero pieza con respecto al cero máquina son en esta figura: XMW, ZMW (desde luego, son números). Las coordenadas del punto de referencia máquina con respecto al cero máquina son en esta figura: ZMR, XMR. Esas son las coordenadas que aparecen en pantalla cuando se hace la búsqueda de referencia máquina, en dependencia de que se haga de manera manual o mediante el programa. Diferentes controles pueden tener distintas maneras de hacer la búsqueda de la
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referencia máquina, pero normalmente, cuando se trata de una búsqueda manual, basta con apretar un botón específico para ello. Como consecuencia de esta acción del operario todos los ejes de la máquina se mueven hasta una determinada posición de manera automática y allí se detienen. A este punto se le llama referencia máquina (el punto R en la figura 1.18). Pero en raras ocasiones el cero u origen de coordenadas se deja en el cero máquina, sino que a conveniencia del proceso de fabricación de la pieza en cuestión el cero se traslada a otra posición en el inicio del programa pieza, e incluso en varias ocasiones se mueve a lo largo del programa. A este origen de coordenadas, como ya se dijo antes, se le llama cero móvil o flotante, y más frecuentemente se le llama cero pieza (el punto W en la figura 1.18). Véase también la figura 1.19 y nótese que en ese ejemplo el cero pieza se encuentra situado en un plano inclinado 60º con respecto al plano horizontal XY definido por el cero máquina. El cero pieza se puede ubicar convenientemente de forma manual o mediante el programa pieza, como se explicará más adelante en otro tema. Conocidos el sistema de ejes y el cero pieza, se puede programar el traslado de la herramienta de corte o la pieza a los puntos deseados mediante la definición en el programa de las cotas a alcanzar. El sistema de coordenadas más empleado es el cartesiano, pero la programación también se puede hacer en coordenadas polares y en otras variantes.
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1.6 Clasificación de los sistemas de control numérico en las máquinas herramienta Teniendo en cuenta las diferencias que existen en el trabajo de las distintas máquinas herramienta y las dificultades técnicas en el diseño y fabricación de las unidades de control, así como los costos, se emplean en las máquinas herramienta diferentes tipos de controles, los cuales se clasifican como: a) Control numérico punto a punto. b) Control numérico paraxial. c) Control numérico continuo. El control numérico punto a punto controla el posicionamiento de la herramienta o de la pieza, según corresponda, en los diferentes puntos en que debe desarrollarse el maquinado. La trayectoria seguida para pasar de un punto a otro no se tiene en cuenta por el control, sino solamente el punto final al cual debe arribarse (figura 1.20, parte izquierda)
Por ejemplo, si en una taladradora se va a trasladar la mesa del punto A al B para efectuar el taladrado del B (figura 1.20, parte izquierda), ese movimiento se puede realizar de distintas maneras: desplazando la mesa primero en X y después en Y (o viceversa), o también desplazándose al mismo tiempo en X y en Y en un ángulo aproximado de 45º hasta alcanzar la coordenada correspondiente a uno de los dos ejes, a partir de la cual el movimiento se hará paralelamente al otro eje; pero en cualquier caso la pieza será ubicada en la posición correspondiente para taladrar el agujero B. Con el control numérico paraxial (figura 1.20, parte derecha), llamado control lineal en algunos textos, se controla no sólo el posicionamiento del órgano de trabajo de la máquina, sino su trayectoria, siempre que esta sea paralela a alguno de los ejes coordenados. El control paraxial se puede encontrar aplicado en tornos y fresadoras
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mientras que el control punto a punto es más frecuente en las taladradoras.
El cálculo de la trayectoria que debe seguir el órgano de trabajo de la máquina herramienta con control continuo es prácticamente imposible para una persona, ya que requeriría del cálculo manual de infinidad de coordenadas que deberá alcanzar la herramienta de corte o la pieza a lo largo de su recorrido. Para resolver este problema existen potentes funciones en el lenguaje de programación que llaman a interpoladores en el control de la máquina. Los interpoladores son tarjetas electrónicas que hacen los cálculos necesarios a partir de determinados datos de entrada. Como ya se mencionó antes, se llama interpolación al movimiento controlado, simultáneo, de dos o más ejes. También se acude con frecuencia a la programación automática mediante un sistema CAM (Computer Aided Manufacturing), en la cual, a partir de determinados datos de entrada generalmente tomados del dibujo o del modelo de la pieza, se genera automáticamente el programa pieza. Existe la interpolación lineal, que consiste en el movimiento continuo, simultáneo, coordinado, de varios ejes para obtener un perfil rectilíneo (figura 1.22).
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En el sencillo ejemplo de la parte izquierda de la figura 1.22 los motores de los ejes X y Y tendrán que moverse simultánea y coordinadamente para obtener un perfil recto desde el punto D hasta el punto E. En la parte derecha de la misma figura 1.22 hay una línea curva, en la que se han situado 5 puntos. Si estos puntos se unen con segmentos de línea recta se puede obtener una curva aproximada a la deseada. Mientras más puntos se sitúen sobre la curva, más segmentos habrá y serán más cortos, de modo que cada vez más se obtendrá una línea poligonal que se va acercando al perfil curvo deseado. Si los segmentos miden milésimas de milímetros (μm), en la práctica puede no ser representativa la diferencia entre la línea poligonal y la curva deseada. De esta misma manera se puede obtener la spline que aparece a la izquierda de la figura 1.23.
Se han estado desarrollando interpoladores que cada vez pueden segmentar una curva en pedazos más pequeños, y así se ha llegado a la nano-interpolación (segmentos de 1x10-9 m, es decir, 0.00001 mm) y a la pico-interpolación (0.6x10-12 m, o sea, 0.000000006 mm) [4]. En la figura 1.24 se representa una vista aumentada de cómo se vería un perfil real en comparación con la curva teórica o deseada mediante este tipo de interpolación.
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Existe también la interpolación circular, con la cual se pueden obtener arcos de circunferencia y hasta circunferencias completas. Esta es una interpolación muy importante para unir suavemente perfiles rectos que cambian de dirección, y también perfiles curvos. Algunos controles emplean la interpolación spline. Pero en esencia, en control numérico toda curva es una secuencia se segmentos de rectas que ha alcanzado un nivel altísimo de acercamiento a la curva teórica. 1.7 Modos de operación Los CNC poseen varios modos de operación que tienen sus diferencias según el fabricante, pero que generalmente son: Modo ejecución Se utiliza para la ejecución del programa pieza de forma automática o bloque a bloque. En la forma automática se fabrica la pieza totalmente y el programa corre continuamente. De manera bloque a bloque el programa no corre de forma continua, sino bloque a bloque (pequeñas porciones de programa, línea a línea). A veces se utiliza esta forma como precaución al maquinar una pieza por primera vez. Modo simulación (o en vacío) Se emplea para comprobar un programa en vacío antes de fabricar la pieza. Puede tener diferentes opciones, según la modernidad del control. Es una simulación gráfica en pantalla de los recorridos de la herramienta, en la que se puede observar cómo se va formando la pieza. Modo editor Es el modo para escribir (editar) programas nuevos o ya existentes. Dentro de este
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modo pueden existir diferentes variantes, además de la edición directa del programa. Por ejemplo, se conoce el modo Play back que se emplea para elaborar un programa a partir de un modelo o plantilla. La máquina se mueve manualmente y se van introduciendo las cotas alcanzadas como cotas del programa. También se conoce el MDI (a veces llamado teach-in) mediante el cual se escribe un bloque y se puede ejecutar para comprobarlo sin que aún pase a la memoria del control. Las funciones de copiar, borrar, renombrar programas y otras, a veces aparecen dentro de este modo editor, pero otras veces aparecen en un modo independiente llamado Utilidades. Modo manual Tiene varios usos, entre los cuales se encuentran: Desplazar manualmente los órganos de trabajo de la máquina. Buscar la posición referencia-máquina de los ejes (cero máquina). Ubicación manual del cero pieza (preselección de cotas). Hacer el reglaje (medición) de herramientas (se explica en otro tema). Modo periféricos o estado Permite la transmisión o recepción de programas desde o hacia periféricos, como pueden ser una grabadora, una impresora, un puerto USB, una computadora. Muestra el estado del CNC y las vías de comunicación con una computadora externa (DNC), permite activar y desactivar la comunicación con otra computadora. Modo tablas Permite trabajar con las tablas del CNC relacionadas con el programa pieza. Entre ellas están la tabla de herramientas con sus correctores, la tabla del almacén de herramientas (si lo hubiera), la tabla de los orígenes (ceros pieza que se utilizan en el programa). En el caso particular de la tabla de herramientas se emplea para introducir o modificar en memoria los datos de las herramientas de corte, tales como longitud que sobresale del portaherramientas, radio, código de forma y otros. Sirve para corregir errores de reglaje o de desgaste de la herramienta. Modo PLC Permite operar con el PLC, editar el programa, monitorizar, alterar el estado de las variables, acceder a la página de mensajes. Modo diagnosis Se utiliza para realizar un test al CNC. Modo parámetros máquina Se emplea para acceder a las tablas de los parámetros de la MHCNC. Las tablas de parámetros están en una tarjeta que específicamente posee el CNC para ellas. Para que la máquina herramienta ejecute correctamente las instrucciones del programa pieza e interprete adecuadamente los elementos que tiene interconectados, es necesario que las tablas de los parámetros máquina estén llenadas, ya sea con los datos que por defecto asigna el fabricante, o con los datos (parámetros) que quiera personalizar el usuario. Es, por tanto, realmente importante que las tablas de parámetros se preserven.
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1.8 Parámetros máquina Dentro la documentación que acompaña al CNC aparece una explicación sobre cómo actualizar o modificar las tablas de los parámetros máquina. En determinadas circunstancias los parámetros máquina pueden borrarse o dañarse, por lo que se aconseja salvarlos en algún periférico o una computadora para, llegado el momento, poder restaurarlos. Los parámetros también aparecen, como ya se mencionó, en la documentación del CNC, pero con el tiempo esa documentación se deteriora y puede incluso extraviarse. Entre
los grupos (tablas) de parámetros máquina se encuentran los siguientes: Generales De los ejes De los cabezales (husillos) De los reguladores De configuración de los canales de comunicación De configuración de Ethernet (tarjeta de red) Del PLC De las funciones auxiliares M De la compensación de holgura del husillo
Algunos ejemplos de parámetros máquina generales de un determinado modelo de CNC son los siguientes:
Cuando al parámetro AXIS3(P2) se le asigna el valor 3 en una fresadora, significa que el eje Z de la máquina está asociado al conector X3 de la CPU. Sin embargo, si al mismo parámetro se le asignara el valor 2, entonces se trataría del eje Y en vez del eje Z. El parámetro INCHES(P8) trae por defecto, asignado por el fabricante, el valor 0. Esto significa que la unidad de medida que asume el CNC es el milímetro. No obstante, si a ese parámetro se le asignara el valor 1, entonces el CNC trabajaría en pulgadas por defecto. Cabe aclarar que existen dos funciones que mediante el programa pueden definir el empleo de una unidad de medida diferente a la asignada por este parámetro. Son las funciones G71 (mm) y G70 (pulg). El parámetro ISYSTEM(P13) indica qué tipo de programación asume el CNC por defecto: en coordenadas absolutas o en coordenadas incrementales, según se le asigne el valor 0 o el 1. Si al parámetro IFEED(P14) se le asigna el valor 0, significa que la unidad de medida de los avances es mm/min (o pulgadas/min, en dependencia del parámetro INCHES(P8)). Si se le asigna el valor 1, los avances se asumen en mm/rev (o pulgadas/rev). NPOCKET(P24) define la cantidad de posiciones del almacén de herramientas de la máquina. Los valores posibles a asignar son números enteros hasta 255, y el valor por defecto es 100. Entonces el CNC ajusta el tamaño de la tabla de herramientas al valor asignado.
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La cantidad de parámetros máquina generales puede exceder normalmente al centenar. En cuanto a los parámetros de ejes, estos pueden ser, entre otros, para: Definir el tipo de eje (lineal, rotativo, tipo de rotativo) y se es gobernado directamente por el CNC o por el PLC. Definir si se trabaja en radios o diámetros. Por ejemplo, en los tornos el eje X normalmente se asume como diámetro, no como radio. Cuáles son los ejes Gantry asociados. Cuáles ejes se pueden acoplar o sincronizar entre sí. Definir los límites de recorridos máximos de los ejes. Definir el paso del encoder lineal (captador de posición) que utiliza el eje. Por ejemplo: 20μm La lista es mucho más larga, los parámetros de ejes pueden ser varias decenas, así como los de husillo. 1.9 Algunas preguntas frecuentes del principiante ¿Qué es la búsqueda de referencia máquina? Cuando el CNC está apagado, accidentalmente los ejes se pueden desplazar manualmente. En estas condiciones el CNC pierde la posición real de los ejes, por eso en el encendido es recomendable realizar la búsqueda de referencia máquinas. La mayoría de las veces esta búsqueda se logra solo apretando un botón. Por ejemplo, en la operación de búsqueda de referencia máquina de una fresadora, la mesa se desplaza automáticamente a un punto definido por el fabricante y el CNC muestra en su pantalla las cotas definidas para ese punto, referidas al cero máquina. ¿Qué es el reglaje de herramientas? El reglaje de herramientas es el procedimiento mediante el cual se le informa al CNC cuánto sobresale la herramienta del portaherramientas o del husillo, qué radio tiene en la punta, cuál es su código de forma, qué valor deben tener los correctores. Es muy importante hacer bien este procedimiento para que las piezas se terminen con las dimensiones correctas, aun en el caso de que se produzcan cambios de herramientas. Los reglajes de herramientas en diferentes máquinas no son exactamente iguales, como se verá más adelante en otros temas. ¿Qué es la tabla de herramientas? La información relativa a las herramientas de corte se encuentra almacenada en la tabla de herramientas, que es un fichero en el CNC. Cuando se realiza un cambio de herramienta, el CNC asume los datos definidos para esa herramienta. La información incluida en la tabla para una fresadora, por ejemplo, puede ser: T: número de la herramienta (posición que ocupa la herramienta en el almacén de herramientas). D: corrector asociado a la herramienta, en el que se incluye la siguiente información: o L: Longitud que sobresale la herramienta del husillo. o R: Radio de la herramienta.
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o o
I: Corrector para el desgaste radial, o para corregir errores pequeños de reglaje del radio de la herramienta. K: Corrector para el desgaste en longitud, o para corregir errores pequeños de reglaje de la longitud que sobresale la herramienta del husillo.
¿Qué es la gestión de herramientas? La gestión de herramientas se refiere a acciones que se realizan con las herramientas de corte. Incluye el cambio de herramientas, la tabla de herramientas y el reglaje de las herramientas. Dependiendo de si la máquina tiene o no almacén de herramientas, el cambio se realizará de diferente forma: – Si la máquina no dispone de almacén de herramientas, el cambio se realiza de forma manual (como en una máquina convencional). – Si la máquina dispone de almacén de herramientas, el CNC se encarga de realizar el cambio automáticamente. ¿Qué es gama de velocidad? El CNC permite que la máquina tenga una caja de velocidades y esto puede provocar que haya una, dos o tres gamas de velocidades. La gama abarca desde un mínimo hasta un máximo de rpm, con una determinada potencia de corte. Dentro de la gama la regulación es no escalonada. En la figura 1.25 se puede observar el comportamiento de la potencia disponible en el husillo de una fresadora que tiene tres gamas de rpm. Las gamas de rpm de la fresadora que se toma como ejemplo en la figura 1.23 son: desde 0 hasta n1; desde n1 hasta n2; desde n2 hasta n3. La potencia disponible para el corte va aumentando proporcionalmente con las rpm, hasta llegar a un máximo de Nm kW desde n2 hasta n3 rpm.
El gráfico de la potencia disponible suele ser más complejo que el representado en la figura 1.25 y lo suministra el fabricante de la máquina herramienta. Es necesario tomarlo muy en cuenta cuando se seleccionan los datos de corte.
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Referencias del tema I 1 2 3 4 5 6 7
Doosan, Puma 240 High performance turning center, catálogo, Doosan Infracore Machine Tools, Seúl, Corea, 2009, http://domss.doosaninfracore.com FAGOR, Manual de operación del CNC 8055, Fagor Automation, S. Coop., España, 2002, http://www.fagorautomation.mcc.es FAGOR, Manual de instalación del CNC 8055, Fagor Automation, S. Coop., España, 2002, http://www.fagorautomation.mcc.es Force One, Vertical lathe, Force one machinery Co., Ltd., Taichung, Taiwán, 2013 http://www.forceone.com.tw/ Kief, H. B., NC/CNC Handbuch 2005/2006, Carl Hanser Verlag München Wien, Alemania, 2005,ISBN 3-446-40039-7 Mori Seiki, Vertical milling machine, DMG Mori Seiki USA, 2009, http://www.dmgmoriseikiusa.com Padrón, S.F., Máquinas herramienta convencionales y datos de corte, Universidad Central de Las Villas, Cuba, 2014, http://www.uclv.edu.cu
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Tema II
Algunas características del diseño de la máquina herramienta CNC
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Tema II Algunas características del diseño de la máquina
herramienta CNC
2.1 Introducción Las MHCNC se caracterizan por su alta precisión y por la alta capacidad de arranque de virutas. Por estas razones, entre otras, este tipo de máquinas requiere de características de diseño y construcción diferentes a las máquinas herramienta convencionales. Entre los factores fundamentales que se tienen en consideración para conseguir una alta precisión y capacidad de arranque de virutas en las MHCNC están: la reducción de las holguras, la disminución del coeficiente de fricción entre los órganos de trabajo y las guías, el aumento de la rigidez y la disminución de las afectaciones por vibraciones. 2.2 El movimiento lineal en las MHCNC Uno de los problemas más serios para la precisión de una máquina herramienta es el “movimiento perdido” resultante del desgaste, de la distorsión o deformación mecánica de sus partes. Con el fin de atenuar este problema se utiliza en las MHCNC el sistema de transmisión por tornillo de bolas (figura 2.1), en sustitución de las transmisiones tradicionales por tornillo-tuerca. La trasmisión por tornillo de bolas reduce tremendamente la inercia cuando se inicia o detiene el movimiento, minimiza la fricción, por lo que genera un desplazamiento más suave, es un mecanismo que conserva sus propiedades más tiempo y cuyos huelgos son muy pequeños y pueden ajustarse periódicamente. El tornillo de bolas transforma en movimiento lineal el movimiento rotatorio del motor.
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El tornillo de bolas es también una trasmisión tornillo-tuerca, pero sus filetes tienen perfil esférico. La tuerca igualmente tiene filetes esféricos y están rellenados con bolas, a modo de cojinete de rodamiento. La fricción prevaleciente en este par cinemático no es por deslizamiento, sino por rodamiento. En la parte izquierda de la figura 2.1 se muestra una foto de un tornillo de bolas en su lugar de trabajo. Para poderlo ver, se ha quitado la mesa o carro que este tornillo mueve y solo se ven los patines sobre los cuales va ensamblado ese elemento móvil de la máquina. La parte derecha de la misma figura 2.1 representa esquemáticamente el tornillo de bolas con el servomotor al que está acoplado. El movimiento giratorio del servomotor se transforma en movimiento lineal mediante el tornillo de bolas. No obstante, hoy en día en muchas máquinas CNC se exige un nivel de precisión por debajo del micrómetro (<0.001 mm, o <1μm), de modo que una pequeña cantidad de movimiento perdido o huelgo se traduce en un alto deterioro de la precisión de la máquina. Para alcanzar estos niveles de precisión se emplea un sistema de accionamiento por motor lineal (figura 2.2), el cual asegura una precisión consistente. El motor lineal provee directamente movimiento lineal, sin necesidad de conversión alguna. Esto se debe a que este tipo de motor no posee un rotor que gira, como en los motores eléctricos tradicionales. Su elemento móvil, el “primario”, que sería el rotor en un motor convencional, se desplaza linealmente a lo largo del “secundario” que tiene toda la longitud de recorrido necesaria. El primario está unido al elemento móvil de la máquina, ya sea una mesa, un carro o el cabezal del husillo.
El rozamiento entre las guías y los órganos de trabajo (mesa, carro, cabezal) de las MHCNC se ha reducido considerablemente mediante el empleo de guías de rodamiento, guías hidrostáticas y motores lineales. Las guías más recientemente se fabrican con materiales cerámicos, que tienen un bajo coeficiente de fricción y una
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alta durabilidad. 2.3 La rigidez de la MHCNC Por otra parte, la forma externa de las MHCNC se ha ido modificando en busca de una mayor rigidez y también debido a otros factores tales como: el aumento de la estabilidad térmica, el problema de la evacuación de la gran cantidad de virutas producidas, la simplificación de las cadenas cinemáticas que permiten la regulación no escalonada de velocidades y avance.
La rigidez de las MHCNC se garantiza actualmente mediante el empleo de cálculos por el método de elementos finitos (FEM) (figura 2.3) y numerosas simulaciones. Así se ha venido mejorando, paso tras paso, esta importante característica de la máquina, sobre la cual se basan las elevadas velocidades de operación, las aceleraciones de los motores y la precisión. Como consecuencia de estos análisis, la bancada de los tornos se ha transformado en un perfil triangular, que es de mayor rigidez. Precisamente la figura 2.3 corresponde a un torno. Además, en esto ha influido la necesidad de evitar que las virutas se acumulen en el área de trabajo (figura 2.4).
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2.4 La evacuación de virutas Para extraer la gran cantidad de virutas que habitualmente se produce en la máquina herramienta CNC se han desarrollado diferentes tipos de extractores y transportadores, como los que se muestran en la figura 2.5.
Los fabricantes hacen las recomendaciones en cuanto al tipo de virutas que más adecuadamente puede manipular cada transportador. Por ejemplo, el transportador helicoidal de la izquierda de la figura 2.5 se recomienda para virutas de acero, mientras que el de la derecha se recomienda para virutas de hierro fundido y metales no ferrosos. Algunas máquinas tienen un sistema de limpieza de virutas que se acciona para empujarlas hacia el extractor. En la figura 2.6 se muestra una variante con una
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especie de duchas que utilizan el líquido refrigerante con ese fin. La limpieza de virutas también se realiza manualmente mediante una pistola a presión.
Es sabido que las virutas tienden a incrustarse entre el patín y la guía de la bancada, lo cual provoca daños considerables y afecta la precisión de la máquina herramienta. Con el fin de proteger las guías contra las virutas se han desarrollado diferentes sistemas, uno de los cuales se muestra en la figura 2.7. Se trata de un protector metálico tipo telescópico.
2.5 Portaherramientas, almacén de herramientas y cambio de herramientas Los portaherramientas de las MHCNC se diferencian bastante de sus similares de las máquinas herramienta convencionales. Poseen una mayor cantidad de estaciones o posiciones para herramientas de corte y algunas de estas permiten que la herramienta rote por su cuenta, independientemente del husillo principal. En la
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figura 2.8 se muestra un portaherramientas de 12 posiciones que pertenece a un torno.
Uno de los factores que contribuye en muchas MHCNC a la disminución considerable de los tiempos auxiliares, durante los cuales las herramientas no están cortando metal, es el empleo de un almacén de herramientas combinado con un cambiador que las quita y coloca indistintamente en el almacén y en el husillo de la máquina. En la figura 2.9 se ven dos ejemplos de almacenes de herramientas.
El almacén de herramientas de la figura 2.9-2 posee un cambiador tipo brazo. Un almacén similar con su cambiador y su manera de funcionar se muestra mediante esquemas en la figura 2.10.
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En la figura 2.10-1 el cambiador comienza a girar a partir de su posición inicial. En la figura 2.10-2 el cambiador sujeta al mismo tiempo la herramienta que está en el husillo y la herramienta que corresponda en el almacén de herramientas. En ese momento los sistemas de fijación de ambas herramientas proceden a liberarlas. Entonces el cambiador hala hacia afuera a las herramientas. En la figura 2.10-3 el brazo cambiador gira de nuevo. El almacén de herramientas ya se ha movido y ha colocado una posición libre (no ocupada) en el lugar adecuado. En la figura 2.10-4 el cambiador ubica a las herramientas en sus posiciones: una en el husillo y la otra en el almacén de herramientas. Los sistemas de fijación de ambas localizaciones, el husillo y el almacén, proceden a fijar fuertemente las herramientas. Después el cambiador se ubica de nuevo en su posición inicial o de partida, tal como aparece en la figura 2.10-1. En este ejemplo el cambio de herramienta se efectúa en 4 segundos. Todos estos movimientos se ordenan y controlan mediante el programa pieza. Es importante destacar que cada herramienta tiene un número de localización e identificación, como se estudiará un poco más adelante. Por eso el almacén de herramientas, antes del cambio, se mueve para colocar al alcance del cambiador la
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herramienta que corresponda según el programa. Cada herramienta ha sido sometida también previamente al procedimiento de reglaje de herramienta, que será estudiado también más adelante en otros temas. Esta es la manera mediante la cual, por ejemplo, el control “sabe” cuánto sobresale la herramienta desde la punta del husillo. 2.6 La puerta de protección Otra característica de las MHCNC es que con frecuencia poseen una o varias puertas que sirven de protección (figura 2.11). Hay que tener en cuenta que son máquinas que trabajan con las mayores velocidades y avances posibles, y que mueven sus partes de manera automática sin la intervención del operario, de modo que hay que garantizar que cuando se inicie el ciclo de trabajo no haya acceso al área en donde se presentan esos movimientos. Las salpicaduras de líquido refrigerante pueden ser otra de las razones por las cuales son necesarias esas puertas. Cuando la puerta está abierta la máquina solo mueve sus partes a voluntad del operario. Si se pretendiera hacer correr el programa pieza con la puerta abierta, eso no ocurriría, el CNC lo impediría. Pero la puerta debe permitir cierta observación de lo que está ocurriendo en la máquina, por eso posee un cristal. En la figura 2.11 se puede ver el portaherramientas a través del cristal de una puerta de un torno CNC Es evidente que tanto el marco o panel de la puerta como su cristal deben ser reforzados ante la posibilidad de un fuerte impacto que se pudiera producir en caso de desprenderse una pieza o una herramienta que esté en rotación. Puede ocurrir también una fractura de una herramienta o de parte de ella y el pedazo resultante se convertiría en un proyectil. En la figura 2.12 se representa, en una sección transversal, una puerta de este tipo.
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2.7 Captadores de posición En la figura 1.7 se hace referencia a los periféricos de control, llamados también captadores. Ellos están encargados de captar datos sobre lo que está ocurriendo en la máquina. Un captador puede ser, por ejemplo, un tacómetro que mide las rpm del husillo, y se pudieran poner otros ejemplos. No obstante, el que más interesa en este tema es el captador (o medidor) de posición, el cual está encargado de trasmitir al CNC la información sobre la posición del órgano de trabajo (mesa, carro, cabezal). De ahora en adelante se llamará simplemente “captador” al captador de posición. Este transforma la magnitud mecánica del desplazamiento en una magnitud eléctrica, que es analizada por la unidad de control. Los captadores se clasifican según diferentes criterios en:
Absolutos: cada posición del órgano de trabajo se corresponde de forma unívoca con un valor de una magnitud física. Incrementales: emiten impulsos que se van contando en un contador electrónico reversible, la suma de los cuales es la medida del desplazamiento.
Lineales: detectan posiciones y desplazamientos lineales. (Figura 2.13) Rotativos: detectan posiciones y desplazamientos angulares. No obstante, estos desplazamientos angulares se pueden traducir también en desplazamientos lineales. (Figura 2.13)
Analógicos. Digitales
Existen diferentes versiones comerciales de estos captadores, como los conocidos por: resolver, inductosin, disco y regla codificada, encoder y otros más.
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Es común en estos medidores de posición que exista una fuente emisora de luz (LED), un disco o una regla codificada que puede ser atravesada por esa luz, y un receptor de la luz (figuras 2.14 a 2.17). El receptor envía señales a un dispositivo electrónico, por ejemplo, un contador de señales.
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LED
Disco Receptor
Referencia
Fig. 2.16 Esquema del principio de funcionamiento de un captador de posición fotoeléctrico rotativo incremental [3]
LED
Paso entre líneas Regla óptica
Receptor Referencia
Fig. 2.17 Esquema del principio de funcionamiento de un captador de posición fotoeléctrico lineal incremental [3] Otras variantes de captadores de posición más desarrolladas pueden encontrarse en la referencia [3].
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2.8 Motores eléctricos en las MHCNC En las MHCNC se utilizan diferentes tipos de motores eléctricos: De corriente continua Motores paso a paso ( o simplemente motores de paso) Servomotores Motores lineales Motores de corriente alterna trifásicos
Fig. 2.18 De izquierda a derecha: motor de paso y servomotor El motor de paso se caracteriza por su alta precisión en cuanto al ángulo de giro que se le ordene ejecutar. Puede girar una fracción muy pequeña de ángulo o puede girar varias vueltas y una fracción de ángulo, de modo que se emplea fundamentalmente para posicionar y no es raro que no disponga de un sistema de realimentación (captador de posición). Sobre los servomotores ya se explicó en el tema I, epígrafe 1.2. Sobre el motor lineal se explica en el epígrafe 2.2 de este tema. Durante mucho tiempo los motores de corriente continua se estuvieron utilizando como motor principal en las MHCNC, teniendo en cuenta la facilidad con que se logra mediante este una regulación no escalonada del husillo, es decir, una gama de rpm desde un mínimo hasta un máximo en la que se puede obtener cualquier valor. Pero desarrollos posteriores han colocado de nuevo al motor trifásico en el accionamiento del husillo, y mediante un variador electrónico se logra la regulación no escalonada.
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Motor del avance axial del husillo
Fig. 2.19 Motores en una fresadora de dientes CNC [3] Un ejemplo interesante del empleo de motores en una máquina CNC puede ser una fresadora de dientes (antes de continuar, se recomienda leer el tema XIV de la referencia [4] para recordar los movimientos que emplea esa máquina herramienta). En la figura 2.19 se muestra un esquema de la máquina y sus motores. El motor del husillo es el encargado de hacerlo rotar con la barra portafresa y la fresa madre (que no aparecen en la figura 2.19), de acuerdo con la velocidad de corte seleccionada. Pero esa rotación, considerada como eje B a controlar por el CNC, debe estar estrechamente coordinada con la que imprime el motor de la mesa a la pieza en la que se tallan los dientes, considerada como eje C, debido a que ambas rotaciones conforman el movimiento de rodamiento (generación de los dientes). Si, además, se trata del tallado de dientes helicoidales en una rueda cilíndrica, o del tallado de dientes en una rueda sinfín por el método del avance tangencial de la fresa madre, se requiere de un movimiento adicional (diferencial) estrechamente coordinado con el movimiento de rodamiento, en el que ambos motores (o ambos ejes, el A y el C) juegan el papel decisivo. Hay también un motor para el avance radial de la columna de la máquina herramienta (eje X), mediante el cual se da la profundidad a los dientes que se maquinan (en otros modelos de máquinas este avance radial lo tiene la mesa). Hay un motor para el avance vertical (eje Z), movimiento que es necesario para tallar ruedas cilíndricas de dientes rectos
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y de dientes helicoidales, no así para ruedas sinfín. Hay un motor para el movimiento axial del husillo (eje V), ya sea para el posicionamiento adecuado de la fresa madre con respecto a la pieza que se va a maquinar, o para producir un avance axial (tangencial) cuando se utiliza ese método para tallar ruedas sinfín. Y, finalmente, hay un motor que no interviene directamente en el maquinado porque se emplea solo para el posicionamiento angular (eje A) del conjunto formado por el husillo, la barra de fresar y la fresa madre. El ángulo de inclinación del husillo depende del ángulo de la hélice de la fresa madre y del ángulo de la hélice de los dientes que se tallan. Nótese que se han mencionado 6 ejes a controlar por el CNC en el ejemplo de la figura 2.19. Estos motores pueden ser de tipos diferentes y pueden tener captadores de posición que trabajen con distintos principios de funcionamiento (incrementales, absolutos, lineales, rotatorios). En un determinado momento puede requerirse el control simultáneo de los ejes X, B y C (cuando se está dando la profundidad de corte); en otro momento puede requerirse el control simultáneo de los ejes Z, B y C (cuando se ha dado ya la profundidad de corte y se están tallando dientes en una rueda cilíndrica, ya sean rectos o helicoidales); si se está utilizando el avance axial del husillo en una determinada fabricación, entonces los ejes a controlar simultáneamente son el V, el B y el C. El control simultáneo de ejes, como ya se dijo antes, se llama interpolación. En la figura 2.20 se muestra un esquema de un motor eléctrico que mueve una mesa mediante una trasmisión de tornillo de bolas y tiene como medidor de posición un captador lineal.
Fig. 2.20
Motor que mueve un tornillo de bolas [3]
En ese ejemplo hay una trasmisión mediante correas dentadas desde el motor hasta el tornillo de bolas, pero en vez de eso pudiera haber una trasmisión por engranajes, o el árbol del motor pudiera estar conectado directamente al tornillo de bolas mediante un acoplamiento. De todas formas, si esta configuración se compara con la siguiente de la figura 2.21, en la que un motor lineal mueve la mesa, se comprende inmediatamente que esta última tiene menos elementos mecánicos cuyos desgastes o desajustes pudieran afectar la precisión del sistema.
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Fig. 2.21
El motor lineal mueve directamente la mesa [3]
La potencia del motor eléctrico en las MHCNC no se comporta de manera estable, sino que depende de las rpm. Este es un elemento importante que, como se sabe, debe tenerse presente en el momento de seleccionar los datos de corte. kW 30 20
10
5
2 70 100
403
1000
2000
3500 rpm
2415
Fig. 2.22 Comportamiento de la potencia de salida de un motor [1] En la figura 2.22 se muestra un ejemplo del comportamiento de la potencia de salida de un motor trifásico de un torno CNC, que es el encargado de hacer rotar el husillo. Se observa que con un valor de torque (T) constante la potencia de salida va aumentando hasta las 403 rpm, a partir de lo cual la potencia se mantiene constante hasta las 2 415 rpm, y después comienza a descender hasta las 3500 rpm, que es el máximo valor alcanzable de la frecuencia de rotación del husillo. La máxima potencia no debe sostenerse durante más de 30 minutos, lo cual no es ningún problema por lo general, pues el cambio constante de pasos tecnológicos dentro de la operación de torneado provoca variaciones de la potencia necesaria para el corte. Otros gráficos similares a la figura 2.22 pueden ser más complicados.
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Los fabricantes de MHCNC brindan estos gráficos con la información técnica de la máquina y normalmente no se limitan solo al motor del husillo principal. 2.9 El husillo El husillo de la MHCNC está sometido a mayores exigencias que el de una máquina convencional, de ahí que su diseño y fabricación sean más esmerados, con aceros aleados de alta calidad. Sus rodamientos son de alta rigidez y precisión. En ciertos diseños el husillo es accionado por el motor mediante una caja de engranajes (figuras 2.23-1 y 2.24-1), mientras que en otros el husillo puede estar conectado directamente al motor eléctrico mediante un acoplamiento (figura 2.242), o el husillo puede ser el eje del motor (figura 2.23-2), lo que quiere decir que el husillo forma parte del motor. En los ejemplos de la figura 2.24 los husillos pueden alcanzar hasta 8000 rpm y 10 000 rpm respectivamente, pero existen cabezales con husillos que alcanzan cantidades de rpm mucho más altas.
Fig. 2.23 Variantes de conexión entre el motor y el husillo [3]
Fig. 2.24 Husillos
[2]
Como se ha podido ver en este tema, son varios los aspectos de diseño y constructivos que diferencian a una máquina herramienta con CNC de una máquina
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convencional. Sobre este asunto se continuará insistiendo en otros temas más adelante, cuando se describan algunas MHCNC en particular. Referencias del tema II 1 2 3 4 5
Doosan, Puma 240 High performance turning center, catálogo, Doosan Infracore Machine Tools, Seúl, Corea, 2009, http://domss.doosaninfracore.com Hartford, Mercury Vertical Machining Center, catálogo, Hartford She Hong, Taichung, Taiwán, 2009, http://www.hadtford.com.tw Kief, H. B., NC/CNC Handbuch 2005/2006, Carl Hanser Verlag München Wien, Alemania, 2005,ISBN 3-446-40039-7 Padrón, S.F., Máquinas herramienta convencionales y datos de corte, Universidad Central de Las Villas, Cuba, 2014, http://www.uclv.edu.cu Sodick, Linear motor drive sinker EDM, catálogo, Sodick Co. Ltd., Yokohama, Japón, 2009, http://www.sodick.jp
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Tema III
El torno CNC
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Tema III El torno CNC 3.1 Introducción Estudiadas ya algunas de las características generales de las MHCNC, puede pasarse a ver unos pocos ejemplos de tornos CNC. La diversidad de tornos con control numérico es amplia, por lo que no se pretende aquí abarcarla totalmente, sino solo presentar una muestra. Vale aclarar que necesariamente se hace referencia en este tema a algunos asuntos que se estudian más adelante, de modo que quien lo estudie debe tener paciencia y confiar en que en la misma medida que vaya avanzando en este texto irá dilucidando sus interrogantes. 3.2 Torno universal CNC En esta presentación de tornos CNC se va a comenzar por lo más sencillo. Y es que algunos fabricantes ofrecen tornos que se parecen mucho a los convencionales, pero tienen integrada la tecnología CNC en gran medida. En la figura 3.1 se puede ver uno de estos.
Fig. 3.1 Torno CNC muy parecido a un torno convencional [1]
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Obsérvese en la figura 3.1 la contrapunta tradicional. La bancada y sus guías son también convencionales. Pero los movimientos transversal y longitudinal se logran con tornillos de bolas. Y en lo que sería el delantal del carro ya se pueden observar elementos que corresponden al control numérico. Hay dos volantes electrónicos para el movimiento manual, uno para cada eje. Con estos volantes se logra un movimiento preciso a voluntad del operario. Las teclas del movimiento manual rápido son también típicas del control numérico. Con estas teclas se hacen movimientos rápidos del eje X (transversal) y del eje Z (longitudinal). Esos movimientos pueden ser continuos, mientras se esté apretando la tecla o botón, o pueden producir un movimiento limitado hasta determinada magnitud previamente establecida a voluntad del operario. Mediante el control numérico de este torno se pueden ejecutar ciclos de torneado. Una vista más cercana revela otros detalles (figura 3.2).
Fig. 3.2 Vista más cercana del torno [1] Aquí se pueden ver el plato (1), la torreta portaherramientas (2) y el control. Aunque más adelante se va a estudiar con cierto detalle el empleo de las diferentes teclas y botones de un CNC para torno, es bueno ya ir mencionando algunas
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funciones. Los botones 3 y 4 en este torno se emplean respectivamente para ejecutar (correr) el programa pieza y para detener su corrida. El botón 5 sirve para ordenar que fluya el líquido refrigerante, aunque esta acción se puede ordenar también mediante el programa pieza. Los conmutadores 6 sirven, respectivamente, para variar la magnitud del avance o de las rpm del husillo. Cuando estos conmutadores están en la posición 100% el torno utilizará el avance programado y las rpm programadas, pero ese valor puede variarse manualmente mediante estos conmutadores sin necesidad de modificar el programa pieza; lo mismo se pueden aumentar que disminuir. Por ejemplo, puede decidirse que el avance sea el 70% del programado y las rpm sea el 110% de lo programado. Por último, los botones 7 permiten poner en marcha el husillo o detenerlo. Se puede poner en marcha girando a la derecha o girando a la izquierda, según el botón que se pulse. Este tipo de torno es útil para producciones unitarias y su semejanza con el torno convencional supone una ventaja, no obstante, no es este el tipo de torno con control numérico que más se encuentra en los talleres de maquinado. 3.3 Centro de torneado A continuación se muestra (figura 3.3), a modo de ejemplo, un modelo de torno CNC que puede encontrarse más frecuentemente en un taller de maquinado que emplee esta tecnología.
Fig. 3.3 Torno CNC [2] Desde luego, cada fabricante ofrece diferentes modelos de tornos CNC, variadas series, y hay sus diferencias entre ellos mediante las cuales se les atribuyen ventajas.
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En la figura 3.4 se muestran diferentes piezas que se fabrican en el modelo de torno que se ha tomado como ejemplo.
Fig. 3.4 Ejemplos de piezas típicas que se maquinan en un torno CNC [2]
+X +Z
Fig. 3.5 Configuración frecuente en un torno CNC [2] En la figura 3.5 se puede verificar lo ya explicado en el tema II sobre los cambios sufridos por la bancada de un torno en busca de mayor rigidez y mejor evacuación de la viruta, entre otras razones más. Nótese en la parte inferior izquierda de la figura la forma similar a un triángulo que posee la sección transversal de la bancada. Obsérvese que el carro con el portaherramientas no está en el plano
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horizontal ni directamente delante del operario, como ocurre en los tornos convencionales. Véanse los ejes X y Z que corresponden a este torno para elaborar los programas pieza. Las X son los diámetros y las Z son las longitudes. El eje Z coincide con el eje de rotación del husillo principal. En la figura 3.6 se ve una foto del mismo torno, pero desprovisto de gran parte de la cubierta, de modo que se puede observar mejor su estructura.
Fig. 3.6 Torno CNC desprovisto de gran parte de su cubierta [2]
El plato de un torno CNC se muestra en la figura 3.7. Puede tenerse una configuración mediante la cual la pieza es colocada o quitada del plato con un manipulador o robot, como se muestra en la figura 3.8.
Fig. 3.7 Plato característico de un torno CNC [2]
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Manipulador
Fig. 3.8 Robot para colocar y quitar la pieza del plato [2] A veces se presentan soluciones elementales, como la que se puede ver en la figura 3.9, para recoger la pieza terminada y trasladarla hasta un contenedor. La pieza terminada se libera del plato y cae en el recolector, que previamente se coloca mediante el programa pieza en la posición necesaria. Seguidamente el recolector deposita la pieza en el transportador que la lleva hasta un contenedor. Un elemento muy importante de un torno CNC lo constituye la torreta portaherramientas. En la parte izquierda de la figura 3.10 se muestra una torreta que no tiene colocadas herramientas, y en la parte derecha se muestra otra torreta pero con diferentes herramientas fijadas en ella. Las torretas de la figura 3.10 tienen 12 posiciones, pero las puede haber con menos o más. Mediante dispositivos adecuados se pueden colocar en estos portaherramientas tanto cuchillas para torneado exterior como para torneado interior, así como brocas y otras herramientas. Con un adaptador específico (figura 3.11) se pueden colocar herramientas que rotan de manera independiente, por ejemplo, una broca. Es este uno de los puntos donde empiezan a aparecer sutilezas que diferencian a un torno CNC de lo que es llamado un centro de torneado. Cuando en el torno CNC se pueden llevar a cabo maquinados que no son posibles normalmente en un torno convencional, entonces se empieza a hablar de centro de torneado. Y la torreta o cabezal portaherramientas juega un papel decisivo.
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Fig. 3.9 Recolector y transportador de piezas terminadas [2]
Fig. 3.10 Torretas portaherramientas [2]
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Fig. 3.11 Adaptador para colocar herramientas con rotación autónoma en el portaherramientas del torno [2] El esquema de la figura 3.12 intenta resumir un ejemplo de cómo se puede preparar un portaherramientas de este tipo.
Fig. 3.12 Ejemplo de portaherramientas con sus adaptadores y herramientas que pueden colocársele [2]
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En un centro de torneado, por ejemplo, se pueden taladrar agujeros coaxiales, como se ve en las fotos de la figura 3.13.
Fig. 3.13 Taladrado coaxial en un centro de torneado [1] También se pueden maquinar chaveteros en el mismo torno (figura 3.14). La posición angular del chavetero con respecto a algún otro elemento de la pieza se puede asegurar siempre que exista el eje C (rotación del husillo) controlado por el CNC.
Fig. 3.14 Tallado de un chavetero en un centro de torneado [2] [1] Un centro de torneado puede contar con dos platos (dos husillos). Además del plato principal puede haber un plato secundario o uno auxiliar, que puede ocupar la posición en la que originalmente debería estar la contrapunta. En ocasiones ese segundo plato se utiliza para transferirle automáticamente la pieza desde el plato principal, lo que equivale a invertir la pieza para continuar su maquinado (figura 3.15). Una variante para lograrlo es mediante la sincronización de ambos husillos en el momento en que la pieza se transfiere del husillo principal al secundario (figura 3.15, parte derecha).
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Fig. 3.15 Plato auxiliar (izquierda) y momento de la sincronización de la rotación de ambos husillos para transferir la pieza [1] Otra opción es el empleo de un manipulador que toma la pieza del husillo principal y la traslada al secundario para continuar su maquinado, pero en ese caso es necesario detener los husillos (figura 3.17).
Fig. 3.16 Centro de torneado de dos husillos fresando en el plato auxiliar [1] La suma de las prestaciones aquí mencionadas, además de otras más específicas según el modelo y el fabricante, hacen de los centros de torneado máquinas altamente productivas, con una reducción significativa del tiempo auxiliar por cambio de máquina o cambio de posición de la pieza que se maquina. Hay que añadir también que de esta manera se satisfacen mejor las tolerancias de forma y posición que exija la pieza (paralelismo, perpendicularidad, concentricidad, etc.).
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Fig. 3.17 Manipulador (robot) encargado de quitar y poner piezas en el plato [1] 3.4 Torno longitudinal CNC El principio de trabajo de un torno longitudinal CNC se diferencia bastante de otros tornos. Quizás lo más atípico está en que la propia pieza es la que generalmente se mueve con avance longitudinal. En la figura 3.18 se muestra un modelo de torno de este tipo.
Fig. 3.18 Torno longitudinal [1] El torno que se muestra como ejemplo puede tener hasta 7 ejes lineales controlados por el CNC para el maquinado de piezas con un máximo de 33 mm de diámetro. Normalmente las piezas se maquinan a partir de barras laminadas. Su husillo puede
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alcanzar 8 000 rpm. La potencia de su motor principal es de 5.5 kW. Posee una torreta de 8 posiciones para herramientas (figura 3.19). Tiene además un carro con herramientas estacionarias y rotacionales (figura 3.20). Este carro de herramientas tiene movimientos verticales de posicionamiento y transversales; los verticales, para colocar en posición a la herramienta que debe trabajar; los transversales, para dar la profundidad de corte, para ranurar o tronzar, y para obtener el perfil deseado en combinación con el avance longitudinal de la pieza. En un cilindrado, por ejemplo, con un movimiento transversal se da la profundidad de corte de la pasada y seguidamente la pieza avanza longitudinalmente saliendo de la boquilla que la sujeta. De la misma manera la pieza regresa a su posición inicial o a otra que sea necesaria.
Torreta Pieza Carro de herramientas
Fig. 3.19 Vista de la torreta [1]
Herramientas
Torreta Pieza
+Y’ +X’ Movimientos del carro de herramientas
Fig. 3.20 Vista del carro de herramientas [1]
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En la figura 3.21 se muestra otro torno longitudinal en el cual el carro de herramientas tiene una posición diferente. No obstante, el principio de trabajo es similar. Hay diferentes modelos de estos tornos, tal como hay diversos fabricantes. En algunos de ellos no hay una torreta que mediante su giro pone en posición la herramienta que va a trabajar, sino que hay otro carro de herramientas que mediante un movimiento vertical hace lo mismo, posicionar la herramienta necesaria. Este segundo carro de herramientas, así como la torreta, puede tener cierto movimiento longitudinal que es capaz de sincronizarse con el avance longitudinal de la pieza. De las figuras 3.20 y 3.21 se deduce que se puede controlar el posicionamiento del husillo para fresar y taladrar sobre la pieza que se maquina.
Fig. 3.21 Vista cercana del trabajo en otro torno longitudinal [1] Si se toma en cuenta la complejidad de la puesta a punto de esta máquina se comprende que no es apropiada para la producción unitaria, sino para la producción seriada. 3.5 Torno multihusillo CNC El torno multihusillo tradicional es una máquina empleada para producciones en grandes series o en masa. Es controlado por levas de diferentes tipos y su puesta a punto para la fabricación requiere de mucho tiempo. No obstante, es altamente productivo en cuanto se echa a andar. Con la llegada del CNC estos tornos también se mejoraron, sin dejar de ser preferiblemente utilizados en producciones de
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grandes series. El solo hecho de poder prescindir del diseño y fabricación de levas de disco y cilíndricas para gobernar el funcionamiento de este tipo de máquina ha conllevado un ahorro sustancial de tiempo y recursos. Tal como ocurre con los tornos longitudinales, según el fabricante puede haber una gran diversidad de tipos de tornos multihusillos. No obstante, la característica fundamental, que le da su nombre, es que tiene varios husillos (por ejemplo: tres, seis, ocho) integrados a una especie de tambor que gira con movimientos de posicionamiento cada vez que es necesario. En la figura 3.22 se muestra un torno de 6 husillos controlado por CNC.
Fig. 3.22 Torno de 6 husillos [1] Este modelo que se toma como ejemplo admite que cada uno de sus husillos gire con valores de rpm diferentes (un motor por husillo), con regulación no escalonada, desde 800 hasta 8 000 rpm. Son, además, husillos con eje C (posicionamiento controlado). Maquina las piezas a partir de barras laminadas de hasta 20 mm de diámetro, que son alimentadas (introducidas) automáticamente en cada husillo en una longitud de hasta 120 mm. La potencia del motor de cada husillo es de 3.1 kW. De acuerdo con las características de la pieza a fabricar, este torno se puede programar de manera que en una vuelta completa del tambor con los 6 husillos la pieza quede terminada pero, si la pieza es menos complicada, se pudiera obtener una pieza completa en cada media vuelta del tambor o, lo que es lo mismo, dos piezas en cada vuelta del tambor. Trabajan diferentes herramientas de corte en cada husillo. Cuando un husillo cambia de posición la pieza es sometida al corte de otras herramientas. Así, sucesivamente, se va maquinando hasta que se termina, por ejemplo, en la sexta posición (suponiendo que es un torno de 6 husillos), donde generalmente se tronza. De aquí se deduce que el torno posee varios carros de movimientos longitudinales y transversales en los que no solo hay cuchillas, sino otros tipos de herramientas como fresas, brocas, machos de roscar.
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En la figura 3.23 se muestran algunas piezas que pueden fabricarse en este tipo de máquina.
Fig. 3.23 Ejemplos de piezas que se pueden fabricar en un torno multihusillo [1]
Fig. 3.24 Vista de los husillos de un torno multihusillo en plena faena [1]
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3.6 Centro de torno-fresado En los epígrafes 3.2 y 3.3 se puede estudiar cómo el torno universal ha ido evolucionando con la integración del CNC hacia un tipo de máquina que se ha dado en llamar centro de torneado. Las posibilidades de esa máquina herramienta han ido creciendo y se ha llegado a los centros de torno-fresado. Como su nombre lo sugiere, se trata de una configuración en la que se puede indistintamente tornear y fresar. Existen diversos modelos, algunos alcanzan una alta complejidad, como el que se muestra en el esquema de la figura 3.25.
Fig. 3.25 Esquema de un tipo de centro de torno-fresado [3] La observación de esta máquina puede intimidar, y no es para menos, se trata de 12 ejes. Es indudable que para su correcta explotación se requiere de experiencias previas en máquinas menos complejas y de un sistema CAM que sea capaz de generar el código de programa correspondiente. Son máquinas caras. Pero a todas esas desventajas se contraponen ventajas contundentes como la alta productividad y alta precisión que se logra en cuanto a las tolerancias de posición, ya que se minimiza o elimina la necesidad de cambiar la pieza de máquina para completar su fabricación.
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El centro de torno fresado cuyo esquema se muestra en la figura 3.25 es del fabricante japonés Nakamura Tome. Posee un eje rotatorio B que es el responsable del aumento considerable de la versatilidad de la máquina. Un centro de tornofresado con eje B (no todos los modelos lo tienen) combina capacidades de torneado de un torno con las capacidades de fresado de un centro de maquinado de 5 ejes. La máquina que se estudia como ejemplo en la figura 3.25 tiene dos husillos con sus respectivos platos. Ambos se pueden mover axialmente de manera paralela con respecto al eje Z (eje W1 y W2). Además, cada husillo es un eje rotatorio controlado (ejes C1 y C2). Los husillos se pueden sincronizar para transferir la pieza de uno a otro. Para cada husillo hay una torreta portaherramientas (ejes X1, Z1, X2 y Z2 respectivamente) con 12 posiciones de herramienta, con las cuales se pueden ejecutar los pasos tradicionales de torneado, pero también se pueden utilizar herramientas con rotación autónoma, tales como brocas y fresas, de modo que se puede fresar. No es ocioso recordar que ambos husillos son ejes C1 y C2. Un tercer carro, situado en contraposición con respecto a los dos torretas, puede trabajar en cualquiera de los dos husillos, y a los tradicionales ejes X y Z de torneado añade un eje Y para taladrado o fresado perpendicular sobre la pieza. El eje Y es perpendicular al plano formado por los ejes X y Z, lo cual es un poco difícil de interpretar en la figura 3.25. Precisamente, el eje rotatorio posicional B gira sobre el eje Y. El trabajo sincronizado de todos o varios de estos ejes permite la fabricación de piezas con múltiples caras (superficies planas) de diversos ángulos de posición en una sola colocación de la pieza. La programación mediante un sistema CAM se basa en el principio de planos de trabajo (work planes), lo que permite no tener que programar por separado el torneado y el fresado, sino que se hace todo al mismo tiempo, de manera integrada. Una refinada simulación posterior sobre el proceso de fabricación permite detectar errores antes de generar el programa definitivo, incluyendo las posibles colisiones entre las varias herramientas de corte que estarán trabajando simultáneamente (figura 3.26).
Fig. 3.26 Ejemplo de simulación de la fabricación de una pieza [3]
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Referencias del tema III 1 2 3
Deckel Maho Gildemesiter, Product Range 1/2001, catálogo de tornos CNC, fresadoras CNC y máquinas de corte por láser, Bielefeld, Alemania, 2001, http://www.gildemeister.com Doosan, Puma 240 High performance turning center, catálogo, Doosan Infracore Machine Tools, Seúl, Corea, 2009, http://domss.doosaninfracore.com Nakamura Tome, Japón
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Tema IV
Modo manual y reglaje de herramientas en un torno CNC
(Monitor)
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Tema IV Modo manual y reglaje de herramientas en un torno CNC 4.1 Introducción Las MHCNC, independientemente de su nivel de automatización, requieren de un mínimo de preparación y ajustes para hacer su trabajo y también necesitan permitir cierta labor manual. Entre las acciones destacadas en el modo de operación manual del CNC hay que mencionar el reglaje de herramientas, debido a la repercusión que tiene este procedimiento en la precisión con que posteriormente se obtendrá la pieza. En la parte final del tema I ya se hizo referencia al reglaje de herramientas y antes de comenzar a estudiar la programación manual de las MHCNC es imprescindible conocer básicamente este procedimiento, para así poder entender mejor cómo funciona este tipo de máquina. El tema actual se dedica esencialmente a ese asunto. 4.2 Movimiento manual de los ejes A los operarios acostumbrados a trabajar en máquinas herramienta convencionales les llama la atención a primera vista, cuando se enfrentan a una MHCNC, la falta de manivelas. Por ejemplo, un operario se sitúa delante de un torno CNC y lo primero que se pregunta es cómo puede mover manualmente el carro transversal o el longitudinal. Como ya se mencionó en el epígrafe 1.7 del tema I, el CNC tiene un modo de operación manual. Aunque existe una gran diversidad de modelos de CNC y cada uno tiene sus particularidades de operación, es necesario ahora tomar uno de ellos como ejemplo para explicar cómo se logran los movimientos manuales de los ejes. Con este fin, en la figura 4.1 aparece un esquema de un CNC de un torno. No se van a explicar aquí ahora todas las teclas o botones, sino que se va a centrar la atención momentáneamente en la parte inferior del panel de mando (figura 4.1). Hay unas teclas en blanco, que no funcionan. Esto se debe a que este es un panel común, que se utiliza para alojar diferentes CNC para tornos, fresadoras, centros de maquinado, y debido a esto la cantidad de ejes a controlar varía.
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(Monitor)
Fig. 4.1 Ejemplo de panel de control de un torno CNC [2] El ejemplo aquí tomado es de un torno. La parte inferior se ha dividido en 5 grupos para su estudio. Estos son (figura 4.2):
Fig. 4.2 Parte inferior del panel [2] 1. Teclas para el movimiento manual de los ejes. 2. Selector del movimiento de los ejes (figura 4.3): Continuo Incremental
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Mediante volante electrónico 3. Elección del sentido de giro y puesta en marcha del husillo; variación de la velocidad de giro en un determinado porcentaje (figura 4.5). 4. Variación porcentual de la velocidad de avance de los ejes. 5. Teclas de ejecución y parada (de color verde y rojo, respectivamente). Se refieren, de manera principal, a la puesta en marcha y parada del programa pieza. Las teclas del grupo 1 se utilizan para mover los ejes. Las teclas que tienen flechas horizontales mueven al eje Z (longitudinal), y las teclas de flechas verticales mueven al eje X (transversal). El eje C es el eje rotatorio del husillo, un eje rotatorio normal que en este modelo es controlado por el CNC. Hay también un eje 4, que pudiera ser uno paralelo al eje X (un eje U), que se puede mover en sentido positivo y negativo, como los demás. Un control básico de torno solo tendría las teclas para mover los ejes X y Z. Pero como ya se vio en el tema III, incluso un torno puede tener una cantidad considerable de ejes, así que las teclas en blanco, en otro modelo de torno, pudieran servir para mover los ejes 5, 6, 7, por ejemplo. El selector de movimientos de ejes tiene un rol importante en cuanto al movimiento que se obtendrá al apretar una de las teclas antes explicadas (figura 4.3). Si el selector está colocado en la posición de “continuo” y se aprieta una de las teclas de movimiento manual de un eje, este se moverá de manera continua, a la velocidad de avance programada, mientras la tecla esté pulsada.
Fig. 4.3 Selector del movimiento de los ejes Cuando el selector se coloca en “incremental”, cada vez que se pulsa una tecla de eje este se desplaza una magnitud seleccionada a la velocidad de avance programada. Las magnitudes de los desplazamientos pueden ser (ver la figura 4.3): 1 μm; 10 μm; 100 μm; 1000 μm; 10 000 μm. Vale aclarar que en la posición de incremental, aunque se mantenga pulsada la tecla de eje, el desplazamiento solo
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será igual a la magnitud seleccionada y deberá pulsarse de nuevo si se desea mover otra vez. Si el selector se sitúa en la posición “volante electrónico” entonces se activa el dispositivo así llamado. El volante electrónico es el equivalente a la manivela de la máquina herramienta convencional, se hace girar manualmente y de esta manera se mueve el eje seleccionado. Las posiciones 1, 10 y 100 indican el factor de multiplicación que se aplica al volante electrónico (figura 4.3). Así, por ejemplo, si el fabricante ha fijado para la posición 1 un desplazamiento de 0.1 mm por vuelta del volante, eso significa que la posición 10 equivale a 1 mm por vuelta del volante, y la posición 100 equivale a 10 mm por vuelta. Existen diversos modelos de volantes electrónicos. Algunos están integrados al panel de control, otros son portátiles, como el que aparece en la figura 4.4. Algunos solo poseen el volante propiamente dicho; otros tienen prestaciones adicionales.
Fig. 4.4 Ejemplo de volante electrónico Puede disponerse de un volante general o de un volante por eje. Cuando hay un solo volante, primero se selecciona el eje que se quiere mover (se pulsa la tecla de eje) y después el movimiento del volante corresponderá solo a ese eje. Un volante electrónico puede tener otras prestaciones con la participación del PLC. Se ha hecho mención anteriormente a que el movimiento continuo de los ejes se produce “según el avance programado”. En el modo manual debe aparecer en el monitor cuál es el valor vigente del avance. Este es el valor que acompaña a la letra F (Feed), por ejemplo F0.45 (el avance programado es de 0.45 mm/rev). Este valor puede modificarse (gestión manual de avance) en modo manual. Para ello se efectúa la siguiente secuencia de pulsación de teclas: [F] + [(valor del avance)] + [Enter]
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Por ejemplo, para programar un avance de 0.8 mm/rev la secuencia es:
No obstante, cuando el movimiento continuo de los ejes se trata de hacerlo a la mayor velocidad posible, se presionan al mismo tiempo la tecla del eje deseado y la tecla . Por ejemplo, si se desea mover a la mayor velocidad posible el eje Z hacia la derecha, se pulsan al mismo tiempo las siguientes teclas:
Se utiliza mucho también la gestión manual de las rpm del husillo. La selección de la cantidad de rpm se efectúa igual que la selección de la magnitud del avance, pero esta vez la tecla a utilizar es la S (Speed). La secuencia es, entonces: [S] + [(valor de rpm)] + [Enter] Se puede seleccionar el avance, o la velocidad, o ambos, e inmediatamente ejecutar, por ejemplo: [S] + [(valor de rpm)] + [Ejecutar] O sea:
[S] + [(valor de rpm)] +
Continuando con el análisis más detallado de la figura 4.2, se llega a la figura 4.5. La columna de teclas de la izquierda sirve, de arriba hacia abajo para: seleccionar que la rotación del husillo sea sentido antihorario; detener la marcha del husillo; seleccionar que la rotación del husillo sea en sentido horario. La rotación se producirá a la velocidad S previamente programada. Estas son funciones para trabajo en modo manual. La puesta en marcha y detención del husillo en modo ejecución se hace mediante el programa pieza. Las teclas con el símbolo de % se utilizan para aumentar o disminuir la velocidad programada. Por ejemplo, cada vez que se pulsa (%-) la velocidad se reduce en un 5%.
Fig. 4.5 Puesta en marcha del husillo y teclas %
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Hay también un selector para regular el % del avance programado, que aparece como grupo 4 en la figura 4.2, y se mueve desde 0 hasta 120%. 4.3 La tabla de herramientas En lo explicado hasta aquí sobre el movimiento manual de los ejes se habrá notado una tendencia a posibilitar que el operario acerque la herramienta a la pieza cada vez con mayor precisión. Se pueden lograr movimientos de acercamiento entre la herramienta y la pieza extremadamente pequeños. Esta es una prestación muy importante para lograr un reglaje de herramientas preciso, ya que este procedimiento incluye siempre el logro de un rozamiento muy ligero de la herramienta con la pieza. El reglaje de herramientas también se conoce como “calibrar” o “medir” herramientas. El reglaje de herramientas es el procedimiento mediante el cual se le informa al CNC, entre otros datos, cuánto sobresale la herramienta del portaherramientas, qué radio tiene en la punta, cuál es su código de forma, qué valor deben tener los correctores. Es muy importante hacer bien este procedimiento para que las piezas se terminen con las dimensiones correctas, aun en el caso de que se produzcan cambios de herramientas. Los reglajes de herramientas en diferentes máquinas no son exactamente iguales, por lo que este procedimiento se explica en los correspondientes manuales de operación que acompañan al CNC. La información relativa a las herramientas de corte se almacena en la tabla de herramientas, que es un fichero (o varios) en el CNC. Cuando se realiza un cambio de herramienta, el CNC asume los datos definidos para esa herramienta en el citado fichero. Una parte de los datos de una herramienta se introduce en la tabla de herramientas manualmente y otra parte se coloca automáticamente allí mediante el procedimiento del reglaje de la herramienta. La información incluida en la tabla de herramientas para un torno, por ejemplo, puede ser: o T: número de la herramienta (posición que ocupa la herramienta en el portaherramientas). La T viene del inglés: Tool. o D: corrector asociado a la herramienta. El número del corrector casi siempre se hace coincidir con el número de la herramienta, aunque puede ser otro. El corrector indica la dirección del CNC en la que se encuentran los siguientes datos de cada herramienta: X: Longitud que sobresale la herramienta en el portaherramientas, paralela al eje X. Este es un dato que se obtiene automáticamente en el procedimiento de reglaje. Z: Longitud que sobresale la herramienta en el portaherramientas, paralela al eje Z. Este es el otro dato que se obtiene automáticamente en el procedimiento de reglaje. R: Radio de la herramienta (figura 4.6). Es un dato geométrico de la plaquita de la cuchilla o de la herramienta. Se introduce manualmente en la tabla de herramientas.
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o
o o
F: Código de forma (figura 4.7). Es un dato sobre la posición de la herramienta para efectuar el corte, que se ha codificado convenientemente para su comprensión por parte del CNC. Se introduce manualmente. I: Corrector para el desgaste en el eje X, o para corregir errores pequeños de reglaje en el mismo eje. Se introduce manualmente. Por defecto es cero. K: Corrector para el desgaste en eje Z, o para corregir errores pequeños de reglaje en ese eje. Se introduce manualmente. Por defecto es cero. NOSEA: Ángulo de la punta de la plaquita (ε) (figura 4.6). Es un dato geométrico de la herramienta, al igual que los dos siguientes. Este dato y los dos siguientes se introducen manualmente en la tabla de herramientas. NOSEW: Largo del borde cortante de la plaquita, en mm (figura 4.6). CUTA: Ángulo de posición del borde cortante principal (φ ó κ) (figura 4.6)
Fig. 4.6 Algunos datos de la placa de la cuchilla que se incluyen en la tabla de herramientas Los códigos de forma de la figura 4.7 representan la punta de una plaquita de cuchilla, a modo de parábola, de color rojo. Son códigos de forma para un torno cuyo sistema de coordenadas es el que aparece en la parte superior izquierda de la figura. Es el mismo sistema de la figura 1.11 del tema I, y de la figura 3.5 del tema III. Como ejemplo de cuchilla con código de forma 2 aparece una cuchilla de cilindrar exteriormente, del tipo que puede cortar hacia la derecha o hacia la izquierda, con frecuencia utilizada para desbastar ranuras y hacer rebajes (vaciados). Como ejemplo de código de forma 3 se sitúa una cuchilla de cilindrado exterior de corte hacia el plato. Una broca se sitúa como ejemplo de una herramienta de código de forma 4. Una cuchilla de mandrilar es el ejemplo para un código de forma 5 y, finalmente, una cuchilla de ranurar interiormente se pone como ejemplo de código de forma 6. Nótese que para estos códigos normalmente el plato del torno gira en el sentido de las manecillas del reloj.
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Fig. 4.7 Algunos códigos de forma
Los datos geométricos NOSEA, NOSEW, CUTA y R tienen sus variantes según la herramienta de corte de que se trate. Así, son ejemplos bastante frecuentes, los siguientes (figura 4.8):
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Fig. 4.8
Otros ejemplos de datos de herramientas
En todo caso, el manual de programación del CNC es siempre amplio en cuanto a este asunto de los códigos de forma. Una vez hecho el reglaje de herramienta el operario puede comprobar su precisión efectuando un corte manual sobre la superficie cilíndrica de la pieza. En el monitor aparecerá, entre otros datos, el diámetro obtenido. El operario puede medir el diámetro real obtenido y comprobar si coincide con la información del monitor. No es raro que haya una pequeña diferencia pero, si esta excede los límites de la tolerancia asignada a esa dimensión de la pieza, es necesario rectificar el error de reglaje. Tratándose del diámetro, el corrector en la tabla de herramientas es la I. Supóngase que el diámetro real obtenido en esta comprobación es de 75.347 mm y en el monitor aparece X75.355 mm. Entonces, para resolver la diferencia, se le asigna a la I en la tabla de herramientas el siguiente valor: I=+0.008. Nótese que la coordenada X en los tornos se considera el diámetro, no el radio de la pieza, salvo que se decida lo contrario en el parámetro máquina correspondiente, lo cual es muy poco frecuente. De manera similar se emplea la K en la tabla de herramientas para corregir las diferencias de dimensiones en el eje Z. Estas diferencias no solo surgen como resultado lógico de errores de apreciación en el proceso de reglaje, sino que posteriormente, debido al desgaste del borde cortante de la herramienta, surgen diferencias entre la dimensión que informa el monitor y la real, lo que puede obligar también a utilizar los correctores I y K. En muchos controles se admite en el programa pieza un contador que de alguna manera mide la vida útil del borde cortante de la herramienta (por tiempo de
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trabajo, por distancia recorrida, etc.) y por esta vía de introducen automáticamente cambios en los correctores I y K. Esta puede ser también una vía para producir un cambio automático de la herramienta por otra idéntica, pero con un nuevo borde cortante. Queda por mencionar someramente, por el momento, que el radio de la punta de la cuchilla es un dato utilizado por el CNC principalmente en las pasadas de acabado, cuando así se le indica por el programa pieza mediante las funciones establecidas con tal fin. Se llama “compensación de herramienta” al procedimiento automático mediante el cual el CNC toma en cuenta la geometría de esta para obtener con exactitud en la pieza las dimensiones y perfil deseados. Este asunto se estudiará con más detalle cuando se aborde la programación manual de un torno y de una fresadora CNC. 4.4 El procedimiento de reglaje Ya se dijo que el reglaje de herramientas no es igual en todas las máquinas ni con todos los CNC. No obstante, es necesario conocer al menos un ejemplo de cómo se hace con un determinado CNC. Por otra parte, las diferencias en el procedimiento utilizado por uno u otro fabricante no son tantas. Así que aquí se sigue con el mismo CNC que aparece en la figura 4.1 y a continuación se explica cómo se hace la medición o reglaje de una cuchilla de cilindrado exterior. La herramienta en cuestión aparece en la figura 4.9.
Fig. 4.9 Datos de la cuchilla El reglaje o calibración de la cuchilla se va a hacer con el auxilio de una pieza cuyas dimensiones son conocidas (figura 4.10). El origen del sistema de coordenadas coincide con el cero máquina, que en este ejemplo está situado en el eje de rotación y en la cara del plato. Nótese el símbolo que se emplea para representar el origen de coordenadas.
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Fig. 4.10 Pieza y cuchilla durante el reglaje Los pasos a seguir son los siguientes: 1. Asignar en la tabla de herramientas todos los valores conocidos de la herramienta en estos momentos. Se declaran como cero los no conocidos. Se accede previamente al modo tabla de herramientas. Para ello se pulsa la tecla Main menu (verla en la figura 4.1) y se escoge ese modo de trabajo: [Main menu] [Tablas] Seguidamente, mediante las teclas de flecha (figura 4.11, localizarlas en la figura 4.1) se va ubicando el cursor en cada uno de los espacios correspondientes de la tabla de herramientas y se introducen los siguientes datos mediante las teclas de números: T4 D4 X0 Z0 R0.4 F3 I0 K0 NOSEA80 NOSEW12 CUTA95.
Fig. 4.11 Teclas de flechas 2. Seleccionar la herramienta y corrector que se desea calibrar. Se pulsa la siguiente secuencia de teclas o softkeys, según el caso: [Main menu] [Manual] [MDI] [T] [4] [D] [4] [Ejecutar]
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Vale aclarar que las softkeys son las teclas desde F1 hasta F7 (figura 4.1), que permiten seleccionar las opciones que aparecen en la parte inferior de la pantalla. En esta secuencia se ha seleccionado el modo manual en el menú principal, y dentro del modo manual se ha escogido la opción MDI. Cuando se pulsa [Ejecutar] el portaherramientas rota automáticamente y pone en posición de trabajo a la herramienta de corte que está en la posición 4, al mismo tiempo que el husillo comienza a rotar según se haya programado previamente (se explicó en el epígrafe 4.3). La declaración D4 indica la dirección en que se almacenará la información que se obtendrá como resultado del reglaje de la herramienta.
o o o o o
o o
o o o o o o o
o o
3. Seleccionar el modo de calibración de herramientas y calibrarla según el eje X. Pulsar la secuencia de teclas o softkeys: [Main menu] [Manual] [Medición] [+] [X] El CNC entonces emite en el monitor el mensaje: “Preselección del eje X:” Seguidamente hay que introducir el diámetro de la pieza (figura 4.10) y pulsar la tecla Enter (verla en la figura 4.1): [100.000] [Enter] El CNC muestra el texto siguiente mediante el monitor: “Medición herramienta”. Ahora hay que desplazar la herramienta, mediante las teclas de JOG, tal como se ha explicado en el epígrafe 4.2, figura 4.3, hasta rozar ligeramente con el diámetro exterior de la pieza. Recuérdese que el husillo está rotando. Pulsar la softkey: [Cargar eje X] El CNC muestra el texto: “Corrector actualizado”. 4. Calibrar la herramienta según el eje Z. Pulsar la softkey: [Z] El CNC solicita: “Preselección del eje Z:” Introducir la longitud de la pieza: [120.000] [Enter] El CNC muestra el texto: “Medición herramienta”. Desplazar la herramienta, mediante las teclas de JOG, hasta rozar ligeramente la cara derecha de la pieza. Pulsar la softkey: [Cargar eje Z] El CNC muestra el texto: “Corrector actualizado”. 5. Comprobar el resultado. Para ello hay que pulsar la secuencia: [Main menu] [Tablas] [Correctores] Seguidamente hay que comprobar que aparezcan los valores de X y de Z, por ejemplo, puede encontrarse que: T4 D4 X51.017 Z32.412 R0.4 F3 I0 K0 NOSEA80 NOSEW12 CUTA95
En la figura 4.12 se muestra dónde se podrían hacer los dos rozamientos necesarios entre una cuchilla de mandrilar y una pieza patrón para el reglaje de la herramienta. Los pasos a seguir son los mismos explicados anteriormente, pero en el paso 3 el valor a introducir de X es 60.000.
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Fig. 4.12 Procedimiento de reglaje de una cuchilla de mandrilar
Fig. 4.13 Procedimiento de reglaje de una cuchilla de tronzar En la figura 4.13 se muestra el rozamiento de una cuchilla de tronzar, que pudiera ser también de ranurar, con una pieza que sirve de patrón de medida para hacer la calibración de la herramienta. En este ejemplo es importante tener en cuenta el ancho “a” de la cuchilla, lo cual crea confusiones en el momento de programar la cota Z para el tronzado, debido a la posición del punto de calibración de la cuchilla. Por ejemplo, si el ancho de la cuchilla es a=4 mm y la pieza debe tronzarse a una
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longitud de 80 mm, manteniendo el origen de coordenadas tal y como se muestra en la figura 4.13, la cota Z a alcanzar en el posicionamiento de esta cuchilla de tronzar sería: Z=120–80–4=36 En la figura 4.14 se puede comprender mejor esta explicación.
Fig. 4.14 Posicionamiento de la cuchilla para tronzar Como último ejemplo de reglaje de una herramienta resulta interesante el de una broca (figura 4.15). Aquí es esencial entender que la broca y la pieza tienen sus ejes de rotación coincidentes, por tanto, no importa el diámetro que tenga la broca o que tenga la pieza, el valor de X en el paso 3 del procedimiento de reglaje será X= 0.000. El diámetro del eje de rotación es cero. La punta de la broca se hará rozar con la cara de la pieza patrón únicamente. Si en el ejemplo de la figura 4.15 y en el paso 4 del procedimiento de calibración se declara Z=120, el punto de referencia de esta herramienta será su punta. Pero pudiera decidirse que su punto de referencia sea aquel en el que la broca alcanza su diámetro nominal. Dado ese caso el valor a declarar de Z sería Z=120+a (ver la figura 4.15).
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Fig. 4.15 Procedimiento de reglaje de una broca Resulta necesario aclarar que existen accesorios, que no forman parte de la MHCNC, para hacer un pre-reglaje de las herramientas sin que estas estén colocadas y fijadas en el portaherramientas o en el almacén de herramientas de la máquina. Este tipo de accesorio permite hacer el reglaje de las herramientas mientras la MHCNC está maquinando una pieza, lo que aumenta la eficiencia en el empleo del tiempo. Concluye así una explicación básica sobre la operación manual del CNC de un torno, aspecto que era imprescindible abordar antes de pasar al estudio de la programación manual. En su momento también se verá la operación manual del CNC de una fresadora, y lo estudiado en el tema actual servirá de base para comprender mejor el trabajo con la fresadora. Referencias del tema IV 1 2
FAGOR, Manual de ejemplos, modelo torno, CNC 8055T, Fagor Automation, S. Coop., España, http://www.fagorautomation.mcc.es FAGOR, Manual de operación del CNC 8055, Fagor Automation, S. Coop., España, http://www.fagorautomation.mcc.es
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Tema V
Programación manual de un torno CNC
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Tema V Programación manual de un torno CNC 5.1 Introducción La programación del CNC de una MHCNC es indudablemente una tarea interesante que puede, además, resultar compleja. Se puede hacer de manera manual o con el auxilio de un sistema CAM (Manufactura Asistida por Computadora), pero en todo caso el dominio de los principios básicos de la programación manual resulta imprescindible. No se puede pretender la utilización de un sistema CAM, si no se conoce la programación manual. Por otra parte, no se puede confeccionar un programa pieza si no se tienen otros muchos conocimientos tecnológicos. Este texto no pretende ser un manual de programación, no obstante, sí abordará algunos ejemplos básicos que pueden servir de base para una profundización de conocimientos posterior mediante manuales de programación que facilitan los suministradores de CNC. Se parte también de que el estudioso de estos temas tiene los conocimientos tecnológicos necesarios, por tanto, aquí no se abordan temas tales como, por ejemplo, la secuencia de maquinado más adecuada o el régimen de corte más productivo. Es evidente también que programadores diferentes pueden obtener programas algo distintos para maquinar la misma pieza. Esto depende de la experiencia y de hábitos y habilidades que se van estableciendo. Por eso no se pretende que los programas que aparecen como ejemplos en este texto son los mejores, ni siquiera se puede decir que son las únicas variantes posibles. Para tratar ejemplos de programas pieza no queda otra opción que seleccionar un modelo específico de CNC y ajustarse a sus particularidades, tratando de resaltar lo que es más general, de manera que en este tema se utilizará el CNC de las referencias [1] [2]. 5.2 Generalidades sobre programación CNC Un CNC puede programarse manualmente directamente en el panel frontal (a pie de máquina). Para la programación a pie de máquina se utiliza el modo edición. La programación puede hacerse también mediante una red, lo que se logra utilizando determinados tipos de líneas serie (repasar la figura 1.9). La programación en una computadora (PC) generalmente se efectúa mediante algún sistema CAM y se llama también programación automática. Los CNC actuales disponen de una prestación llamada control numérico distribuido (DNC) que permite su comunicación con una PC en red. Entre otras funciones, mediante el DNC se pueden transferir programas y tablas entre el CNC y la PC, y se puede controlar de manera remota la MHCNC. El programa mediante el cual la MHCNC fabrica una pieza se llama programa pieza, o simplemente programa. Después de editado, el programa se almacena en la
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memoria RAM del CNC. No obstante, opcionalmente también es posible almacenar el programa en una tarjeta que puede tener el control (Memkey card, repasar la figura 1.9), en una computadora, conectada o no al CNC por línea serie, en un disco duro (HD) o en algún otro soporte externo. Si se dispone de la opción Ethernet (figura 1.9) y el CNC está configurado como un nodo más dentro de una red informática, es posible desde cualquier PC de la red acceder al directorio de programas del HD, editar, modificar, borrar, renombrar los programas almacenados en el HD, copiar programas del HD a la PC y viceversa. Para configurar el CNC como un nodo más en una red es necesario consultar el manual de instalación que acompaña al CNC. En este tema se va a concentrar la atención en la programación manual. 5.3 Estructura de un programa pieza Un programa pieza se identifica por la letra P, o por el símbolo %, y un número. Lo primero que aparece en un programa pieza es su número, es su primera línea o bloque, es su identificación en el lugar en donde se almacene. Por ejemplo, un programa puede llamarse P102 ó %102. Un programa pieza está constituido por bloques (líneas o instrucciones). A su vez, los bloques están formados por palabras y estas por letras mayúsculas, símbolos y cifras. Los signos son el punto (.), el signo más (+) y el signo menos (-). En la programación se admiten espacios entre letras, números y signos, así como se puede prescindir del número si este fuera cero (0) y del signo si este fuera positivo (+). En la programación se puede sustituir el formato numérico por un parámetro aritmético. Durante la ejecución del programa el CNC se encarga se sustituir el parámetro por su valor numérico. Este tipo de programación se llama paramétrica. Por ejemplo, el parámetro P6 puede cambiar su valor según una expresión aritmética determinada, y a la cota X se le puede asignar ese parámetro: XP6. De esta manera, cuando se ejecute el programa la X podría tomar valores diferentes en el transcurso del tiempo, quizás: X32.018; X-25.223. Los bloques que componen un programa están formados por la cabecera de bloque, el bloque en sí, y el final del bloque. En los controles actuales la cabecera es opcional. Puede estar formada más frecuentemente por el número o etiqueta del bloque, representado por la letra N. Esta letra identifica al bloque pero es útil solamente si se hacen referencias o saltos de bloques. Por esta razón, no siempre está presente. La letra N puede estar seguida de 4 cifras, de modo que pueden existir desde N0 hasta N9999 (o sea, 10 000 bloques en un programa pieza). Actualmente no resulta necesario que los números de bloque sigan un orden determinado, pero no debe haber más de un bloque con el mismo número.
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Después de la cabecera aparece el bloque. Este se escribe con comandos de lenguaje ISO o con comandos de lenguaje de alto nivel. En este texto se estudiará parcialmente el lenguaje ISO solamente, el cual dispone de: Funciones preparatorias, que determinan la geometría y condiciones de trabajo. Se representan mediante la letra G seguida de un número. Por ejemplo: G01; G03; G90 Funciones de control de avances de los ejes (letra F) y velocidades de los husillos (letra S). Funciones de control de herramientas (letra T). Funciones complementarias, que son de carácter tecnológico. Se representan mediante la letra M. Por ejemplo: M03; M41. Por su parte, el final del bloque, tal como la cabecera, es opcional. Puede estar formado por un indicativo que dice la cantidad de veces que debe repetirse el bloque o, más frecuentemente, por algún comentario, el que está precedido del símbolo punto y coma (;). Lo que esté escrito después de ese símbolo será considerado un comentario por el CNC y, por tanto, no se ejecutará ninguna función que aparezca después del ; en un bloque. Un ejemplo de bloque con cabecera y comentario es el siguiente: N40 G01 G37 R4 X0 Z100 ; esta es la entrada tangencial al punto A 5.4 Sistema de coordenadas para programar las cotas En el programa pieza se establecen los movimientos mediante cotas a alcanzar en cada eje. Como ya se ha dicho antes, los ejes pueden ser del tipo lineal o del tipo rotativo (repasar el epígrafe 1.5, tema I), y se representan por las letras X, Y, Z, U, V, W, A, B, C. Los CNC generalmente disponen de más de un sistema de coordenadas para programar. Entre estos se encuentran las: Coordenadas cartesianas, que son las más conocidas y empleadas Coordenadas polares Coordenadas cilíndricas Ángulo y una coordenada cartesiana Los ejemplos de programación en este texto se presentan en coordenadas cartesianas y en coordenadas polares. En el tema actual se emplean solo coordenadas cartesianas y en el tema VII se dan ejemplos con ambos tipos de coordenadas. 5.5 Programación según código ISO Con todo lo explicado hasta aquí se puede deducir que un bloque de programa en código ISO puede incluir:
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1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Funciones preparatorias (G) Cotas de ejes (X, Y, Z, …) Velocidad de avance (F) Velocidad del husillo (S) Número de herramienta (T) Número del corrector (D) Funciones auxiliares (M)
Estos elementos que pueden conformar un bloque no se pueden programar en cualquier orden consecutivo, sino en este en que se han planteado aquí, aunque no es obligatorio que aparezcan todos en cada bloque. El CNC que se utiliza como base para los ejemplos de programación en este tema, cuando se trabaja en milímetros (función G71 vigente), permite programar cifras desde 0.0001 hasta 99999.9999 5.6 Funciones preparatorias Las funciones preparatorias se identifican mediante la letra G seguida de dos o tres cifras, según el modelo del CNC. Se programan al inicio del bloque. La mayoría de las funciones G responden a una norma ISO, pero según el fabricante y modelo del CNC puede haber variantes. Hecha esta aclaración, en este tema solo se verán algunas de estas funciones que servirán después para los ejemplos de programación. Ahora es necesario introducir un nuevo concepto: función modal. Se llama así a la función que una vez programada se mantiene vigente sin necesidad de repetirla en cada bloque, siempre que no se programe otra incompatible con ella. La función modal también se desactiva cuando se ejecuta: Una función M2 o una función M30 (funciones que indican final del programa) EMERGENCIA (cuando se pulsa manualmente el botón rojo de emergencia) RESET Se apague y después se encienda el CNC Antes de continuar, es también necesario explicar que hay funciones que el CNC las asume por defecto en el momento del encendido, o después de M2, M30, Emergencia o Reset. Algunas de estas funciones por defecto se definen mediante el parámetro máquina correspondiente. A continuación se da una tabla que resume las funciones G que se verán en este tema para la programación manual de un torno y que más adelante se explicarán. En la tabla hay una columna M, que significa “modal”, y una columna D, que significa “activa por defecto”.
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Función G0 G1 G2 G3 G5 G7 G36 G37 G38 G39 G40 G41 G42 G54-G59 G71 G81 G86 G88 G90 G91 G92 G95 G96 G97
M * * * * * *
D *
* * * * * * * * * *
*
* * *
* *
*
*
*
Tabla No. V-1 Algunas funciones G Nombre de la función Posicionamiento rápido (también se conoce como G00) Interpolación lineal con avance programado (G01) Interpolación circular a derecha (G02) Interpolación circular a izquierda (G03) Arista matada (G05) Arista viva (G07) Redondeo de aristas Entrada tangencial del corte Salida tangencial del corte Bisela (achaflanado) a 45º Anulación de la compensación de radio Compensación de radio de la herramienta a la izquierda Compensación del radio de la herramienta a la derecha Traslado de origen (G54; G55; G56; G57; G58; G59) Programación en mm Ciclo fijo de torneado en el eje X Ciclo fijo de roscado longitudinal Ciclo fijo de ranurado en X Programación en coordenadas absolutas Programación en coordenadas incrementales Preselección de cotas Avance en mm/rev Velocidad de corte en m/min constante Velocidad en rpm constante
5.7 Algunas funciones preparatorias Función G0. Posicionamiento rápido (puede escribirse como G00) Esta función mueve la unidad operativa (el carro en el torno, la mesa en la fresadora) con un movimiento rápido desde un punto hasta otro. Se utiliza para posicionar la herramienta en la coordenada adecuada para iniciar el corte, para retirar el útil de corte, alejar el carro para cambiar la herramienta o la pieza y en otras situaciones. Función G1. Interpolación lineal (puede escribirse como G01) Se emplea para los desplazamientos con el avance programado, cuando la herramienta realiza el proceso de corte según una línea recta que une al punto inicial con la coordenada final del recorrido. Funciones G70 y G71 Cuando está activa G70 significa que todas las unidades se dan en el sistema inglés (pulgadas, pies); mientras que cuando está activa G71 las unidades se dan en mm. En los ejemplos de este texto se considera siempre que G71 está activa por defecto, solo se trabajará con el sistema métrico.
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Funciones G90 y G91. Programación en cotas absolutas e incrementales. Las cotas a alcanzar en cada recorrido se programan preferiblemente tomando en consideración un origen de coordenadas fijo. En este caso se emplea la función G90. Pero existe la opción, y a veces la necesidad, de programar la nueva cota a alcanzar a partir del punto de inicio del recorrido, y entonces la programación es incremental y se define con G91. Esto se entiende mejor mediante la figura 5.1.
-20
-10 A
B
+Z A 15 30
+X A Fig. 5.1 Recorrido desde A hasta B Para programar un recorrido desde el punto A hasta el B, con una magnitud de avance previamente programada, se puede hacer así: En absolutas: (coordenadas a partir de donde se cortan los ejes X y Z) G1 X30 Z-20 En incrementales: (coordenadas medidas desde el punto de partida A) G1 X15 Z-10 El signo (+) o (-) en la programación en incrementales indica el sentido del movimiento. La punta de la saeta en cada eje indica el sentido positivo del movimiento. Para una mejor comprensión de este asunto se va a suponer ahora que el movimiento es de B hacia A. En tal caso la programación sería: En absolutas: (coordenadas a partir de donde se cortan los ejes X y Z) G1 X15 Z-10 En incrementales: (coordenadas medidas desde el punto de partida B) G1 X-15 Z10 Funciones G94 y G95 (con G71 activa) Con G94 se indica que el avance se expresa en mm/min. Cuando se emplea G95, que es lo más frecuente en el torno, el avance se expresa en mm/rev. El control del torno que se toma como base en este tema asume siempre G95 por defecto. Anteriormente se explicó que la letra F indica la magnitud del avance. De modo que con G71 y G95 activas, si en un bloque se declarara F0.35, esto significaría que el avance es de 0.35 mm/rev
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Funciones G96 y G97 (con G71 activa) La función G96 establece que la velocidad de corte se expresa en m/min y que su valor se mantiene constante. Esto significa que al variar el diámetro que se está elaborando el control ajusta las rpm del husillo para que la velocidad se mantenga constante. Debe recordarse aquí el concepto de velocidad de corte. Esta no depende solo de las rpm, sino también del diámetro que esté rotando. En el caso del torno, es el diámetro que esté en contacto con el borde cortante de la herramienta. Por otra parte, G97 establece que la velocidad se expresa en rpm y ese valor es constante. El control del torno que se toma como base en este texto para los ejemplos de programas pieza, siempre asume G96 por defecto pero, como se verá más adelante, a veces es necesario utilizar G97. Es costumbre de todas maneras declarar explícitamente G96 en el programa. Anteriormente se explicó que la letra S indica la magnitud de la velocidad. De modo que con G71 y G96 activas, si en un bloque se declarara S100, esto significaría que la velocidad es de 100 m/min y el CNC intentará mantenerla constante aunque el diámetro cambie, para lo cual hará variar adecuadamente la cantidad de rpm. Pero si estuviera activa G97, entonces S100 significaría 100 rpm. Recuérdese la expresión para calcular la velocidad de corte: d n 1000 [m/min]
v
1. En un torno convencional en el que se dan varias pasadas de cilindrado en una misma superficie cuando se desbasta una pieza, aun manteniendo las rpm constante, ¿se mantiene constante la velocidad de corte en cada pasada de cilindrado? Desde luego que la respuesta es negativa, porque con cada pasada se reduce el diámetro (d) y si las rpm (n) se mantiene constantes, la consecuencia es que la velocidad de corte (V) disminuye. 2. Entonces, si la función G96 se ocupa de mantener constante la velocidad de corte, ¿qué hace el CNC con G96 activa cuando disminuye el diámetro que está en contacto con la herramienta de corte? La respuesta es: aumenta proporcionalmente las rpm.
5.8 Algunas funciones auxiliares Las funciones auxiliares se representan por la letra M y se programan al final del bloque. A continuación se explican algunas de ellas. Función M0 (puede escribirse como M00) La función M0 interrumpe la ejecución del programa. Entre otras razones, puede utilizarse para liberar la pieza e invertirla en el plato del torno. Para reanudar la marcha del programa hay que pulsar manualmente la tecla Ejecución. Funciones auxiliares M3, M4 y M5 (pueden escribirse como M03, M04, M05) Las funciones M3 y M4 ordenan que el husillo rote a la izquierda o a la derecha (antihorario y horario), respectivamente, mientras que M5 detiene la rotación del husillo.
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Funciones auxiliares M2 (o M02) y M30 Con M30 se da por finalizado el programa, se detiene en su primer bloque dispuesto para ser ejecutado de el programa es M2, pero esta ejecuta el reseteado husillo. Todos los programas terminan con M30 o con
el husillo y el programa queda nuevo. Una opción de finalizar general del CNC y detiene el M2.
Funciones auxiliares M41, M42, M43, M44. Selección de la gama de rpm del husillo. Generalmente el husillo tiene varias gamas de regulación de las rpm no escalonadas. Quiere decir esto que dentro de cierto rango se puede obtener cualquier valor de rpm, sin escalones, sin saltos. Al decidir las rpm que se van a emplear, hay que tener presente en cual de estas gamas se encuentra y plasmarlo en el programa según corresponda con M41, M42, M43 o M44. La documentación que acompaña a la MHCN da información al respecto. Por ejemplo, la gama M42 puede encontrarse entre 1000 y 2500 rpm. Esto también quiere decir que cuando se selecciona una gama de rpm el valor máximo está limitado, aunque esté activa la función G96 y esta intente aumentar las rpm como consecuencia de la disminución del diámetro. Tal como ya se explicó en el epígrafe 2.8 del tema II, la potencia del motor eléctrico en las MHCNC no se comporta de manera estable, sino que depende de las rpm. Este es un elemento importante que, como se sabe, debe tenerse presente en el momento de seleccionar los datos de corte (repasar la figura 2.22 del epígrafe 2.8, tema II). El CNC puede tener un parámetro máquina que puede determinar que el cambio de gama de rpm se haga de manera automática, sin necesidad de programarlo. La decisión de utilizar esta variante es muy cómoda para el programador, pero implica también que con el empleo de G96 el CNC se verá libre de aumentar las rpm hasta el máximo de la gama superior, salvo que se utilice la función G92, tal como se estudiará más adelante en este tema. 5.9 Ejemplo de programa pieza No.1. Torneado en absolutas e incrementales En este ejemplo se parte de las siguientes condiciones (figura 5.2): La pieza está desbastada y solo se va a programar la pasada de acabado. Se va a utilizar una cuchilla que está en la posición 2 del portaherramientas del torno y cuyo corrector también es el 2. El cero pieza se encuentra en el extremo derecho de la pieza (más adelante, en este tema, se trata el asunto del traslado de posición del cero pieza).
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Fig. 5.2 Pieza del ejemplo de programación en coordenadas absolutas y en incrementales
Bloques P00001
Programación en coordenadas absolutas Comentarios Este es el número del programa, mediante el cual se va a identificar cuando se almacene.
G90 G95 G96 F0.15 S180 T2 D2 M4 M41
Se declara: programación en absolutas; avance en mm/rev; velocidad de corte constante; avance de 0.15 mm/rev; velocidad de 180 m/min; se utiliza la cuchilla que está en la posición 2; el corrector con los datos del reglaje de la cuchilla es el 2; rotar el husillo en sentido horario; utilizar la primera gama de rpm. No se declara G71 pero el CNC lo asume por defecto (programación en mm). También se pueden asumir por defecto G90, G95 y G96, pero es conveniente no omitir G90 ni G96, pues a lo largo del programa pudieran cambiar.
GO X10 Z10
La cuchilla, que inicialmente está alejada de la pieza, se acerca en movimiento rápido hasta un punto en el que con total seguridad no chocará con la pieza.
G1 X0 Z0
Con el avance programado (0.15 mm/rev) la cuchilla se posiciona en el punto A (figura 5.2), que es el punto de partida para iniciar el maquinado de acabado del perfil. Recuérdese que la pieza está desbastada, por tanto, tiene una sobremedida, de manera que en algún momento antes de llegar a X0 Z0 comenzará a cortar.
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X30 Z-30
La cuchilla llega al punto B. No es necesario poner de nuevo G1, porque es una función modal que ya fue declarada en el bloque anterior.
Z-50
La cuchilla llega al punto C. Las coordenadas son modales, por eso no es necesario declarar X30 de nuevo.
X75 Z-75
La cuchilla llega al punto D.
Z-100
La cuchilla llega al punto E.
GO X90 Z50
Se aleja la cuchilla a una distancia prudente, que permita quitar la pieza del plato.
M30
Fin del programa.
Programación en coordenadas incrementales Bloques Comentarios P00011 G90 G95 G96 F0.15 S180 T2 D2 M4 M41 GO X10 Z10 G1 X0 Z0 G91 X30 Z-30
Se inicia con programación en coordenadas absolutas.
A partir de aquí se inicia la programación en incrementales, aunque aún no se nota la diferencia con el programa anterior. Sin embargo, ahora el signo tanto de X como de Z indica el sentido del movimiento.
Z-20
Desde el punto B hasta el punto C, la distancia medida en Z es 20. Como el movimiento es en el sentido negativo del eje Z, el signo es negativo.
X45 Z-25
Nótese ahora que también X se programa como incremento, a partir del valor que tenía en el bloque anterior. El sentido del movimiento en el eje X es positivo (el signo + no es necesario ponerlo).
Z-25 GO G90 X90 Z50 M30
Se restablece la absolutas. Fin del programa.
100
programación
en
5.10 Traslado de origen En las figuras del tema IV el origen de coordenadas ha sido el cero máquina, pero normalmente en el torno el origen de coordenadas, el cero pieza, se sitúa en la cara derecha de la pieza porque resulta más cómodo para la elaboración del programa pieza. Así, si en el ejemplo de la figura 4.15 del tema IV se quiere colocar el cero pieza en la cara derecha de la pieza, tal como aparece en la figura 5.3, se pueden seguir indistintamente algunos procedimientos. Siempre utilizando como ejemplo el mismo control de la figura 4.1 del tema IV, pueden utilizarse las siguientes variantes: 1. Preselección manual de cotas Se puede utilizar de nuevo para esta explicación la figura 4.10. El siguiente procedimiento se lleva a cabo después que todas las herramientas han sido regladas. a) Seleccionar una herramienta ya calibrada y su corrector: Se pulsa la siguiente secuencia: [Main menu] [Manual] [MDI] [T] [(número de la herramienta)] [D] [(número del corrector)] [Ejecutar]. El husillo comienza a rotar según se haya programado previamente y el portaherramientas rota para poner en posición de trabajo la herramienta seleccionada. b) Desplazar la herramienta, mediante las teclas de JOG, hasta rozar ligeramente el diámetro exterior de la pieza. Pulsar: [X] [(Diámetro de la pieza)] [Enter] c) Desplazar la herramienta, mediante las teclas de JOG, hasta rozar ligeramente con el lateral derecho de la pieza. Pulsar: [Z] [0] [Enter]
Fig. 5.3
Posición del cero ya cambiada
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Nótese que cuando el cero está en esta posición, todas las dimensiones de longitud de la pieza, las coordenadas Z, son negativas, porque están a la izquierda del cero. Si se desea dejar una sobremedida para refrentado, se puede declarar en el inciso (c), por ejemplo: [Z] [+5] [Enter]. Aquí se están dejando 5 mm de sobremedida en longitud para que puedan ser refrentados (figura 5.4).
Fig. 5.4 El cero pieza ubicado dejando 5 mm de sobremedida en longitud 2. Traslado de origen con G54, G55, G56, G57, G58 Y G59 La tabla de orígenes incluye las llamadas funciones traslado de origen, que son: G54, G55, G56, G57, G58 Y G59. Las cuatro primeras de estas funciones indican un traslado de origen absoluto, las coordenadas (decalaje) del nuevo origen se dan con respecto al cero máquina. Las funciones G58 y G59 indican un traslado de origen incremental con respecto al origen absoluto vigente, no con respecto al cero máquina. Cada una de estas funciones se programa sola en un bloque, sin nada más. Las funciones G54, G55, G56 y G57 anulan los traslados de origen previos que estén activos. Por su parte, las G58 y G59 anulan el traslado incremental que se encuentre activo. Así, por ejemplo: Si se declara G54, se aplica el traslado de origen que se haya definido como G54. Si después se declara G58, se añade el traslado G58 a G54, o sea, el traslado de origen será G54+G58. Si después se declara G59, se anula el traslado G58 y se añade el traslado G59 a G54, o sea, el traslado de origen será G54+G59. Si después se declara G55, se anulan todos los traslados de origen que hubiere y se aplica el traslado que se haya definido con G55 (medido a partir de origen máquina, desde luego)
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En el siguiente ejemplo se explica cómo se introduce manualmente un decalaje en la tabla de orígenes. Se utiliza la función G54, pero pudiera ser cualquiera de las otras aquí mencionadas.
Pulsar la secuencia: [Main menu] [Tablas] [Orígenes] Pulsar la secuencia: [Editar] G54 X0 Z120 [Enter] Pulsar la secuencia: [Main menu] [Manual] [MDI] G54 [Ejecutar]
Cuando el programa pieza ejecuta G54 se crea un origen, activo desde ese momento, en las coordenadas X0 Z120, tomando como origen de esas cotas el cero máquina. De la misma manera, si se desea dejar una sobremedida para refrentado, en vez de G54 X0 Z120 se puede declarar, por ejemplo: G54 X0 Z115 (figura 5.4) 3. Traslado de origen mediante el programa pieza con las funciones G54, G55, G56, G57, G58 Y G59: Deben editarse previamente los siguientes dos bloques de programa: Bloque (ORGX54=0, ORGZ54=120) G54
Comentario sobre el bloque Asigna a G54 en la tabla de orígenes los valores X0 Z120 Selecciona y aplica el traslado de origen G54 (o cualquier otro decalaje que se defina: G55, G56, G57, G58 Y G59)
Con estos dos bloques se puede hacer indistintamente lo siguiente: Ejecutarlos en modo MDI y a continuación ejecutar el programa pieza. Convertir estos bloques en un programa, ejecutarlo, y seguidamente ejecutar el programa pieza. Incluir los dos bloques como parte del programa pieza, al principio del programa. Esta es la variante más usada. 4. Función G92 como preselección de cotas (traslado de origen) y como limitación del valor de S. La función G92 se emplea también para cambiar de posición el cero pieza, pero de una manera diferente a como se hace con G54…G59. Esta función se emplea como preselección de cotas, lo cual se hace con un formato en el que la X y la Z que le siguen dan las coordenadas de la herramienta de corte con respecto al cero que se está recién ubicando. La figura 5.5 contribuye a la comprensión de este asunto.
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Fig. 5.5
Ejemplo de empleo de G92 para cambio de posición del cero pieza
Por ejemplo (figura 5.5), si el cero pieza está en A y se quiere poner en B, se programa así: G0 X60 Z2 G92 X60 Z5
; posicionamiento de la cuchilla según el origen A ; posición de la cuchilla según el origen B
En el primer bloque de este ejemplo se ubica la cuchilla (se mueve) en una coordenada conveniente con respecto al cero que está en A. En el siguiente bloque se dice la posición de la cuchilla, que no se mueve, con respecto al cero que está en B, y a partir de ahí estará vigente el cero en B. Con este formato de G92 no se puede programar ninguna otra función, ni se mueve la cuchilla en ese bloque (sólo cambia de posición el cero pieza). El empleo de G92 acarrea siempre confusiones para el principiante. El siguiente análisis puede ayudar a evitarlas. En un bloque anterior al de G92 siempre se posiciona la cuchilla. A continuación hay que responder a la pregunta: ¿Cuál es la posición de la cuchilla con respecto al nuevo cero? De esta manera surgen las coordenadas X y Z que acompañan a G92. La función G92 se emplea, además, para limitar a un máximo las rpm de rotación del husillo. Para este uso el formato es distinto: G92 S_ Por ejemplo, a continuación se limita la rotación del husillo a un máximo de 2300 rpm: G92 S2300
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Entre las utilidades de esta función como limitante de la rotación del husillo está la siguiente. Como ya se explicó en este tema, mediante las funciones M41, M42, M43 y M44 se selecciona la gama de regulación de rpm. Pero el CNC puede tener un parámetro máquina que puede determinar que el cambio de gama de rpm se haga de manera automática, sin necesidad de programarlo. Si se emplea esta variante, no hay que programar M41, M42, M43 o M44, pero implica también que con el empleo de G96 el CNC se verá libre de aumentar las rpm hasta el máximo de la gama superior. Sin embargo, mediante la función G92 se puede poner límite al máximo de rpm que se le permite girar al husillo. 5.11 Ciclo fijo G81: torneado con profundizaciones en X ¿Qué es un ciclo fijo? Un ciclo fijo es una función que agrupa en sí varios movimientos y reduce, por tanto, la cantidad de bloques de un programa pieza. Un ciclo fijo se define mediante la función G indicativa del ciclo y los parámetros correspondiente al ciclo. Según el ciclo fijo de que se trate, esos parámetros pueden ser, por ejemplo: las coordenadas X y Z del punto inicial del ciclo; las coordenadas X y Z del punto final del ciclo; la mayor profundidad de corte que se permite; la sobremedida que debe quedar al finalizar el desbaste y otros más. El ciclo fijo G81 es un ejemplo de lo antes expuesto (figura 5.6). Con este ciclo se puede tornear un escalón. Su formato es el siguiente: G81 X_ Z_ Q_ R_ C_ L_ M_ H_ Donde: X : cota X del punto A Z : cota Z del punto A Q : cota X del punto B R : cota Z del punto B C : profundidad de corte máxima admisible L : sobremedida para el acabado en X M : sobremedida para el acabado en Z H : avance para la pasada de acabado A la derecha de la figura 5.6 se hace una representación de los movimientos de la cuchilla mediante flechas. Cada color de flecha es una pasada diferente. En este ejemplo se hacen 4 profundizaciones en X (flechas negra, verde, magenta y naranja, respectivamente) En la parte inferior de la figura se representan geométricamente la sobremedida en X, la sobremedida en Z y la profundidad de corte “a”, que el CNC la calculará de manera que sea a≤C.
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Fig. 5.6 Ciclo fijo G81 El punto N en la figura 5.6 representa el punto de posicionamiento (de partida) de la cuchilla para iniciar el ciclo. Por su parte, el punto F representa las coordenadas X y Z del inicio de la última pasada de desbaste dentro del ciclo. En la parte superior izquierda de la figura, el sistema de coordenadas se representa simplificadamente, pero no significa que el cero pieza esté en ese punto. Si la cota X del punto de partida de la herramienta (N) es mayor que la cota X del punto B, el control ordenará tornear hasta la cota Z de B, y hasta alcanzar la X de B (figura 5.7), lo que trae como resultado un perfil como el que aparece en la figura 5.7.
Fig. 5.7
Variante de G81.
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Si H=0, significa que la pasada de acabado no se va a efectuar dentro del ciclo. Como consecuencia, el ciclo termina dejando la cuchilla en el punto F. Si H≠0, el ciclo termina con la cuchilla posicionada en el punto N. Los valores del avance de desbaste y el de la velocidad de corte dentro del ciclo son los últimos que se hayan declarado antes de entrar a G81. Por su parte, el sentido de rotación del husillo dentro del ciclo es también el mismo que estaba declarado antes de entrar a G81. 5.12 Ejemplo de programa pieza No. 2 A continuación se muestra una aplicación del ciclo G81 (figura 5.8). Este ejemplo consiste en el cilindrado de una superficie de Ø55 mm con una longitud 80 mm. Se parte de una barra laminada de Ø70 mm. En los ejemplos de este texto no se va a hacer hincapié en la selección de los datos de corte, para no distraer la atención y concentrarse así en la programación. Por eso no se dan datos del material de la pieza o de la cuchilla, ni la rugosidad superficial que se debe alcanzar. Tampoco se dan tolerancias dimensionales ni de forma o posición. La secuencia de torneado es: refrentado, uso de G81 para desbastar y acabar el perfil dentro del ciclo fijo. El cero pieza se ubica mediante el programa en la cara de la pieza terminada (figura 5.9), dejando 3 mm de sobremedida para refrentar. La cuchilla se encuentra en la posición 4 del portaherramientas.
Fig. 5.8
Pieza y cuchilla del ejemplo con G81
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Fig. 5.9 Ubicación del cero pieza Bloques P00003 (ORGX54=0, ORGZ54=137) G54 G90 G96 F0.15 S110 T4 D4 M4 M41 G0 X75 Z0
Comentarios Se declaran las coordenadas absolutas, con respecto al cero máquina, de un nuevo origen, y se asignan a la función G54 Se activa el nuevo origen (cero pieza, figura 5.9)
Posicionamiento para refrentar
G1 X-0.4
Refrentado. Es práctica bastante común no llegar solamente hasta X0, sino ir un poco más allá para evitar la formación de un pequeño tetoncito. Entonces la X toma un valor negativo. Este valor puede ser igual al radio de la punta de la plaquita. Una magnitud negativa excesiva puede dañar la plaquita.
G0 X74 Z1 F0.2
Este es el punto de partida para entrar a G81 (punto N en la figura 5.6). Nótese la conveniente separación entre cuchilla y pieza, debido a que la superficie externa de la pieza puede estar ligeramente descentrada.
G81 X55 Z-80 Q74 R-80 C4 L1 M0.5 H0.1
Debido al ligero descentramiento que puede tener la superficie en bruto externa de la pieza, no es conveniente declarar Q70.
G0 X90 Z150 M30
Alejamiento del carro para liberar la pieza terminada y fin del programa. M30 puede ponerse en un bloque aparte, si se desea.
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Es conveniente comentar que los bloques tercero y cuarto de este programa pueden ser uno solo. De modo que pudiera escribirse: G0 G90 G96 X75 Z0 F0.15 S110 T4 D4 M4 M41 Pero cuando T aparece en un bloque junto con funciones de movimiento debe tenerse presente que el CNC ejecutará primero la ubicación de la herramienta en posición de trabajo (giro de la torreta portaherramientas, por ejemplo), y después el movimiento. Para evitar confusiones muchos programadores prefieren programar el cambio de herramienta en un bloque independiente, o al menos en un bloque en el que no se programan movimientos. Con este comentario solo se pretende dejar constancia de que ambas variantes coexisten. 5.13 Otras funciones G: G2, G3, G5, G7, G39, G36, G37, G38, G40, G41 y G42 (pueden escribirse como G02, G03, G05 y G07) A continuación se explican brevemente otras funciones G que se utilizarán con el ejemplo que sigue. Función G5 Trabajo con arista matada. Es modal. Es una función que “mata el filo” de los cantos o aristas vivas de manera automática. Función G7 Trabajo en arista viva. Es modal. Se comprende que G5 y G7 son incompatibles. Generalmente el CNC asume G7 por defecto. Funciones G41 y G42 Es la “compensación del radio de la herramienta”. Significa tomar en cuenta la influencia del radio de la herramienta en las dimensiones finales de la pieza.
Fig. 5.10 Uso de G41 y G42 en el torneado
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Se utilizan G41 y G42 en las pasadas de acabado en el torneado. Según el sentido del movimiento de la cuchilla se utiliza una o la otra, tal como se muestra en la figura 5.10. Función G40 Anula la compensación del radio de la herramienta (anula G41 y G42). Tanto G40 como G41 y G42, son modales. Por defecto, el CNC asume G40. La necesidad de la compensación del radio de la cuchilla se puede apreciar en la figura 5.11, en la que se aumenta considerable el tamaño de la punta de la plaquita de tornear para facilitar su comprensión. Cuando se hace el reglaje de la cuchilla, esta se hace rozar con la superficie exterior de la pieza, lo que determina un punto de referencia para dar las dimensiones de diámetros (punto de referencia en X, figura 5.11). Cuando, además, se hace rozar la cuchilla con la cara lateral de la pieza, se establece un punto de referencia para las dimensiones de longitud (punto de referencia en Z). Ambos puntos no coinciden, como se puede ver en la figura 5.11. La diferencia de las cotas de esos puntos tiene un valor igual al radio de la punta, que puede ser, por ejemplo, 0.4 ó 0.8 mm, o puede ser mayor. En una pasada de desbaste puede no ser importante no tomar en cuenta esta diferencia, pero en una pasada de acabado, donde se deben obtener las dimensiones finales con precisión, es decisivo que el control tome en cuenta este asunto, para lo cual se utilizan las funciones G41 y G42.
Fig. 5.11
Puntos de referencia de la punta de la cuchilla.
En las figuras 5.12 y 5.13 se amplía un poco más este análisis para que se pueda comprender mejor. En la figura 5.12 el punto de referencia de la herramienta sigue el perfil programado, pero el radio de la punta provoca un error en el perfil obtenido. Sin embargo, cuando se aplica la compensación de radio ocurre lo que se observa en la figura 5.13, se evita el error.
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Fig. 5.12 Error en el perfil obtenido sin compensación de herramienta
Fig. 5.13 Perfil obtenido sin error gracias a la compensación de herramienta
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Funciones G2 y G3 Interpolación circular. Se emplean para obtener arcos con el avance programado. Son incompatibles entre sí y con G1, G0, G33 y con cualquiera de los ciclos fijos (figura 5.14).
Fig. 5.14 Sentidos de giro de G2 y G3 Existen varios formatos de programación de G2 y G3. Uno de ellos es como sigue: G2 (o G3) X_ Z_ R_
Donde: Xcota X del punto final del arco Zcota Z del punto final del arco Rradio del arco
Si el arco de la circunferencia es menor o igual que 180º, el radio se programará con signo positivo, y si es mayor, será negativo (figura 5.15).
Fig. 5.15
Arcos posibles desde P0 hasta P1
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Las dos circunferencias de la figura 5.15 tienen el mismo radio y se intersecan en los puntos P0 y P1. Se puede hacer el siguiente análisis: Si P0 es el punto inicial del arco y P1 el final, para cada uno de los 4 arcos posibles (parte derecha de la figura) que van de P0 a P1 se tiene que: Arco Arco Arco Arco
1: 2: 3: 4:
G02 G02 G03 G03
XP1 XP1 XP1 XP1
ZP1 ZP1 ZP1 ZP1
R- (nótese que el arco es mayor que 180°) R+ R+ R- (nótese que el arco es mayor que 180°)
Otro formato de programación de G2 y G3 es el siguiente: G2 (o G3) X_ Z_ I_ K_ Donde (figura 5.16): X, Z - son las cotas del punto final del arco I- distancia del punto inicial del arco al centro de este, medida en el eje X K- distancia del punto inicial del arco al centro de este, medida en el eje Z
Fig. 5.16
Ejemplo de un bloque con G3
Esto tiende a confundir, por lo que se recomienda suponer un sistema de ejes auxiliar X’ Z’ situado en el punto de inicio del arco (figura 5.16), y preguntarse cuáles son las coordenadas del centro del arco con respecto a ese sistema auxiliar. El ejemplo de la figura 5.16 aclara este asunto: G3 X100 Z-54 I0 K-4 Funciones G36 y G39 Las funciones G36 y G39 son redondeado de aristas y biselado de aristas, respectivamente. No son modales. G39 solo es útil para biseles de 45°. En la figura 5.17 se muestran ejemplos de utilización de estas funciones.
113
G39 R3 X120 En un refrentado hacia afuera, la R es el ancho (cateto) del bisel a 45º, y la X es la coordenada X del punto final del bisel.
G36 R3 X120 En un refrentado hacia afuera, la R es el radio del arco, y la X es la coordenada X del punto final del arco.
G36 R3 Z-40 En un cilindrado que termina en un radio cóncavo, la R es el radio que debe perfilarse al final del recorrido, y la Z es la coordenada Z del punto final del arco.
Fig. 5.17 Ejemplos de G36 y G39 Funciones G37 y G38 Entrada y salida tangencial. Cuando se emplean tornos CNC y se va a acabar el perfil, es frecuente que se contornee todo en una sola pasada, iniciando con un refrentado de adentro hacia afuera, que implica una penetración de la punta de la plaquita en el mismo eje de rotación de la pieza (figura 5.18). Para minimizar la desventaja que significa para la herramienta de corte este tipo de penetración, se programa una entrada más suave mediante un recorrido en forma de un pequeño radio que culmina tangencialmente en el punto de entrada a la pasada o corte. Esa es G37. De la misma forma, con G38 se logra una salida más suave de la herramienta cuando termina la pasada. El formato es: G37 R_ X_ Z_
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La R es el radio tangencial; X y Z son las coordenadas del punto de entrada o inicio del corte (figura 5.18).
Fig. 5.18 Representación de entrada tangencial G37 5.14 Ejemplo de programa pieza No. 3 Este ejemplo consiste en elaborar el programa para el torneado de la pieza de la figura 5.19. Se parte de una pieza previamente cilindrada a Ø138 mm y refrentada por ambas caras a una longitud total de 178 mm. La pieza se sujeta en el plato a tope con la cara, en la posición que se muestra en la figura 5.19. La altura de las mordazas es menor que 60 mm, lo que garantiza que las cuchillas no colisionarán con esos elementos del plato. La sobremedida para el acabado en diámetros debe ser de 1 mm y para las longitudes de 0.5 mm. La máxima profundidad de corte que se admite es de 4 mm.
Ø138
2
Fig. 5.19 Pieza para este ejemplo
115
4
Se debe seguir la secuencia y utilizar los datos de corte siguientes: Secuencia Refrentado de desbaste Cilindrado de desbaste del Ø138 hasta Ø131 Cilindrado de desbaste del escalón de Ø70 utilizando G81 (no se da la pasada de acabado dentro de G81) Pasada de acabado de todo el perfil, iniciando con un refrentado desde el eje de rotación
Velocidad Avance Cuchilla m/min mm/rev No. 150 0.3 2 150 0.3 2 150
0.3
2
200
0.15
4
Antes de acometer la tarea de elaborar el programa pieza, resulta conveniente hacer un análisis geométrico del perfil que se desea obtener (figura 5.20).
Fig. 5.20 Análisis geométrico En la siguiente figura 5.21 se muestra una vista ampliada de G81 para este ejemplo. Nótese que es similar a la figura 5.7. Tal aplicación de G81 persigue aquí dejar suficiente material para poder perfilar el radio cóncavo de 3 mm. Recuérdese que la pasada de acabado no se hará dentro de G81. La sobremedida que dejará G81 se ha sombreado en el esquema de la figura 5.21.
116
Fig. 5.21 Vista ampliada de G81 para este ejemplo Es muy importante que el estudio de este programa pieza se haga revisando constantemente las figuras 5.19, 5.20 y 5.21. El programa es el siguiente: Bloques P00003 (ORGX54=0, ORGZ54=175)
G54 G0 G90 G96 X143 Z0.5 F0.3 S150 T2 D2 M4 M41
Comentarios Con este bloque y el siguiente se ubica el cero pieza en la cara derecha de lo que será la pieza terminada. Pero como se parte de una pieza que tiene 178 mm de largo, en realidad se están dejando 3 mm de sobremedida para el refrentado. Posicionamiento de la cuchilla para refrentar, dejando 0.5 mm de sobremedida en longitud para la pasada de acabado. La X>138 es para evitar el posible rozamiento de la cuchilla con la superficie exterior de la pieza.
G1 X-0.4
Refrentado
G0 X131 Z2
Retirada de la cuchilla y posicionamiento para cilindrar en desbaste el escalón de Ø138 hasta Ø131, de manera que quede 1 mm de sobremedida en diámetro. Nótese que la profundidad de corte es (138-131)/2=3.5 mm. Como la profundidad de corte máxima admitida es de 4 mm, solo es necesaria una pasada (no hay que utilizar G81 aquí).
G1 Z-114.5
Cilindrado. Se dejan 0.5 mm de sobremedida en longitud.
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G0 X140 Z2
Retirada de la cuchilla.
X132
Posicionamiento para iniciar G81. Este es el punto N en la figura 5.21.
G81 X70 Z-72 Q76 R-75 C4 L1 M0.5 H0
Véanse las figuras 5.20 y 5.21 para las coordenadas de los puntos A y B (X, Z, Q, R). La máxima profundidad de corte (C) y las sobremedidas en diámetro y longitud (L y M) fueron dadas como datos en el enunciado del ejemplo. Se declara H=0 porque la pasada de acabado no se va a incluir dentro del ciclo. Cuando concluya el ciclo, la cuchilla quedará en el punto F de la figura 5.21, debido precisamente a que H=0.
G0 Z100
Culminado ya el desbaste del perfil, se va a realizar el acabado, pero primero hay que cambiar la cuchilla. Por eso, se retira el carro hasta una posición en la que la rotación del portaherramientas no vaya a producir una colisión entre la herramienta y la pieza.
T4 D4
Cambio de herramienta. Pudiera ser también un solo bloque con el siguiente.
G42 X0 Z20 F0.15 S200
Comienza la compensación de radio. Se posiciona la cuchilla para iniciar el acabado del perfil. Este posicionamiento (Z20) toma en cuenta que en el siguiente bloque va a producirse una entrada tangencial de la cuchilla, para lo cual se necesita una distancia prudencial (figura 5.18). Se declaran el avance y la velocidad de corte para el acabado. F y S pudieran haberse declarado después, en el siguiente bloque.
G1 G5 G37 R4 X0 Z0
Entrada tangencial de la cuchilla en el mismo eje de rotación. La profundidad de corte es de 0.5 mm, que se dejaron de sobremedida desde el primer posicionamiento, antes de refrentar. Como la cuchilla comienza a cortar, hay que declarar G1. Se declara también arista matada (G5), pero en realidad es opcional en este ejemplo.
X65
Una vez alcanzada la profundad de corte
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necesaria, que da la dimensión final de la longitud de la pieza (Z0), se inicia el refrentado de adentro hacia afuera, desde X0 hasta el punto de inicio del radio que es X65 Z0 (figura 5.20). G3 X70 Z-2.5 R2.5
Se tornea el radio 2.5. Se podría utilizar también el formato de G3 con I y K, que sería: G3 X70 Z-2.5 I0 K-2.5.
G1 Z-72
Cilindrado hasta el inicio del arco de 3 mm de radio
G2 X76 Z-75 R3
Se maquina el radio de 3 mm. De la misma forma, pudiera ser: G2 X76 Z-75 I3 K0.
G1 X126
El arco termina en diámetro 76, y el bisel comienza en diámetro 126, por tanto, desde X76 hasta X126 hay que refrentar hacia afuera (figura 5.20).
X130 Z-77
Se maquina el bisel.
Z-115
Cilindrado.
X142
Refrentado hacia afuera. En realidad debería ser suficiente con X138, pero siempre se mueve la cuchilla un poco más allá para evitar cualquier rebaba que pudiera quedar producto de un eventual y ligero descentramiento de la pieza.
G0 G7 G40 Z100 M30
Se aleja la cuchilla para poder retirar la pieza terminada. Se anulan G5 y G41 con G7 y G40 respectivamente. Se concluye el programa con M30.
En este programa pueden emplearse también las funciones G36 y G39. A continuación se muestra solo la sección del programa en la que se ejecuta el acabado del perfil, para ver cómo utilizar estas funciones.
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T4 D4 G42 X0 Z20 F0.15 S200 G1 G5 G37 R4 X0 Z0 G36 R2.5 X70
Refrentado hasta Ø 70 dejando al final un radio de 2.5 mm.
G36 R3 Z-75
Cilindrado hasta una longitud de 75 dejando al final un radio de 3 mm.
G39 R2 X130
Refrentado hasta Ø 130 dejando al final un bisel de 2x45º.
Z-115 X142 G0 G7 G40 Z100 M30 5.15 Ciclo fijo de ranurado en X (G88) En la figura 5.22 se resumen los parámetros del ciclo G88, el cual hace un ranurado cuando la ranura es más ancha que la cuchilla. Debe tenerse presente que la cuchilla ha sido reglada en su extremo izquierdo y ese es su punto de referencia para las coordenadas Z. Puede repasarse la figura 4.8.
Fig. 5.22 Ciclo fijo de ranurado G88 El formato es: G88 X_ Z_ Q_ R_ D_ K_ Donde, X es la cota X del punto A
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Z es la cota Z del punto A Q es la cota X del punto B R es la cota Z del punto B D es la distancia de seguridad para que la cuchilla no roce con la pieza durante su recorrido de posicionamiento K es la “temporización” o tiempo de estancia de la cuchilla en el fondo de la ranura una vez que se alcanza la profundidad total. Se da en segundos.
Hay que recordar que el CNC conoce el ancho de la cuchilla de ranurar, pues este es un dato que se introduce manualmente en la tabla de correctores en el procedimiento del relaje de la herramienta (ver NOSEW en la figura 4.8, epígrafe 4.3, tema IV). Cuando se inicia el ciclo la herramienta tiene que estar posicionada en una coordenada X mayor que la suma de la coordenada X de A y dos veces el parámetro D (figura 5.22). Todas las condiciones tecnológicas de maquinado han de ser programadas con anterioridad a la llamada del ciclo. El ciclo finalizará en el punto donde empezó. 5.16 Ciclo fijo de roscado G86 Antes de estudiar el ciclo fijo de roscado es bueno repasar los conocimientos sobre roscas. Entre otras opciones, se recomienda ver el epígrafe 4.7 del tema IV de [3]. A continuación, se abordan algunos asuntos sobre el roscado en tornos CNC.
Fig. 5.23 Variantes de roscado en un torno CNC [4]
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El roscado con el carro en la posición contraria a la de los tornos convencionales, que es el caso de los ejemplos de este texto, puede provocar confusiones para quien lo programa, si está acostumbrado a los tornos convencionales. Recuérdese que las roscas pueden ser derechas o izquierdas, y la obtención de cualquiera de las dos variantes en el torno consiste en una combinación de giro del plato y desplazamiento de la cuchilla. En un torno convencional, suponiendo que el plato gire como es costumbre en sentido contrario a las manecillas del reloj, la rosca derecha en una superficie exterior se obtiene haciendo desplazar la cuchilla hacia el plato, mientras que la rosca izquierda se obtiene haciendo desplazar la cuchilla hacia la contrapunta (alejándose del plato). Es muy poco frecuente que en tornos convencionales se hagan roscas a punta de cuchilla de otras maneras, aunque pueden hacerse. Sin embargo, en un torno CNC como el que se ha tomado para los ejemplos en este texto, se pueden presentar las siguientes variantes: (figura 5.23) Nótense en la figura 5.23 las combinaciones de rotación del husillo y de desplazamiento de la cuchilla. Véase además que la cuchilla a veces se pone invertida, con su parte cortante hacia abajo (cuando la plaquita no se ve amarilla). En el ejemplo que se verá en este tema se va a utilizar la variante de sentido de rotación del husillo y sentido de avance de la cuchilla que se muestra en la figura 5.24, la cual coincide con la que aparece en el extremo superior izquierdo de la figura 5.23. Obsérvese que la parte cortante de la cuchilla está hacia abajo.
Fig. 5.24 Variante de roscado para este ejemplo [4] Como es evidente, la selección de la placa de roscar no solo tiene que ver con el material de la pieza que se va a maquinar, sino también con el perfil de la cuchilla, que debe coincidir con el perfil de la rosca (triangular, trapecial, etc.), además de que hay que tener en cuenta el paso de la rosca. Otro asunto que tiene que ver con el perfilado de roscas es la variante de penetración de la cuchilla que se utilice. En los tornos convencionales se utiliza la penetración perpendicular al eje de rotación, llamada penetración radial, y también la penetración inclinada siguiendo el ángulo del perfil de la rosca, para lo cual se inclina adecuadamente el carro superior. Sin embargo, en los tornos CNC las opciones se amplían, lo cual se muestra en la figura 5.25.
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Fig. 5.25
Variantes de penetración para roscar en un torno CNC
Entre los datos de corte del roscado se encuentran la cantidad de pasadas y la profundidad de cada pasada. La cantidad de pasadas depende de: El tipo de material a maquinar La magnitud del paso de la rosca En todo caso es conveniente seguir las indicaciones del fabricante de la plaquita En cuanto a la profundidad de cada pasada se pueden seguir diferentes criterios tecnológicos. La mayoría de las veces se tiende a que cada pasada tenga una menor profundidad, tratando de que el área de la sección transversal de la viruta se mantenga constante. La primera pasada puede ser la de mayor profundidad. La última pasada puede producirse incluso sin dar profundidad, para que la cuchilla solo pula (limpie, afeite) el perfil de la rosca. Si se trata de una rosca métrica, las siguientes consideraciones pueden tomarse en cuenta:
Paso (P) Profundidad del filete (f) = 0.613 * P Ø del fondo del tornillo (df) = d – (1.226 * P)
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En esta última expresión “d” es el diámetro nominal de la rosca. Así, si una rosca métrica tiene 2 mm de paso y un diámetro nominal de 16 mm: P = 2 mm f = 0.613 * 2 = 1.226 mm df = 16 – (1.226 * 2) = 13,548 mm Se puede pasar ahora al estudio del ciclo fijo de roscado G86 que, dicho sea de paso, no es la única manera de perfilar roscas en el torno CNC. En la figura 5.26 se representa esquemáticamente el ciclo. Se ha dibujado solo el fondo de la rosca, y no las crestas, para simplificar el esquema. La línea azul, explicada de derecha a izquierda, representa primero una cara derecha de la pieza, le sigue el fondo de la rosca, la salida de la rosca y una superficie cilíndrica posterior. Las líneas rojas representan las pasadas de la cuchilla de roscar. La figura 5.27 representa el mismo ciclo, pero de otra manera, para ayudar a su comprensión.
Fig. 5.26 Representación del ciclo G86 El formato de programación de G86 es el siguiente: G86 X_ Z_ Q_ R_ I_ B_ D_ L_ C_ J_ A_ Donde (figuras 5.26 y 5.27): XyZ QyR I
B D L C
Son las cotas X y Z del punto N (inicio del roscado). Son las cotas X y Z del punto P (final del roscado). Profundidad total de la rosca. Es positivo para roscas exteriores y negativo para las interiores. Puede calcularse u obtenerse de una tabla. Profundidad de la pasada inicial (puede obtenerse de una tabla, por ejemplo, ver la figura 6.24, tema VI, de [3]). En este ciclo la profundidad de las siguientes pasadas el CNC las decide automáticamente, haciendo cada una más pequeña. Distancia de seguridad. Es la distancia que se separa la cuchilla de la superficie de la pieza para regresar a N’ en G0. Profundidad de la pasada de acabado. Lo más común es que sea cero. Paso de la rosca.
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J
A
Salida de la rosca. Define a qué distancia del final de la rosca comienza la salida de la cuchilla. Si J0, el tramo WP’ se hace en G0 (es lo común para roscas con ranura de salida). Para roscas sin ranura de salida, J puede ser igual a dos veces el paso. La salida de la cuchilla entonces se hace más suavemente (tramo WP’ inclinado y más largo) y deja una huella de un par de hilos de rosca que no alcanzan la profundidad total. Semiángulo de la punta de la cuchilla. Con este ciclo las profundizaciones se efectuarán como en la “penetración con variación del ángulo de flanco” de la figura 5.25.
Fig. 5.27 Ciclo fijo de roscado G86 Antes del bloque que declara G86 debe programarse G97 (S en rpm) y declarar el valor de S. Esto no debe olvidarse. Cuando se inicia el ciclo la cuchilla tiene que estar posicionada en una coordenada X mayor que la suma de la coordenada X de N más 2D, y en una coordenada Z mayor que la Z de N (posición de partida de la cuchilla, que se llama M en las figuras 5.26 y 5.27). El ciclo se inicia acercándose desde M en G0 a la posición de inicio del roscado N. De este ciclo se sale en G0, G7, G40, G90 y G97, y termina con la cuchilla en N’.
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5.17 Ejemplo de programa pieza No. 4
La pieza que se toma para este ejemplo aparece en la figura 5.28.
Fig. 5.28 Pieza para el ejemplo No. 4 Se parte de una barra laminada de Ø100 mm y 106 mm de longitud. Este pedazo de barra se fija en el plato de tres muelas a tope con la cara (figura 5.29). Las mordazas de este plato sobresalen 30 mm de la cara. En la primera colocación se elaboran los Ø 95 y Ø 80, y se dejan totalmente terminados. Después se invierte la pieza para tornear la otra parte (figura 5.30). En esta inversión se fija de nuevo a tope con la cara del plato, las mordazas de este agarran en el diámetro 80. Debido a la poca altura de las mordazas, estas no chocan con la cara del Ø 95 mm de la pieza. Se usan 3 cuchillas. La 2 es para cilindrar en desbaste; la cuchilla 4 es para cilindrar en acabado, ambas con ángulo de posición К=93º en su borde cortante; la cuchilla 6 se utiliza para ranurar, con un ancho de 3 mm, y la cuchilla 8 para roscar. Se considera que la profundidad de la rosca es: h = (0.613) (paso) = (0.613) (1.5)= 0.9195 mm.
El programa pieza se confecciona teniendo en cuenta que se ha procedido previamente como sigue:
Se hizo “búsqueda de referencia máquina”. Se hizo el reglaje de todas las herramientas.
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Teniendo en cuenta que la pieza en bruto tiene una sobremedida de 6 mm en longitud, se decidió dejar 3 mm para cada lado. Se admite una profundidad de corte máxima de 5 mm. En el desbaste se dejará una sobremedida en diámetro de 1 mm y en longitud de 0.5 mm. A continuación se presenta una variante posible de programa pieza para este ejemplo.
Bloques P00004 (ORGX54=0, ORGZ54=103)
Comentarios Nótese que mediante la ubicación del cero pieza se están dejando 3 mm de sobremedida para refrentar por esta parte de la pieza, pero quedarán aún 3 mm más para cuando se invierta (figura 5.29).
G54 G0 G90 G96 X104 Z0.5 S120 T2 D2 M4
Posicionamiento para refrentar.
G92 S1200
Se pone un límite a la cantidad máxima de rpm. Nótese que no se declaró en el bloque anterior ninguna función auxiliar de selección de gama de regulación, como M41, por ejemplo.
G1 X-0.4 F0.35
Refrentado.
G0 X96 Z2
Se posiciona la cuchilla para cilindrar. La profundidad de corte será (100-96)/2 = 2 mm.
G1 Z-55
La distancia mínima a cilindrar es 100-49=51. Como el escalón siguiente a Ø95 es de menor diámetro, se puede sobrepasar un poco ese valor de 51. Pero siempre hay que tener cuidado de que la cuchilla no choque con las mordazas del plato. Hay que conocer cuál es la altura de esas mordazas. En este ejemplo no hay problemas, pero en otros este sería un asunto a prever. Un cálculo sencillo demuestra que
127
para chocar con las mordazas del plato habría que mover la cuchilla hasta Z=-103+30=-73. G0 X97 Z2
Se posiciona la cuchilla para entrar en un ciclo G81.
G81 X80 Z-35 Q96 R-35 C5 L1 M0.5 H0
Este G81 se corresponde con la figura 5.6. Como no incluye la pasada de acabado, cuando sale del ciclo la cuchilla queda en X81 Z2.
G0 Z150
Se aleja el portaherramientas hasta Z150 porque se va a hacer un cambio de herramienta y hay que evitar que cuando el portaherramientas rote golpee la pieza con alguna herramienta.
T4 D4
Cambio para la cuchilla de acabado.
G0 G42 X0 Z30 F0.2 S150
Posicionamiento para iniciar la pasada de acabado, lo que incluirá entrada tangencial de la cuchilla. Se declaran compensación de radio y nuevos valores de avance y velocidad.
G1 G5 G37 R3 X0 Z0 G36 R5 X80 Z-35 G39 R2 X95
Arista matada y entrada tangencial.
G38 R4 Z-55
Cilindrado en Ø95 hasta una longitud de 55 con una salida tangencial de la cuchilla mediante un arco de radio 4 mm. Téngase presente que entre el diámetro en bruto 100 y el final 95, hay una pequeña pared de 2.5 mm de altura, así que R no debe ser menor que 2.5.
G0 G7 G40 X105 Z300 M0 M5
Se aleja el carro para poder liberar la pieza e invertir su posición, además, porque habrá cambio de herramienta. Se anulan arista matada y compensación de herramienta, porque en la próxima colocación se va a desbastar, no a acabar. Es la parada para invertir
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la posición de la pieza. Nótense el M0 y el M5 que detienen la corrida del programa y la rotación del plato. Una vez invertida y fijada la pieza de nuevo, se presiona la tecla Ejecutar para continuar la ejecución del programa. T2 D2 X105 Z5 F0.35 S120 M4
No se ha cambiado el origen, pero se va a cambiar. El posicionamiento de la cuchilla se hace según el cero activo aún, de modo que no vaya a rozar o chocar con la pieza que, además, se pone ya a rotar. Se replantean el avance y la velocidad de desbaste. La X105 no es imprescindible ponerla, pues está activa desde un bloque anterior.
G92 X105 Z8
Ver la figura 5.30. Respóndase la pregunta: ¿cuál es la posición de la cuchilla con respecto al nuevo cero? Nótese que el nuevo cero da la longitud final a la pieza. En vez de usar G92 se hubiera podido emplear también una función de traslado de origen (G54 a G59). Por ejemplo, pudieran ser los dos bloques siguientes: (ORGX55=0, ORGZ55=100) G55
Z0.5
Se posiciona la cuchilla para refrentar, pero se deja una sobremedida de 0.5 mm para la pasada de acabado del perfil.
G1 X-0.4 F0.35 G0 X104 Z2
Posicionado de la cuchilla para entrar en G81. Recuérdese que el diá-metro exterior de esta parte de la pieza está aún sin maquinar y sigue siendo 100 mm en bruto (figura 5.30).
G81 X45 Z-21 Q70 R-49 C5 L1 M0.5 H0
Pudieran no haberse declarado C, L, M y H, ya que el control asumiría los últimos declarados antes y son los
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mismos. Esta variante de G81 es igual a la de la figura 5.7. El punto F (figura 5.7), que es donde termina este ciclo por no incluir la pasada de acabado, tiene las coordenadas X46 Z2. G0 Z100 T4 D4 G0 G42 X0 Z30 F0.2 S150 G1 G5 G37 R3 X0 Z0 G39 R2 X45 G1 Z-21
Cilindrado de Ø45.
X70 Z-49
Maquinado del cono.
X91
Refrentado hacia afuera. Como el bisel es de 2x45º, el diámetro en el que este se inicia es 95-(2x2)=91. Puede usarse G39, pero en el siguiente comentario se comprenderá por qué se prefiere hacerlo así.
X96 Z-51.5
La cuchilla sobrepasa el bisel (debería llegar solo hasta X95 Z-51) para evitar que pueda quedar una marca en la pieza producto de un ligero error de centrado. Recuérdese que el diámetro 95 ya está terminado. Nótese que la cuchilla va 1 mm más allá del diámetro final, lo que equivale también a 0.5 mm más allá en longitud, dado el ángulo de 45º.
G0 G7 G40 X105 Z150
Alejamiento del portaherramientas para cambio de cuchilla. Se anulan también funciones innecesarias.
T6 D6
Se pone en posición de trabajo a la cuchilla de ranurar.
X48 Z-19 F0.1 S90
Se coloca la cuchilla en el punto de partida para entrar en el ciclo de ranurado.
G88 X45 Z-21 Q42 R-16 D2 K1
Ciclo de ranurado (repasar la figura 5.22)
G0 Z150
Cuando concluye el ciclo, la cuchilla está afuera de la ranura, por tanto, ya
130
se puede alejar en Z para hacer cambio de herramienta (no hay que alejarla previamente en X). T8 D8 M5
Gira el portaherramientas y pone en posición de trabajo a la cuchilla de roscar. Se detiene la rotación del husillo con M5. Se va a cambiar el sentido de rotación del plato para roscar según la figura 5.24.
G97 X45 Z5 S250 M3
Se ubica en posición de partida la cuchilla de roscar. Se declara G97 como condición previa para roscar y se establecen 250 rpm. El plato va a rotar en sentido contrario a las manecillas del reloj, de acuerdo con la figura 5.24.
G86 X45 Z3 Q45 R-19.5 I0.919 B0.1 D1 L0 C1.5 J0 A29.5
Ciclo de roscado. La cota Z del punto P (figuras 5.26 y 5.27) queda aproximadamente al medio de la ranura de salida de la rosca. Tratándose de una rosca métrica, el ángulo del perfil es 60º, de modo que A puede tener el valor 30 o 29.5, para una penetración de la cuchilla con variación del ángulo del flanco (figura 5.25)
G0 X105 Z300 M30 Con respecto al ranurado es necesario hacer una observación. Si el ancho de la ranura y el de la cuchilla hubieran coincidido, no se habría utilizado el ciclo de ranurado. Simplemente la cuchilla habría penetrado en una sola pasada, en G1, hasta la profundidad de la ranura. Pero después es muy importante tener en cuenta que hay que sacar primero la cuchilla de la ranura en X, para poder moverla posteriormente en Z. No se puede programar una salida de la cuchilla desde el fondo de la ranura al mismo tiempo en X y en Z con G0, pues colisionaría la cuchilla con la pared de la ranura.
Para analizar el cambio de posición del cero pieza es necesario estudiar la siguiente figura 5.29, que representa la primera fijación de la pieza. El origen máquina está en la cara del plato y se traslada a 103 mm a la derecha de este.
131
3
Fig. 5.29
Ubicación inicial del cero pieza
Cuchilla Parte sin tornear aún
Cero inicial (fig. 5.29) Cero final
Fig. 5.30 Ubicación final del cero pieza
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La figura 5.30 permite el análisis del cambio de posición del origen en la segunda colocación de la pieza. Hasta aquí los ejemplos de programas pieza para un torno CNC. No resulta ocioso comentar que los programas presentados pueden tener ligeras variaciones según las experiencias y hábitos de diversos programadores de tornos CNC. De la misma manera, el empleo de un modelo de CNC diferente traerá como consecuencia variaciones en los ejemplos desarrollados en este tema. Se quedan muchas funciones en el tintero, lo que incluye ciclos fijos tales como taladrado, seguimiento del perfil y otros. No se sitúan ejemplos tampoco sobre torneado interior. Como ya se dijo antes, este tema no pretende ni puede ser un manual de programación, pero con estos ejemplos el interesado puede tener una idea bastante clara y básica de en qué consiste elaborar manualmente un programa pieza para un torno CNC. Más adelante se presentarán otros ejemplos de programas pieza, pero para una fresadora CNC, que seguirán desarrollando habilidades básicas para la programación manual de un CNC. En el Anexo I se pueden encontrar ejercicios sobre este asunto. Se recomienda fuertemente hacerlos. Referencias del tema V FAGOR, Manual de ejemplos, modelo torno, CNC 8055T, Fagor 1 Automation, S. Coop., España, http://www.fagorautomation.mcc.es FAGOR, Manual de programación del CNC 8055T, Fagor 2 Automation, S. Coop., España, 2002, http://www.fagorautomation.mcc.es Padrón, S.F., Máquinas herramienta convencionales y datos de 3 corte, Universidad Central de Las Villas, Cuba, 2014, http://www.uclv.edu.cu Sanvik-Coromant, Guía técnica, Roscado, Suecia, 2013, 4 http://www.sandvik.coromant.com
133
Tema VI
Las fresadoras CNC y los centros de maquinado
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Tema VI Las fresadoras CNC y los centros de maquinado 6.1 Introducción Tal como anteriormente hubo un tema dedicado a un recorrido general por diferentes tipos de tornos CNC, en este se va a hacer lo mismo con las fresadoras y los centros de maquinado. Es un tema descriptivo en el que se ratifican y profundizan algunos contenidos anteriores, y que resulta necesario antes de estudiar la programación manual de fresadoras CNC en el siguiente tema. 6.2 Fresadora universal CNC Es conveniente recordar que las máquinas CNC han ido evolucionando de manera tal que hoy no se parecen mucho a los tradicionales tornos y fresadoras. Se puede, por tanto, encontrar fresadoras con cierta similitud con las convencionales, tales como las que aparecen en las figuras 6.1 y 6.2. Pero lo más frecuente es encontrar fresadoras, que se ofertan como “universales”, como la de la figura 6.3, que ya no se parece tanto a una convencional.
Fig. 6.1 Fresadoras CNC
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Fig. 6.2 Otros modelos de fresadoras CNC [1]
Fig. 6.3 Fresadora universal CNC [2]
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Las fresadoras de las figuras 6.1 y 6.2 se parecen bastante a las convencionales. Poseen los 3 ejes básicos de movimiento de toda fresadora, pero se les puede añadir un eje rotatorio a modo de cabezal divisor (no aparece en la figura), y se requeriría entonces de un CNC que controle 4 ejes, o al menos 3½ ejes. En la figura 6.3 se muestra una fresadora universal que posee solo los tres ejes fundamentales de movimientos: X, Y, Z. No tiene almacén de herramientas. Se trata, por tanto, de un modelo sencillo y cercano a las fresadoras verticales convencionales, aunque hay dos ejes de giro manual de la mesa (véanse las manivelas correspondientes en la figura 6.3). Su motor principal tiene una potencia de 6.3 kW. El recorrido en el eje X es de 350 mm. Su husillo puede girar hasta 6 300 rpm. El giro de la mesa en el plano XZ le da una gran versatilidad a este tipo de máquina, como se puede ver en la parte derecha de la figura 6.3. La fresadora de la figura 6.4 puede controlar opcionalmente hasta 5 ejes de manera simultánea. Es una máquina más grande y potente que las anteriores, con un motor principal de 15 kW. Su husillo puede girar hasta 12 mil rpm en su versión estándar (opcionalmente hasta 30 000 rpm). Posee un almacén para 30 herramientas. Su recorrido en el eje X es de 800 mm. Desde luego, hay modelos más grandes.
Fig. 6.4 Fresadora CNC con 5 ejes [2]
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Fig. 6.5 Vista más cercana de la fresadora de la figura 6.4 [2] En la figura 6.5 se muestran con flechas los movimientos rotatorios de la mesa que pueden ser controlados por el CNC en este modelo de fresadora. 6.3 Centros de maquinado Ya se ha mencionado anteriormente que la evolución de las máquinas herramienta con control numérico ha llevado a un sinnúmero de modelos de otras máquinas conocidas por el término genérico de centros de maquinado. En muchas de estas máquinas prevalece la fresa como herramienta de corte más usada. Según la posición de su husillo los centros de maquinado se clasifican en horizontales y verticales, pero existen los centros de maquinado universales, con mayores posibilidades. En la figura 6.6 se muestra un centro horizontal de maquinado. Nótese la posición de su husillo. Es frecuente que los centros de maquinado se hagan acompañar de pallets como sistema para poner y quitar piezas (figura 6.7). Se trata de mesas que se trasladan mediante algún tipo de transportador y tienen un mecanismo para colocarse en posición de maquinado y para apartarse de esa posición y regresar a al inicio de la cadena de movimiento de piezas. El uso de pallets se refleja tremendamente en la productividad, ya que se solapan el tiempo de maquinado, durante el cual una pieza se está elaborando, el tiempo de colocación, centrado y fijación de una nueva pieza, y el tiempo de liberación de una pieza ya terminada. Todo ocurre al mismo tiempo. Las piezas a maquinar pueden ser, incluso, diferentes.
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Fig. 6.6 Centro de maquinado horizontal [2]
Fig. 6.7 Pallets de un centro de maquinado horizontal [2]
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Fig. 6.8 Centro de maquinado vertical [2] En la figura 6.8 se muestra un centro de maquinado vertical. Nótese su husillo en posición vertical. Se puede ver también el almacén de herramientas (del tipo 1 de la figura 2.9, tema II).
Fig. 6.9 Centro de maquinado vertical trabajando [2] En la figura 6.9 se observa un centro vertical elaborando ranuras helicoidales en una pieza, para lo cual se auxilia de un eje rotatorio adicional. A la izquierda se puede ver una pieza diferente, tipo block, ya maquinada, y un poco más arriba se ve una de las herramientas del almacén.
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En la figura 6.10 se muestra un centro de maquinado universal. Se observa que el husillo está instalado en un cabezal que tiene dos ejes de rotación, de manera que puede colocarse horizontalmente, que es el caso de esta foto, verticalmente, o en cualquier ángulo.
Fig. 6.10 Centro universal de maquinado [2]
Fig. 6.11 Centro universal de maquinado con pallets [2]
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El centro universal de maquinado de la figura 6.11 es mucho mayor que el de la figura anterior. Para tener una idea de su tamaño puede apreciarse, al fondo de la foto, el panel de control. Su recorrido del eje Y es de 2 metros. Su motor principal tiene 44 kW. 6.4 Las mejoras en los centros de maquinado Los fabricantes de centros de maquinado buscan cada vez mejorar más, entre otras, las siguientes características: Reducción del tiempo en el que la herramienta no está cortando Se trata de reducir al mínimo el tiempo en el que la herramienta no está desprendiendo virutas, como una vía para aumentar la productividad. Entre otros factores, se intenta aumentar la velocidad de traslación en movimiento rápido (G0) de todos los ejes y reducir los ya estrechos tiempos de cambio automático de la herramienta de corte. Por ejemplo, en el modelo de la figura 6.12 el cambio de herramienta se logra en 1.3 segundos y el movimiento rápido de los ejes es de 36 m/min (ver epígrafe 2.5 del tema II). Los sistemas de accionamiento de cada uno de los ejes, especialmente el tipo de motor, desempeñan un papel importante en la velocidad de traslación.
Fig. 6.12 Centro vertical de maquinado [3] La precisión de la máquina En los catálogos de los fabricantes se dan datos sobre la precisión que se puede obtener en las piezas fabricadas. Datos tales como redondez, rugosidad superficial, paralelismo, concentricidad (coaxialidad), son muy importantes. Entre otros factores, en la precisión del centro de maquinado influyen la rigidez, la estabilidad térmica de la máquina, así como la precisión misma con que se fabrican las partes que la componen.
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La facilidad de operación Se toman en cuenta criterios ergonómicos para el acceso fácil del operario a la operación de la máquina, incluyendo la colocación de piezas y herramientas. La seguridad del operario y de la máquina Los movimientos rápidos y el maquinado de alta velocidad exigen tomar en cuenta la seguridad del operario y de la máquina herramienta. Las puertas de seguridad son un elemento importante porque impiden el acceso al área donde se realiza el proceso de corte mientras este se ejecuta, así como protegen al operario de cualquier pedazo de metal que pudiera salir despedido a alta velocidad como resultado de la fractura, por ejemplo, de una plaquita (ver epígrafe 2.6 del tema II). Por su parte, los interruptores limitadores de recorridos de cada uno de los ejes de movimiento lineal juegan también su papel. No obstante, estos interruptores no pueden impedir colisiones por falta de cuidado del operario cuando se ejecutan movimientos rápidos en modo manual, o por errores de programación no detectados en la simulación previa. Tales colisiones (choques con la pieza o entre partes de la máquina) pueden ser desastrosas para la máquina y para la economía. La evacuación de la viruta (ver epígrafes 2.3 y 2.4 del tema II) Teniendo en cuenta el aumento del volumen de las virutas arrancadas, se torna crítica la rápida evacuación de estas para evitar que estorben en el área de trabajo. En las figuras 6.13 y 6.14 se observa un ejemplo, que corresponde al centro de maquinado de la figura 6.12, en el que se utiliza el sistema de fluido refrigerante también con el fin de ayudar a evacuar las virutas.
Aumento de la variedad de dispositivos optativos que mejoran las prestaciones del centro de maquinado Cada fabricante tiene sus iniciativas para mejorar las máquinas que ofrece, aunque muchos dispositivos se han ido generalizando. En la figura 6.15 se muestra un dispositivo de mínima cantidad de lubricación que se utiliza para sustituir el líquido refrigerante. Como se sabe, el refrigerante es altamente contaminante para el medio ambiente y hay una tendencia al maquinado en seco, lo cual es hoy factible también por la calidad de los nuevos materiales de corte. Como una alternativa, este dispositivo emite un chorro apenas perceptible de lubricante nebulizado, el cual se dirige al área de corte, reduce la fricción y, por tanto, disminuye el calor generado. Por otro lado, en la figura 6.16 se muestra la medición automática de una pieza, sin que se haya liberado de la sujeción en la mesa de la máquina. Esta medición se logra con un palpador de punta de rubí, el correspondiente dispositivo y su software. Otros dispositivos que se pueden mencionar son los medidores automáticos de la longitud de la herramienta, los filtradores de aceite, los enfriadores de aceite, las interfaces hidráulicas, neumáticas y electrónicas para añadir medios para sujetar piezas.
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Fig. 6.13 Sistema de refrigeración y extracción de virutas [3]
Fig. 6.14 Duchas y boquillas de refrigerante [3]
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Fig. 6.15 Dispositivo de mínima cantidad de lubricación [3]
Fig. 6.16 Medición automática de la pieza [3]
Volumen de remoción de virutas El volumen de metal cortado, expresado en cm3/min, se aumenta constantemente en busca de mayor productividad. La capacidad de corte de metal depende de las herramientas de corte y el uso que se les dé, pero una máquina sin la suficiente potencia y rigidez (ver epígrafe 2.3, tema II) se ve limitada en el volumen de corte. En las figuras 6.17, 6.18, 6.19 y 6.20 se muestran algunos ejemplos de volúmenes de arranque de virutas.
Fig. 6.17 Fresado frontal (planeado) [3]
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Fig. 6.18
Ranurado con fresa de espiga [3]
Fig. 6.19 Taladrado [3]
Fig. 6.20 Roscado con macho [3] Se relaciona con la remoción de virutas también el maquinado de alta velocidad (HSM) en el que la alta cantidad de rpm del husillo es decisiva. Para el HSM se
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requiere de husillos de alta rigidez, con apoyos de rodamientos especiales y sistemas de lubricación refrigerada, entre otros elementos. 6.5 Especificaciones más importantes Las especificaciones de una fresadora o de un centro de maquinado son necesarias para valorar su adquisición, si es ese el caso. Pero son también importantes para decidir, cuando ya se poseen varias máquinas, en cuál de ellas se va a ubicar cierta producción de piezas. Entre las especificaciones más importantes de una fresadora o de un centro de maquinado se encuentran: La distancia total que se puede recorrer en cada eje lineal (mm) Las distancias mínima y máxima desde la punta del husillo hasta la mesa (para máquinas de husillo vertical) (mm) Las dimensiones de la mesa (largo por ancho, en mm) El peso máximo que se puede colocar sobre la mesa (kg) La cantidad máxima de rpm del husillo (rpm) El máximo torque que se puede alcanzar en el husillo (N-m) La velocidad máxima de movimiento rápido de los ejes (m/min) La velocidad máxima de avance programado (mm/min) Características del cambiador de herramientas (tipo, cantidad de herramientas que se pueden almacenar, dimensiones y peso de las herramientas que admite, tiempo de cambio) Potencias del motor principal y de los motores de los ejes (kW) Dimensiones externas de la máquina (alto, largo y ancho, en mm) Peso total de la máquina (kg) De esta manera se concluye este breve recorrido por las fresadoras y centros de maquinado, y queda allanado el camino para entrar en la programación manual de una fresadora CNC. Referencias del tema VI 1 2 3
KONDIA, KONDIA - Catálogo K-600 - Fresadora. 2006. URL: http://www.kondia.com/catalog05.php?id=17 Deckel Maho Gildemesiter, Product Range 1/2001, catálogo de tornos CNC, fresadoras CNC y máquinas de corte por láser, Bielefeld, Alemania, 2001, http://www.gildemeister.com Doosan, DNM High productivity vertical machining center, catálogo, Doosan Infracore Machine Tools, Seúl, Corea, 2009, http://domss.doosaninfracore.com
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Tema VII Programación manual de una fresadora CNC
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Tema VII Programación manual de una fresadora CNC 7.1 Introducción Este tema tiene muchos puntos en común con el tema V, por lo que sería bueno echarle un vistazo previamente al epígrafe 5.1 de aquel tema. No queda otra opción que estudiar un modelo específico de CNC para ver ejemplos de programas pieza de fresado, lo cual tiene el inconveniente de que otros controles son distintos. Sin embargo, el estudio de la programación de un CNC específico abre las puertas para comprender otros. Este problema ya se abordó en cierta medida cuando se desarrolló el tema V. No está de más insistir en que tanto el profesional que atienda una máquina CNC como el operario, deben comenzar por estudiar los manuales de operación y de programación del control, y acudir a ellos una y otra vez. Lo que en este tema se muestra es un resumen de solo algunos asuntos de los manuales que aparecen en las referencias [2] [3] [4]. No hay que aprender de memoria los manuales, sino que hay que tenerlos al alcance para buscar lo que se necesite. En breve tiempo el operario, de tanto repetir procedimientos, se los aprenderá y casi apretará teclas como reflejos condicionados sin pensar mucho. El profesional que no sea el operario no tiene necesariamente que adquirir esas habilidades pero, si de alguna manera está relacionado con la máquina CNC (por ejemplo, porque hace los programas pieza), debe conocer cómo se opera el control, además de saber cómo programarlo. Así que con este tema se recomienda al interesado en este asunto que adquiera los conocimientos más generales sobre qué se hace con un CNC de una fresadora y cómo se opera. En la figura 7.1 se puede ver una foto de una fresadora con su panel de control. Este conjunto se ha tomado como base para la mayoría de las explicaciones que se dan en el tema actual.
Fig. 7.1 Fresadora Kondia K-600 [5]
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7.2 Descripción del teclado y del panel de mando En la figura 7.2 se muestra un esquema del teclado del control de la figura 7.1, y en la figura 7.3 se puede ver el panel de mandos.
(Monitor)
Fig. 7.2
Teclado del CNC tomado como base para este tema [3]
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2
3
Fig. 7.3 Panel de mandos [3]
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4
5
Si se regresa al tema IV, se puede comprobar en las figuras 4.1 y 4.2 la similitud con las figuras 7.2 y 7.3. Se recomienda repasar totalmente el epígrafe 4.2. La explicación de la figura 4.2 es similar a la de la figura 7.3, por lo que no se repetirá para no extender innecesariamente este tema. La diferencia fundamental está en el grupo 1 de estas figuras, porque en esta fresadora hay más ejes controlados que en el torno. Mientras que en el torno tomado como base para los ejemplos de programación se trabaja con los ejes X y Z, en esta fresadora se trabaja con los ejes X, Y y Z. Aunque, tal como se puede ver en la figura 7.2, este CNC puede controlar hasta 7 ejes, en los ejemplos de programación de este texto solo se trabajará con los 3 ejes mencionados. Otros detalles del teclado de este CNC se irán viendo a lo largo del tema, sin llegar a estudiarlos todos. 7.3 Descripción de la pantalla estándar del CNC de la fresadora Después del encendido del control se muestra en su monitor la “página 0” o primera pantalla. Se pulsan las teclas
y entonces aparece la
pantalla estándar en el modo de trabajo manual, la que contiene la información que aparece en la figura 7.4.
Fig. 7.4 Pantalla estándar del modo manual [3]
Las agrupaciones hechas con llaves y numeradas en la figura 7.4 son: 1.- Reloj 2.- Esta ventana puede mostrar los siguientes datos: SBK cuando se encuentra seleccionado el modo de ejecución bloque a bloque. DNC cuando el modo DNC está activo (conexión con una computadora externa). P..... número de programa que se encuentra seleccionado. Mensaje: «Posicionado» - «Ejecución» - «Interrumpido» - «RESET». Mensajes del PLC. 3.- En esta ventana se muestran los mensajes del CNC. 4.- Esta ventana puede mostrar los siguientes datos:
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Las cotas actuales de los ejes X, Y, Z. Las cotas de los ejes referidos al cero máquina. Estos valores son de utilidad cuando se permite al usuario definir un punto de cambio para la herramienta (ver agrupación 6). Las cotas de los ejes auxiliares que están definidos. Las revoluciones reales (S) del husillo. 5.- La información que muestra esta ventana depende de la posición que ocupa el selector de movimientos de los ejes (repasar figura 4.3 del tema IV). En todos los casos se muestra el avance de los ejes (F) que se encuentra seleccionado, y el % de avance que se está aplicando. 6.- Esta ventana muestra el número de la herramienta (T) que está seleccionada y el número de corrector (D) asociado a la herramienta. También aparecen las cotas, referidas al cero máquina, correspondientes al punto de cambio de herramienta definido por el operario según su conveniencia. En la máquina que se ha tomado como ejemplo para este tema, el cambio de herramienta es manual, por lo que ese punto no es necesario. 7.- Esta ventana muestra todo lo referente al husillo: La velocidad real S en rpm El estado del husillo. Está representado mediante un icono y puede estar girando a la derecha, a la izquierda o detenido. El % de velocidad de husillo que se está aplicando. La gama activa de rpm del husillo. 8.- Siempre que se accede a un ciclo de trabajo, el CNC muestra en esta ventana el texto de ayuda asociado al icono que está seleccionado (los ciclos de trabajo u operaciones se tratan en el tema VIII). 9.– Reservado para uso posterior por el fabricante, no dice nada por el momento. 7.4 Trabajo en modo manual El modo manual es el modo de operación que se utiliza al encender el CNC. En él se pueden realizar diversas acciones, de manera similar a como se hacen en el torno. Entre estas acciones se encuentran: a) b) c) d) e)
Búsqueda de la referencia máquina. Desplazamiento manual. Gestión de avance y rpm. Gestión de herramienta. Preselección de cotas.
Los incisos (b) y (c) son muy similares a lo explicado en el epígrafe 4.2, por lo que no se repetirá la explicación aquí. Búsqueda de referencia máquina. La búsqueda de referencia máquina más frecuente es la que se hace conservando el cero pieza (búsqueda de referencia máquina de todos los ejes a la vez). Con este fin se pulsan las teclas en el orden que se muestra a continuación (figura 7.5): tecla zero y tecla Ejecución (se recomienda ver ambas teclas en la figura 7.2)
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Fig. 7.5 Secuencia de teclas para la búsqueda de la referencia máquina
Gestión de herramientas: reglaje. La gestión de herramientas en la fresadora tomada como ejemplo no incluye el cambio automático de la fresa, ya que esta máquina no tiene almacén de herramientas, pero sí contempla el acceso a la tabla de herramientas y el reglaje de herramientas. Para acceder al modo “calibración de herramienta” (reglaje) a partir del modo manual se pulsa la tecla (figura 7.6).
. Entonces aparece la pantalla correspondiente
N
Fig. 7.6
A
Pantalla para la calibración de herramienta [3]
Para hacer el reglaje de longitud de la fresa (L) en una fresadora vertical hace falta una superficie lisa paralela a la mesa. Se puede obtener a partir de una pieza en
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bruto cualquiera que se fije a la mesa por el método que esté disponible y se le dé un planeado en modo manual. A partir de ahí, se siguen los siguientes pasos: 1.- Medir la altura desde la mesa hasta la superficie superior de la pieza.
Fig. 7.7
Valor Z para el reglaje de herramienta
– Ir a la ventana calibración de herramienta (figura 7.6). – Introducir manualmente el valor de Z (altura de la pieza en la figura 7.7). 2.- Poner en marcha el husillo. 3.- Indicar al CNC cuál es la herramienta a medir. El CNC le asignará el mismo número de corrector (D). Se pulsan las teclas en la secuencia siguiente:
5.- Mover los ejes en modo manual hasta rozar la pieza con la herramienta según el eje Z. Pulsar (figura 7.8): [Z] + [ENTER]. El CNC se encarga de calcular el valor de L y asignarlo a la tabla de herramientas.
Fig. 7.8 Hacer rozar la herramienta con la pieza 6.- Introducir manualmente los demás datos en la tabla de herramientas. En realidad, para la fresadora que se toma como base para los ejemplos de programas pieza en este texto, que no tiene almacén de herramientas y, por tanto, el cambio de herramienta es manual, el único dato que falta por introducir en la tabla es el radio de la herramienta. No obstante, es bueno saber que:
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“Vida nominal”, es el tiempo de maquinado o cantidad de operaciones que puede realizar una herramienta. Esto le permite al CNC saber cuándo es ya necesario cambiar una herramienta por otra en mejor estado.
“Vida real” es el tiempo de maquinado o cantidad de operaciones ya realizadas.
La “familia” es un código que identifica a las herramientas que tienen las mismas características, de modo que unas pueden sustituir a otras.
En “estado” se incluye el tipo de herramienta (N, normal; S, especial) y el estado de la herramienta (A, disponible; E, gastada, vida real>vida nominal; R, rechazada por el autómata).
El corrector K es el de longitud de la herramienta; el corrector I es el del radio de la herramienta. Si se quieren reglar otras herramientas, se repiten los pasos explicados anteriormente para cada una (figura 7.9).
Fig. 7.9 Dos herramientas con reglajes de longitud diferentes Gestión de herramientas: tabla de herramientas. Para modificar cualquiera de los datos de la tabla de herramientas se entra en el modo de calibración y se pulsa: [T]+[número de la herramienta]+[RECALL] El CNC muestra entonces los datos de esa herramienta. Para modificarlos hay que situarse encima del valor a modificar, teclear el nuevo valor y pulsar ENTER
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Preselección de cotas. La preselección de cotas en modo manual consiste en ubicar la herramienta en un punto determinado, después de estar reglada, y definir correctamente las coordenadas X, Y, Z de ese punto. Tiene un uso frecuente para ubicar manualmente el cero pieza. El procedimiento consiste en: Pulsar la tecla de eje deseado, más teclear la cota del eje, más ENTER . Cuando se va a ubicar el cero pieza manualmente este proceder se lleva a cabo en los tres ejes, uno a uno (figuras 7.10 y 7.11). En la figura 7.10 las flechas indican un movimiento de acercamiento hasta rozar entre la herramienta y la pieza que, como se sabe, es relativo: puede acercarse la herramienta a la pieza o viceversa, en dependencia de las características de los movimientos de la fresadora (la explicada aquí es de husillo vertical). En la figura 7.10(a) la herramienta se acerca a la pieza en el eje X. Cuando se produce un ligero rozamiento, entonces se pulsa la siguiente secuencia de teclas: X+0+ENTER En otras palabras, a todo lo largo de esa cara de la pieza la X tiene valor cero. En la figura 7.10(b) la secuencia es: Y+0+ENTER. En la figura 7.10(c): Z+0+ENTER
Fig. 7.10
Ubicación manual del cero pieza
En la figura 7.11 se muestra dónde queda colocado el cero pieza como resultado del proceder antes explicado.
Fig. 7.11 Lugar del cero pieza según la ubicación hecha en la figura 7.10
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Pero supóngase ahora que se quiere colocar el cero pieza en el punto medio de la superficie superior de esa misma pieza. Con este otro ejemplo se pretende consolidar este asunto (figura 7.12). En esencia, el procedimiento es el mismo que el explicado para la figura 7.10, pero ahora las cotas de la herramienta no son las mismas.
Fig. 7.12
Otro ejemplo de ubicación manual del cero pieza
En la figura 7.12(a) se observa la pieza desde arriba, en el plano horizontal, por tanto, la fresa se ve como una circunferencia. Cuando la fresa roza con la pieza, ¿cuál es la cota X del eje de rotación de la fresa con respecto al cero pieza que se desea establecer? Es un valor negativo de X igual a la suma del radio de la fresa más la distancia M, o sea: -(M+R). En la figura 7.12(b), ¿cuál es la cota Y del eje de rotación de la fresa con respecto al cero pieza que se desea establecer? Es un valor positivo de Y igual a la suma N+R. La figura 7.12(c) se observa en un plano vertical, desde la posición en la que normalmente se sitúa el operario de la fresadora. ¿Cuál es la cota Z de la punta de la fresa con respecto al cero pieza que se desea establecer? Resulta que es cero. De esta manera queda establecida la nueva posición del origen de coordenadas. Piense y responda: 1. ¿Será necesario repetir la preselección de cotas con cada una de las herramientas regladas previamente (suponiendo que se van a emplear varias)? 2. ¿Qué ocurrirá si se aplican las mismas preguntas de la figura 7.12 en la figura 7.10? ¿Se modifican las cotas a introducir en la figura 7.10?
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7.5 Sistema de ejes de la fresadora. Funciones G17, G18 y G19 Ya se han estudiado antes los tres ejes básicos, X, Y y Z, de movimientos lineales de una fresadora CNC de husillo vertical. No obstante, se reitera este asunto en la figura 7.13 en la que se representa simplificadamente la fresadora para la que se desarrollarán los ejemplos de programas pieza de este tema.
Fig. 7.13 Ejes de la fresadora CNC [1] La conjunción de estos ejes forma planos de trabajo que se muestran en la figura 7.14. Las funciones G17, G18 y G19 seleccionan el plano en el que se va a trabajar. En caso de no seleccionarse ningún plano en específico, el CNC de la máquina que se emplea en este tema asumirá por defecto que es G17 (el plano por defecto se define en un parámetro máquina, por lo que pudiera ser otro). Estas funciones son modales e incompatibles entre sí.
Fig. 7.14 Planos de trabajo de una fresadora vertical
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El plano XY es paralelo a la mesa de la fresadora. El plano XZ es vertical y se sitúa frente al operario (como el monitor de la computadora frente al programador). El plano YZ es también vertical, pero se mira desde el extremo derecho la mesa en la figura 7.13. Estos tres planos son perpendiculares entre sí. La correspondencia entre las funciones mencionadas y estos planos es: G17--plano XY G18--plano XZ G19--plano YZ Es decisivo en lo adelante tener mucha claridad en cuanto al plano en el que se trabaja, así que aquí se presenta la figura 7.15 con el mismo asunto.
Fig. 7.15 Otra manera de ver lo planos de trabajo en una fresadora vertical Desde luego, en las fresadoras se puede trabajar en otros planos con ejes secundarios (función G16) y con planos inclinados (función G49), pero esos contenidos no se abordan en este texto que no va más allá de lo básico para poder profundizar después con un manual de programación (repasar la figura 1.19). 7.6 Compensación de la herramienta: G40, G41, G42, G43, G44 Sobre la compensación de herramienta ya se trató en el tema V, epígrafe 5.13, pero hay que abordar este asunto de nuevo desde el punto de vista del fresado. La compensación de la herramienta permite programar directamente el contorno de la pieza sin tener en cuenta las dimensiones de la fresa. El CNC se encarga de los cálculos necesarios en consonancia con la información que posea en la tabla de herramientas. En la figura 7.16 se muestra una pieza, sombreada de color gris, en el plano XY de una fresadora. Las fresas se ven como circunferencias debido a que son fresas de espiga (eje de rotación vertical) y en ese plano se ven como circunferencias. Las flechas indican el sentido del desplazamiento relativo de la fresa con respecto a la pieza. En la parte izquierda de la figura la compensación de radio debe hacerse con
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G41; en la parte derecha de la figura debe hacerse con G42. Nótense las diferencias del sentido del desplazamiento cuando el fresado se hace exterior e interiormente.
Fresado con G41
Fresado con G42
Fig. 7.16 Compensación del radio de la fresa Por su parte, la compensación de longitud mediante G43 (figura 7.17) se emplea cuando se usa más de una herramienta y las longitudes que sobresalen estas del husillo no son iguales, lo cual es frecuente. Esta compensación se aplica al eje perpendicular al plano principal. Por ejemplo, si se trabaja en G17 la compensación G43 corresponde al eje Z; si se trabaja en G18, esta corresponde al eje Y.
Fig. 7.17 Compensación de la longitud de la herramienta. Así, si se trabaja en G17 y se programa un movimiento hasta Z0 con una fresa más corta que aquella con la que se hizo la ubicación del cero pieza en Z (ver la parte central de la figura 7.17), esta fresa más corta se quedaría en un Z de magnitud positiva, no llegaría a Z0 si no aparece en la tabla de herramientas la diferencia de longitud de esta segunda fresa (corrector L) con respecto a la primera (L=+d1). Algo similar ocurre en la fresa más larga (ver la parte de la derecha de la figura 7.17), la cual llegaría a un Z de valor negativo cuando se programa un movimiento hasta Z0, si no se aplicara la compensación de longitud.
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Las funciones G41, G42 y G43 son modales. Las dos primeras se anulan con G40 y la última con G44. Las funciones de compensación solo pueden programarse cuando están activas G0 o G1 y, además, excepto G43, se anulan cuando se programa cualquier ciclo fijo, M2, M30, Emergencia y Reset. La función G43 puede usarse en ciclos fijos siempre que se declare antes del inicio del ciclo. La programación de la compensación de radio debe hacerse por lo menos un bloque antes del aquel en el cual se hará necesario, esto es normalmente en el bloque de aproximación en G0. De la misma forma, las funciones de anulación de las compensaciones deben colocarse en el bloque de separación de la herramienta. 7.7 Ejemplo de programa pieza No. 1 para fresado Antes de entrar en este ejemplo se recomienda ver en [6] el tema XI, que trata sobre los datos de corte de la operación de fresado, y en especial el epígrafes 11.6 (el planeado), así como la figura 11.10 (mejor tamaño de la fresa, mejor posición y mejor método de planeado). Es también necesario aclarar que las funciones preparatorios G, las funciones auxiliares M, y todo lo estudiado sobre programación manual en el tema V de este texto es válido para el actual tema de programación manual de fresado, excepto los ciclos fijos G81, G86 y G88, que tienen otro significado en el fresado. El ejemplo número 1 de elaboración del programa pieza para el fresado de una pieza, se muestra en la figura 7.18. El maquinado se realiza en el plano XY (paralelo a la mesa de la fresadora). Obsérvese la posición del cero pieza, sobre todo en la parte inferior de la figura. Este cero se coloca previamente en esa posición de manera manual. El fresado de desbaste se desarrollará con una fresa de planear a escuadra de Ø30 mm (T1). En el perímetro del perfil se dejará 1 mm de sobremedida. Finalmente, se dará la pasada de acabado de todo el perfil con una fresa de espiga, pero de Ø20 mm (T2). Un asunto a tomar en cuenta es la compensación del radio de la herramienta. El sentido del recorrido es el de las manecillas del reloj. El régimen de corte para el desbaste es de 1270 rpm, con un avance de 500 mm/min. Para el acabado la frecuencia de rotación es de 1900 rpm y el avance de 380 mm/min El material de partida es una placa de 20 mm de altura, con una longitud de 70 mm y un ancho de 50 mm, que se fija en un tornillo de banco sobre la mesa de una fresadora CNC de husillo vertical, con cambio manual de herramienta.
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Fig. 7.18 Ejemplo de fresado No. 1
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Análisis geométrico Es conveniente comenzar el fresado en la posición que se indica en la figura 7.19. En esta figura se dan las dimensiones de la pieza como si ya estuviera desbastada.
Fig. 7.19 Posición inicial de la fresa
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La posición de inicio del recorrido de la fresa se establece sin compensación de herramienta, es decir, mediante las coordenadas del eje de rotación de la herramienta. La fresa para el desbaste tiene un radio de 15 mm. De esta manera su posición en Y es: (50 mm de ancho de la pieza) + (15 mm de radio de la fresa) + (5 mm de separación entre la fresa y la pieza) = 70 mm Para la posición del eje de rotación de la fresa en X en el inicio del recorrido, el cálculo es el siguiente: (70 mm de longitud de la pieza) – (10 mm de ancho del escalón a fresar) + (1 mm de sobremedida del perfil) + (15 mm de radio de la fresa) = 76 mm La fresa realiza el desbaste del perfil como si fuera un cuadrilátero y utilizando compensación de herramienta, hasta llegar a la superficie inclinada. En la figura 7.20 aparece la posición de la fresa en el momento en que debe iniciar el maquinado de la superficie inclinada. La parte de material que queda por fresar aparece sombreada. Nótese que con una sola pasada de la fresa se desbasta la superficie inclinada, pero no siempre tiene que ser así. Según las dimensiones del perfil y el diámetro de la fresa, a veces puede ser necesario dar más de una pasada, para lo cual se toma en cuenta el ancho de fresado y el diámetro de la fresa.
Fig. 7.20 Posición de la fresa en el momento de iniciar el maquinado de desbaste de la superficie inclinada Una vez terminado el desbaste, es necesario cambiar la fresa para iniciar la pasada de acabado, así que se separan la pieza y la fresa a una posición conveniente en que pueda hacerse manualmente el cambio de herramienta. Desde luego, para hacer el cambio manual hay que detener la ejecución del programa y la rotación del husillo. Después de cambiar la herramienta el operario apretará el botón verde de puesta en marcha (Ejecutar) y el programa seguirá corriendo (se sigue ejecutando). En la pasada de acabado será necesario, al concluir la superficie inclinada, extender el recorrido un poco más allá con el fin de evitar rebabas. Se requiere entonces de un análisis geométrico:
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Fig. 7.21
Análisis geométrico para determinar el punto final del recorrido de acabado de la fresa
La superficie inclinada forma un triángulo rectángulo con un cateto de 20 mm y otro de 10 mm, de modo que se forma un ángulo de 26º34’ (se puede calcular mediante la función tangente). El recorrido del borde cortante de la fresa es la hipotenusa de ese triángulo. Si se quiere, por ejemplo, que al final de su recorrido la fresa llegue a separarse hasta 3 mm adicionales en el eje X, esto implica un recorrido adicional en Y de 6 mm (resultado de dividir 3 entre la tangente del ángulo). De modo que la coordenada final es X63 Y14. Los análisis geométricos son muy frecuentes cuando se va a elaborar un programa pieza para fresado y deben hacerse previo a la programación. Entonces, una variante de programa pieza para este ejemplo es el siguiente, llevado a cabo en coordenadas cartesianas y absolutas: Bloques del programa P00011
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G0 G17 G90 G97 X76 Y70 Z2 S1270 T1 D1 M4 M41
Posicionamiento de la fresa para iniciar el maquinado. Nótese que no hay compensación de herramienta, por tanto, las coordenadas se refieren al centro de la fresa. Obsérvese el sentido de giro de la fresa (figura 7.19).
Z-8
Se da la profundidad de corte.
G1 G41 X76 Y51 F500
Se acerca la fresa en G1 a la superficie de la pieza. Se activa la compensación de radio de herramienta, de modo que la trayectoria programada es el perfil de la pieza a obtener (no es el recorrido del eje de rotación de la fresa). Durante la ejecución de este bloque se activa la compensación paulatinamente. Nótese
164
que en Y51 aún la periferia de la fresa no está cortando. Y9
La fresa empieza a cortar y se llega hasta Y9. Este es su posicionamiento para empezar a cortar paralelamente al eje X. Nótese que se deja 1 mm de sobremedida (para la dimensión final sería Y10).
X9
El recorrido ahora es paralelo al eje X. Se sigue dejando 1 mm de sobremedida para el recorrido siguiente que será paralelo al eje Y.
Y41 X51
La fresa llega a la posición de inicio de la superficie inclinada. Ver las figuras 7.20 y 7.21. Se sigue dejando 1 mm de sobremedida.
X61 Y21
Fresado de la superficie inclinada. La coordenada final realmente es X60 Y20, pero se deja una sobremedida porque esta es una pasada de desbaste.
G0 G40 Z100 X200 Y0 M0 M5
Se separan la pieza y el husillo hasta una posición en la que se pueda hacer el cambio manual de fresa. Se detienen el husillo y el programa. Nótese que se anuló la compensación de radio de la herramienta.
G5 G43 X70 Y65 Z2 S1900 T3 D3 M4
El operario oprime el botón de inicio de marcha, se reinician la rotación del husillo y la corrida del programa. Las coordenadas para el posicionamiento son las del centro de la herramienta. Como la fresa ahora tiene 20 mm de diámetro, las coordenadas no son las mismas que al inicio del programa, aunque se calculan de manera similar, sin dejar sobremedida porque es la pasada de acabado. Nótese el G5 para la pasada de acabado. Nótese que se ha declarado la compensación de longitud de la herramienta, porque es otra la fresa que se utiliza.
G1 G41 X60 Y51 Z-8 F380
De nuevo hay compensación de radio de
165
herramienta. En este recorrido se activa esa compensación. Se procede como en el desbaste, pero esta vez con datos de corte diferentes y con las dimensiones finales del perfil. Nótese que en Y51 aún el perfil de la fresa no está cortando. Y10 X10 Y40 X50
Punto de inicio de la superficie inclinada.
X63 Y14
Ver figura 7.21.
G0 G7 G40 G44 Z100
Se anulan G5, G41 y G43. Se separan suficientemente la pieza y la herramienta en Z.
X200 Y-50 M30
Se separan suficientemente la pieza y la herramienta. Concluye el programa. Este bloque y el anterior pudieran ser uno solo, pero muchos programadores tienen el hábito de alejar la herramienta primero en el eje perpendicular al plano en que se trabaja previendo posibles colisiones. También se puede poner M30 en un bloque aparte, si se desea.
7.8 Las funciones G2 y G3 en la fresadora Aunque las funciones G2 y G3 para la fresadora vertical son las mismas que en el torneado en cuanto a sus formatos (epígrafe 5.13 del tema V), hay diferencias en cuanto al sentido de giro, según el plano de la fresadora, tal como se observa en la figura 7.22.
Fig. 7.22 Funciones G2 y G3 en los planos de trabajo de la fresadora vertical
166
7.9 Coordenadas polares. Función G93 No es muy común utilizar la programación polar en un torno, pero no resulta así en una fresadora, por lo que se precisa a continuación cómo se utiliza dicha forma de programación de cotas. Cuando existen elementos circulares o dimensiones angulares, puede resultar más conveniente expresar las coordenadas en polares. En este sistema el origen de las coordenadas se llama origen polar. De esta manera la posición de un punto se define por un radio y un ángulo, como en la figura 7.23.
La distancia entre el origen polar y el punto P es el radio R. Por su parte, el ángulo Q se forma entre el eje de las abscisas y la línea que une el origen polar con el punto P. El ángulo Q se expresa en grados.
Fig. 7.23 Coordenadas del punto P en polares Cuando se programa con G90 (absolutas) el valor R es siempre positivo, mientras que Q puede tener ambos signos, según el sentido de la medición del ángulo. En la figura 7.23 el ángulo es positivo. Cuando se trabaja con G91 (incrementales) la R tiene valor positivo si se aleja del origen polar, y negativo cuando se acerca al origen. El signo de Q entonces está dado por el sentido del movimiento y es positivo cuando es antihorario. Si se programa un valor Q>360º, el CNC le resta 360º al módulo de ese valor (tantas veces como sea necesario) hasta hacerlo menor que 360º. Así, Q390=Q30 y Q-390=Q-30. En el momento del encendido, o después de M2, M30, Emergencia o Reset, el CNC asume como origen polar el punto X0 Y0 (en dependencia de un parámetro máquina, puede ser el origen de otro plano). Cada vez que se cambie de plano principal durante la ejecución de un programa, el origen polar pasará a ocupar el punto de origen de coordenadas de dicho plano. Así, con G18 el origen polar pasa a X0 Z0; con G19 pasa a Y0 Z0. Al programar G2 o G3 el centro del arco se convierte en el origen polar (esto depende de un parámetro máquina, pero es lo más frecuente).
167
La función G93 sirve para preseleccionar el origen polar, de forma similar a como G92 preselecciona el origen cartesiano. Se programa sola en un bloque y su formato es: G93 I±_ J±_ La I se refiere siempre a la abscisa, no importa cuál sea el plano de trabajo, y la J a la ordenada. Es decir, la I indica la abscisa del origen polar con respecto al eje X en el plano XY, y también en el XZ, pero se refiere a la Y en el YZ.
Fig. 7.24 Ejemplo de empleo de G93. Una variante de uso de G93 se muestra en la figura 7.24, en la cual se programa un movimiento desde el punto A hasta el punto B. Se supone inicialmente la fresa en X0 Y0. Previamente se preselecciona el punto C como el origen polar: G93 I200 J0 G1 R150 Q90 F500
; coordenadas cartesianas del punto C, preselección del punto C como origen polar. ; movimiento desde A hasta B, se dan las coordenadas polares del punto B.
En esta variante de formato de G93, usando I y J, no se admite más información en el bloque. Sin embargo, hay otra forma de programación de G93. En la figura 7.25 se supone inicialmente la herramienta en el punto A. La programación es la siguiente:
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Bloque G93
Comentarios Cuando G93 se programa en un bloque sin la I y la J, el CNC asume I0 J0 y, por tanto, el punto en donde se encuentre la herramienta pasa a ser el origen polar. Entonces, en este ejemplo, el origen polar se ubica en el punto A, o sea, X0 Y0.
G1 R200 Q135 F500
Desplazamiento hasta el punto B.
R100 Q90
Desplazamiento hasta el punto C.
Fig. 7.25 Otro ejemplo con G93
7.10 Ejemplo de programa pieza No. 2 para fresado A continuación se muestra un ejemplo de programación de trayectoria sin compensación de herramienta, en el que se aplica la programación en coordenadas polares (figura 7.26). No se declara velocidad, herramientas, ni funciones auxiliares, pues este ejemplo es solo para destacar la trayectoria utilizando coordenadas polares. Se verá también el empleo de G2 y G3 con esas coordenadas. Al inicio el eje de rotación de la herramienta está en X0 Y0.
169
Fig. 7.26 Recorrido para el programa pieza No. 2
Bloques P00012 G93 I30 J30
Comentarios
G0 G90 R10 Q180 F100
En coordenadas absolutas se hace un movimiento desde X0 Y0 hasta el punto A, que no aparece en la figura 7.26.
G2 Q65
Continúa en absolutas hasta el punto B. No es necesario poner R porque no ha cambiado. Obsérvese en la figura 7.22 el sentido de G2 en el plano XY.
G1 G91 R10
Se inicia una programación en incrementales. El valor de R es positivo porque se aleja del origen polar. No es necesario poner Q porque no ha cambiado (se asume Q0). Se llega al punto C.
Se ubica el origen polar (ver figura 7.26).
170
G3 Q15
El movimiento incremental del ángulo es de signo positivo. Nótese que se utiliza ahora G3. Se llega al punto D.
G1 R12
El valor de R es positivo porque se aleja del origen polar. Se llega al punto E.
G2 Q-60
Ahora el movimiento incremental del ángulo es de signo negativo. Se llega al punto F.
G1 R-12
El movimiento radial es acercándose al origen polar, por lo que el signo de R es negativo. Se llega al punto G.
G3 Q15
Se llega al punto H.
G1 R-10
Se llega al punto I.
G2 G90 Q180
Se regresa a programación absoluta. Se llega de nuevo al punto A.
G0 X0 Y0
Se regresa a la posición de inicio de este ejemplo (no aparece esta trayectoria en la figura 7.26).
En el último bloque puede ponerse igualmente Q-180. En ese mismo último bloque también pudo ponerse Q-215, si se hubiera mantenido el G91. 7.11 Redondeo controlado de aristas: G36 La función G36 ya fue estudiada para el torneado (epígrafe 5.13, tema V), pero en el fresado puede resultar un poco más complicada en ocasiones. Por tanto, es bueno insistir en que: G36 no es modal. Debe programarse en el bloque en el que se define el desplazamiento cuyo final se quiere redondear. Su formato es G36 R_, en el que la R es el radio que se desea al final del desplazamiento. La R es siempre positiva. Un par de ejemplos en las figuras 7.27 y 7.28 ayudan a consolidar el dominio de esta función.
171
El movimiento desde A hasta B, rectilíneo, con el redondeo requerido al final del recorrido, se programa mediante el siguiente bloque (se suponen activas G90 y G1 desde bloques anteriores): G36 R8 X60 Y90 El recorrido desde redondeo hasta el entonces: X100 Y0
el final del punto C es
Fig. 7.27 Ejemplo con G36 En la figura 7.28 el movimiento desde A hasta B, en forma de arco, con un redondeo de 6 mm al final, se logra mediante el bloque (se supone G90 activa desde bloques anteriores): G3 G36 R6 X80 Y70 I0 J40 Nótense las palabras que corresponden a G3 y a G36 (en diferentes colores para que se entienda mejor). La secuencia de la sintaxis del bloque no se puede alterar. El siguiente bloque para ir desde el final del redondeo hasta C es: G1 X80 Y0
Fig. 7.28 Otro ejemplo con G36
7.12 Ejemplo de programa pieza No. 3 para fresado Este ejemplo trata sobre el fresado de acabado del perfil que aparece en la figura 7.29. El fresado se hace en el plano XY.
172
Fig. 7.29 Perfil para el ejemplo No. 3 Se parte de una pieza ya fresada (planeada) a modo de paralelepípedo (parte izquierda de la figura 7.30), con 160 mm de largo, 120 de ancho y 30 de altura. En la parte derecha de la figura 7.30 se simula la pieza terminada. El perfil sobre la placa tiene una altura de 6 mm.
Fig. 7.30 Simulación de la pieza terminada Desde luego, previamente ha habido un proceso de desbaste del perfil cuya programación no aparece en este ejemplo. No obstante, en la figura 7.31 se muestra un esquema, en el plano XY, con una variante para desbastar el perfil. Nótese la ubicación del cero pieza. Se utiliza una fresa de espiga de Ø20 mm. En la
173
parte superior derecha de la figura hay que cortar cierta cantidad de material sobrante, lo que se hace mediante dos pasadas. Se muestran las posiciones de inicio de cada pasada y los recorridos del eje de rotación de la fresa (en líneas interrumpidas). Concluida esa parte del desbaste, se procede a desbastar el perfil propiamente dicho con la misma fresa. Puede verse en la parte inferior de la figura la posición de inicio de la tercera pasada (o primera pasada del desbaste del perfil). Nótese que la fresa entra tangencialmente y también sale de la misma manera. Se pueden ver 4 recorridos o pasadas de la herramienta en color anaranjado. Los tres primeros son de desbaste y el cuarto es el de acabado, que se efectúa con una fresa de Ø10 mm y es precisamente el que se programa en este ejemplo.
Fig. 7.31 Recorridos de las fresas
n
En la figura 7.32 se muestran las simulaciones del desbaste de la pieza, de acuerdo con lo explicado anteriormente.
174
Fig. 7.32 Simulación del desbaste de la pieza Este es un perfil que puede programarse tanto con G2 y G3 como con G36. En cualquier caso hay que hallar previamente las coordenadas de puntos que no aparecen acotados en el croquis de la pieza de la figura 7.29. Si se emplea G36, hay que hallar las coordenadas de los puntos N y M de la figura 7.29. En la figura 7.33 se plantea el análisis geométrico para N, y en la figura 7.34 el que corresponde a M. De ambas figuras se concluye que las coordenadas de N son: X40 Y28.008 Y las coordenadas de M son: X100.412 Y50
175
Fig. 7.33 Coordenadas del punto N
Fig. 7.34 Coordenadas del punto M Visto todo lo anterior, aquí va el programa para la pasada de acabado del perfil de este ejemplo No. 3.
176
Bloques P00013 G0 X20 Y-50 Z5 S2000 T4 D4 M4 M41
Comentarios Si este programa fuera una continuación del mismo programa con que se desbastó la pieza, aquí habría que declarar G43 (compensación del largo de la herramienta) porque es otra la fresa. Nótese la distancia entre la fresa y la pieza en el eje Y con el fin de usar entrada tangencial más adelante.
G1 Z-6 F420 G41 G37 R10 Y0
G36 G36 G36 G36 G36 G36 G36 G36 G36 G38
R15 X0 R18 Y100 R20 X80 R25 Y50 R10 X100.412 R15 X160 Y0 R25 X80 R12 X40 Y28.008 R3 X40 Y0 R10 X20
Compensación de radio. Nótese que si el sentido del recorrido fuera antihorario, entonces sería G42. En este bloque se produce la entrada tangencial en X20 Y0.
Salida tangencial. Nótese que la salida tangencial se inicia en el mismo punto en que se produjo la entrada tangencial: X20 Y0.
G0 G40 Y-50
Anulación de la compensación de radio. Se anularía también la compensación de longitud, si la hubiera, con G44. Alejamiento en Y.
X-100 Z40 M30
Alejamiento en X y en Z, y fin del programa.
Para ejercitar: Hacer este mismo programa dos veces más utilizando G2 y G3, primero en el formato con R y después en el formato con I y K. Hay que hacer un análisis geométrico en cada caso. Programar la tercera pasada (primera pasada de desbaste del perfil) con la fresa de Ø20 mm. La sobremedida del perfil debe ser de 20 mm. Programar la segunda pasada de desbaste del perfil. La sobremedida del perfil debe ser de 10 mm. Programar la tercera pasada de desbaste del perfil. La sobremedida del perfil para el acabado debe ser de 1 mm. Si se hacen estos ejercicios se comprenderá, además, la ventaja de tener disponible un sistema CAM que pueda generar automáticamente el programa pieza completo. También se podrá entender, más adelante, la ayuda considerable que sería utilizar en este ejemplo la programación conversacional.
177
7.13 Giro del sistema de coordenadas: G73 Con G73 se gira el sistema de coordenadas en el plano principal, usando como centro de giro el origen de coordenadas u otro centro de giro que se defina. Su formato es: G73 Q±_ I±_ J±_ Donde, Q – indica el ángulo de giro expresado en grados I, J – son opcionales y definen la abscisa y la ordenada del centro de giro, cuando no se desea utilizar como tal el origen de coordenadas vigente. Esta función es siempre incremental, se programa sola en el bloque y se anula si se programa sin la Q, lo que significa que es modal. Se anula también con G17, G18, G19, M2, M30, Reset o Emergencia. 7.14 Sentencia de control de flujo RPT En la programación de las máquinas CNC, además del código ISO que se ha venido explicando hasta ahora en este texto, se puede utilizar también el “lenguaje de alto nivel”. Este lenguaje dispone de: Palabras reservadas Constantes numéricas Símbolos Entre las palabras reservadas se encuentra RPT, que significa “repetir”. RPT es también una “sentencia de control de flujo”. Desde luego, no se pretende aquí explicar ni mínimamente el lenguaje de programación de alto nivel, pero la sentencia RPT se utiliza con cierta frecuencia en los programas pieza y va a ser usada en el ejemplo siguiente, de ahí que se aborde su explicación. RPT es una de las variantes que se puede emplear cuando una parte o sección de un programa debe repetirse (subrutina). Debe aclararse que la programación con código ISO y el lenguaje de alto nivel se pueden mezclar en un mismo programa pieza. El formato de RPT es el siguiente: (RPT N (expresión), N (expresión)) N Este formato se entiende mejor mediante un ejemplo: (RPT N40, N70) N5 En el bloque anterior dice que se ejecutarán 5 veces (N5) los bloques desde el N40 hasta el N70. Si la última N no aparece, significa que la repetición será una sola vez. Finalizada la repetición, el programa se sigue ejecutando en el bloque siguiente.
178
7.15 Ejemplo de programa pieza No. 4 para fresado En la figura 7.35 aparece la pieza para el ejemplo de fresado No. 4. El cero pieza se coloca manualmente en el centro de la pieza. Intencionalmente en la figura se resaltan los puntos de tangencia de los arcos de circunferencia.
Fig. 7.35 Pieza para el ejemplo No. 4
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Fig. 7.36 Recorridos del eje de rotación de la fresa en el desbaste de la pieza
Fig. 7.37 Recorridos del eje de rotación de la fresa en el acabado de la pieza
180
Se parte de una placa de metal de 240 mm de longitud, con el mismo ancho y una altura de 40 mm. Los 4 elementos geométricos de esta pieza tienen una altura de 6 mm y tienen dimensiones idénticas. Se utiliza para la pasada de acabado (contorneado de las 4 figuras) una fresa de espiga de Ø20 mm. En la figura 7.36 se muestra una variante posible de recorridos de una fresa de Ø20 mm para el desbaste de la pieza, no obstante, en este ejemplo solo se va a explicar la parte del programa pieza que corresponde al contorneado de acabado, el cual se muestra en la figura 7.37. Teniendo en cuenta las características geométricas de la pieza, se va a utilizar la programación en coordenadas polares. Considerando también que las 4 figuras geométricas son idénticas, se utilizará la sentencia RPT antes explicada. La conveniente disposición de las figuras, giradas a un ángulo constante una con respecto a otra, resulta adecuada para emplear la función G73 (giro del sistema de coordenadas). La entrada de la fresa para la pasada de acabado requiere de un análisis geométrico. La figura 7.38 ayuda a ese análisis mediante la representación del recorrido del eje de rotación de la fresa (color azul claro). La flecha verde indica el sentido del recorrido de contorneado del perfil por parte de la fresa (en el sentido de las manecillas del reloj). El punto M es el posicionamiento inicial de la fresa, su primera aproximación a la pieza ya desbastada. La distancia desde M hasta el borde de la pieza debe ser un poco mayor que el radio de la fresa, que es 10 mm. Aunque el reglaje de longitud de la fresa sea correcto, es prudente que el movimiento desde M hasta A se haga en G1. El punto A es el posicionamiento de la fresa para iniciar su entrada de corte en el perfil que se va a acabar. Sus coordenadas deben definirse. Desde 0 (origen de coordenadas cartesianas) hasta A se extiende un segmento de línea auxiliar que forma un ángulo de 45º con el eje de las abscisas. El radio de la fresa es de 10 mm, de modo que el segmento ED tiene ese mismo valor. Los segmentos AC y CD se han establecido también con una longitud de 10 mm. Cuando el eje de rotación de la fresa esté en A, sus bordes cortantes estarán pasando por C. Cuando el eje de rotación de la fresa esté en D, su periferia estará pasando por E, que es el punto que se ha escogido como inicio del recorrido alrededor del perfil. Es también un punto de tangencia de los arcos de circunferencia de radios 17.071 mm y 50 mm. En el recorrido del eje de rotación de la fresa desde A hasta D debe quedar establecida la compensación del radio de la herramienta con G41, para lograr que en ese momento los bordes cortantes de la fresa entren en contacto con el punto E. No es conveniente que el recorrido AD del eje de rotación de la fresa sea muy pequeño, de manera que dé tiempo al establecimiento paulatino de la compensación de radio.
181
Fig. 7.38 Análisis geométrico para la entrada de la fresa Se tiene entonces que: OF=63.284/cos45º= 89.497 mm FE=17.071 mm, según dimensión del plano de la pieza (radio de ese arco) ED=10 mm, ya que, como resultado de la compensación de radio, el eje de rotación de la fresa hará un recorrido paralelo al perfil que se maquina, con una separación igual al radio de la fresa. CD= 10 mm, como ya se dijo. AC= 10 mm, como también ya se dijo.
182
De modo que: OE= OF+ FE= 106.568 mm OA= OE+ ED+ CD+ AC= 106.568+10+10+10= 136.568 mm Esto significa que, si el origen cartesiano se considera también como origen polar, las coordenadas del punto A son R136.568 Q45, y las del punto E son R106.568 Q45. Las coordenadas cartesianas del punto A son entonces: AX= 136.568 cos45º= 96.568 AY= 96.569 (debido al ángulo de 45º, ambas coordenadas son iguales) De esta manera, las coordenadas del punto M pueden ser: MX= AX= 96.568 MY=(radio de la fresa)+5+(mitad del ancho de la placa)=10+5+120= 135 He aquí entonces una variante de programa pieza para el contorneado de acabado de esta pieza. Bloques P00014 N10 G0 G90 X96.568 S1100 T4 D4 M4 M41
Comentarios Y135
Z10 Todavía no está activa la compensación de radio, por tanto, el posicionamiento que se programa es el del eje de rotación de la fresa. Aquí la fresa se ubica en el punto M de la figura 7.38. Se numeran los bloques, más adelante se verá para qué.
N20 G1 G90 Z-6 F170
Se da la profundidad de corte. La programación a partir de este bloque se ha de repetir tres veces más.
N30 G93 I0 J0
Se selecciona el origen cartesiano como origen polar
N40 R136.568 Q45
Coordenadas polares del punto A. El eje de rotación de la fresa se mueve en G1 desde M hasta A.
N50 G41 R106.568 Q45
En el recorrido de la fresa hasta el punto E se activa la compensación de radio. Cuando la periferia de la fresa
183
se encuentre en el punto E (cortando), su eje de rotación se encontrará en el punto D. N60 G93 I63.284 J63.284
Se cambia de posición el origen polar, se coloca en el centro del arco de radio 17.071.
N70 G2 G91 Q180
Se fresa el primer arco. Se trabaja en coordenadas incrementales, el sentido de giro lo da G2 y el ángulo de giro es de 180º.
N80 G93 I30 J30
Se cambia de posición el origen polar. Ahora se coloca en el centro del arco de radio 30. Aunque G91 está activa, la I y la J de G93 se dan siempre en absolutas con respecto al origen cartesiano vigente.
N90 G3 Q72.898
Está activo G91 (incrementales) y el sentido de giro lo da G3. Se fresa el segundo arco.
N100 G93 I10.875 J66.125
Se cambia de posición el origen polar. Ahora se coloca en el centro del arco de radio 10.875.
N110 G2 Q159.789
Se fresa el tercer arco.
N120 G93 I40 J40
Se cambia de posición el origen polar. Ahora se coloca en el centro del arco de radio 50.
N130 G2 Q93.108
Se fresa el cuarto arco. Se finaliza el contorneado del perfil.
N140 G93 I0 J0
Se anula el origen polar (se hace coincidir con el origen cartesiano)
N150 G1 G40 G90 R136.568 Q45
Se sustituye la programación en incrementales por la programación en absolutas. Se anula la compensación de radio mientras se regresa al punto A.
N160 G0 X96.568 Y135 Z10
Se regresa al punto M.
184
N170 G73 Q-90
Giro de coordenadas. El sistema de ejes gira 90º en sentido negativo, pero pudiera haberse programado igualmente en sentido positivo.
N180 (RPT N20, N170) N3
Se repiten los bloques desde N20 hasta N170 tres veces.
N190 G73 N200 G0 G40 G90 R200 Q45 N200 Z100 M30
Anula el giro de coordenadas
7.16 Programa pieza No. 5: funciones imagen espejo G10, G11, G12 y G13 Cuando una pieza es simétrica puede resultar muy útil emplear las funciones imagen espejo G11, G12 y G13, las cuales cambian el signo de las cotas X, Y, Z respectivamente. Las funciones espejo son modales, no son incompatibles entre sí (se puede programar más de una es un mismo bloque, no se anulan mutuamente), y se anulan con G10. En el ejemplo siguiente (figura 7.39) se aplican las funciones espejo. Se trata del acabado de agujeros previamente desbastados con 2 mm de sobremedida. El diámetro de la fresa es de 12 mm. El espesor de la placa de metal es de 10 mm. La pieza está fijada de manera tal que la fresa puede penetrar en el agujero desbastado hasta una profundidad mayor que Z-10 sin contactar con la mesa de la fresadora o alguna superficie del accesorio que se emplee para su fijación. El cero pieza se ubica manualmente en el centro de la pieza (figura 7.39). Se decide fresar primero el agujero de la parte superior derecha de la figura 7.39 (primer cuadrante). Para llegar al agujero desde su posición de partida la fresa debe hacer un recorrido sobre la pieza a una altura Z>0 para no rozarla. Una vez alcanzado el posicionamiento adecuado en X y Y (posición inicial, figura 7.40), la fresa penetrará un poco más allá de Z-10, teniendo en cuenta que el espesor de la placa de metal a maquinar es de 10 mm. El recorrido del eje de rotación de la fresa se representa en la figura 7.40 con color anaranjado. Nótense la entrada y salida tangenciales de la fresa en un punto de la superficie a maquinar con coordenadas X10 Z30. Obsérvese el sentido del recorrido, lo cual requiere de G41 como compensación del radio de la herramienta. Se muestra también en la figura 7.40 que el sentido de rotación de la fresa será M4. Si se decide que el radio de entrada y salida tangencial sea de 6 mm (radio de la fresa) y que la línea de llegada a ese radio sea igualmente de 6 mm de longitud, las coordenadas X y Y del posicionamiento de entrada de la fresa al agujero serán las que se obtienen de la figura 7.41, esto es: X=10+6+6+6=28; Y=30+6=36.
185
Fig. 7.39 Pieza para el ejemplo de fresado No. 5
186
Fig. 7.40 Posicionamiento inicial dentro del agujero y recorrido de la fresa
Fig. 7.41 Coordenadas de la posición inicial de la fresa
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Es importante darse cuenta de que las cotas del agujero del segundo cuadrante son las mismas que las del agujero del primer cuadrante, pero con los signos de X negativos. De la misma manera, las cotas del agujero del tercer cuadrante tienen los mismos valores absolutos que el agujero del primer cuadrante, pero todas son negativas. En el cuarto cuadrante sucede algo similar, la cotas en Y son negativas pero las X se mantienen positivas. Vistos ya todos estos asuntos geométricos previos, el programa pieza puede ser: Bloques P00015 N10 G0 G17 G90 X40 Y80 Z10 S2300 T3 D3 M4
Comentarios
N20 G0 G90 X28 Y36
Posición de partida de la fresa, pero aún está en Z10. Se va a considerar este bloque el inicio de una secuencia que ha de repetirse tres veces más.
N30 G1 Z-12 F400
Penetra la fresa hasta una profundidad que le permitirá fresar la superficie a todo el ancho de 10 mm (desde luego, la superficie cortante de la periferia de la fresa tiene una longitud mayor que 12 mm). Nótese que como precaución el movimiento es en G1 y, por tanto, ya se declara el avance F.
N40 G41 G37 R6 X10 Y30
Se inicia la compensación de radio. Se entra cortando tangencialmente.
N50 Y20
Se fresa hasta el punto de inicio del arco.
N60 G3 X20 Y10 R10
Fresado del arco.
N70 G1 X60 N80 G3 X70 Y20 R10 N90 G1 Y40 N100 G3 X60 Y50 R10 N110 G1 X20 N120 G3 X10 Y40 R10 N130 G1 G38 R6 Y30
Punto de inicio del siguiente arco.
N140 G40 X28 Y24
Anulación de la compensación de herramienta. Posicionamiento en el punto de salida de la fresa del agujero.
La fresa se coloca en una posición de partida que garantiza que no contacte con la pieza.
Llegada hasta el punto donde se inició el fresado y salida tangencial.
188
N150 G0 Z10
Sale la fresa del agujero. Este es el último bloque de la secuencia que se va a repetir.
N160 G11
De aquí en adelante se invierten todos los signos de X.
N170 (RPT N20, N150)
Se repite la secuencia de bloques desde N20 hasta N150, pero con los signos de X cambiados. Se fresa el agujero del extremo superior izquierdo de la figura 7.39 (segundo cuadrante).
N180 G12
De aquí en adelante se invierten todos los signos de Y, pero sigue vigente G11, así que también se invierten todos los signos de X.
N190 (RPT N20, N150)
Los signos de X y de Y desde N20 hasta N150 son positivos, pero en virtud de G11 (que sigue activa) y G12 se cambian a negativos. Se fresa el agujero del tercer cuadrante.
N200 G10
Se anulan G11 y G12.
N210 G12
Se activa G12 de nuevo. Esta vez solo se cambiarán los signos de Y.
N220 (RPT N20, N150)
Se fresa el agujero del cuarto cuadrante.
N230 G10 N240 G0 X130 Z100 M30
Se anula G12.
7.17 Resumen del tema VII En este tema VII se ha echado una mirada a la operación del CNC de una fresadora y se han explicado 5 programas pieza para fresado. Para facilitar el aprendizaje básico, que es lo que se pretende, se ha considerado una fresadora muy parecida a una máquina convencional y un CNC que controla solo los tres ejes básicos (X, Y, Z). Se ha pasado por alto intencionalmente la explicación detallada del teclado del CNC tomado como ejemplo (figuras 7.2 y 7.3), y solo se han hecho las explicaciones imprescindibles para posibilitar la comprensión de la programación manual de la fresadora. Queda claro que este texto no pretende ser, ni puede sustituir a, un manual de operación de un CNC. No obstante, la mirada a la pantalla estándar (figura 7.4) debe contribuir a comprender más rápidamente las pantallas de otros modelos de CNC, que pueden tener ciertas diferencias. De la misma manera, la explicación de una buena parte del trabajo en modo manual con el CNC debe ayudar a entender más rápidamente el estudio más profundo de este u otros modelos.
189
La fresadora tomada como ejemplo es de husillo vertical. Es importante dejar claro que una fresadora de husillo horizontal no tiene el mismo sistema de ejes estudiado en este tema, pero será más fácil comprenderlo si se estudia bien el epígrafe 7.5. Y no es exagerado afirmar que la comprensión del citado epígrafe allana el camino para asimilar con mayor rapidez los CNC y máquinas herramienta con sistemas de ejes más complejos, mayor cantidad de ejes, inclusión de ejes rotatorios. Se estudió la compensación de la herramienta en la fresadora, que generalmente resulta más compleja que en el torno, aunque no se hizo mucho hincapié en la compensación de longitud. Se destacó en este tema, tal como se hizo en el de programación manual de un torno CNC, la importancia del análisis geométrico de la pieza. La combinación de funciones ya conocidas, con otras que, aunque conocidas, requerían de ciertas precisiones para el fresado, y con otras nuevas, permitió desarrollar 5 ejemplos de programas pieza. Estos programas se limitaron al plano XY. Esto significa que ha quedado mucho por ver en cuanto a la programación manual de una fresadora. No se estudiaron ciclos fijos, no se empleó la programación “conversacional” o “ayudada”, no se incursionó en la programación en otros planos ni en la programación tridimensional. A pesar de todo, es conveniente reiterar que resulta necesario primero dominar los contenidos de este tema para poder adentrarse en programaciones manuales más complejas. Y también es adecuado en este momento afirmar que para poder aprender a utilizar la programación automática, con el auxilio de sistemas CAM, hay que tener previamente un buen dominio de la programación manual. Por tanto, el tema VII se ajusta a sus limitados objetivos, porque no debería ser de otra manera, y el que desee profundizar en la operación de un determinado modelo de CNC y en su programación manual debe acudir a los correspondientes manuales facilitados por los fabricantes. Quien así lo haga, podrá agradecer lo aprendido previamente con este tema.
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Referencias del tema VII 1 2 3 4 5 6
FAGOR, Manual de autoaprendizaje del CNC 8055(i)M, Fagor Automation, S. Coop., España, 2002, http://www.fagorautomation.mcc.es FAGOR, Manual de ejemplos, modelo fresadora, CNC 8055M, Fagor Automation, S. Coop., España, http://www.fagorautomation.mcc.es FAGOR, Manual de operación del CNC 8055M, Fagor Automation, S. Coop., España, 2002, http://www.fagorautomation.mcc.es FAGOR, Manual de programación del CNC 8055M, Fagor Automation, S. Coop., España, 2002, http://www.fagorautomation.mcc.es KONDIA, KONDIA - Catálogo K-600 - Fresadora. 2006. URL: http://www.kondia.com/catalog05.php?id=17 Padrón, S.F., Máquinas herramienta convencionales y datos de corte, Universidad Central de Las Villas, Cuba, 2014, http://www.uclv.edu.cu
191
Tema VIII
Programación conversacional
192
Tema VIII Programación conversacional 8.1 Introducción La programación de las máquinas con control numérico ha ido evolucionando a lo largo de los años desde su surgimiento. Sobre este asunto se trata en el epígrafe 1.1 del tema I de este texto, por lo que se recomienda releerlo, en especial lo que corresponde a la página I-4. Por otra parte, en los temas V y VII se tratan asuntos básicos de la programación manual de un torno y una fresadora CNC respectivamente, lo que da una idea de cómo es ese tipo de programación. Habiendo vivido la experiencia de hacer programas pieza que al final, trabajosa y lentamente, se obtenían en forma de tarjetas o cinta perforada de una gran computadora que era independiente de la máquina herramienta, se puede tener una idea clara del inmenso salto que ha habido en ese campo desde mediados del siglo pasado hasta la fecha. No obstante, leyendo algún texto de aquella época que se refiera a ese asunto también se puede tener una idea de ese avance. Pero los métodos de programación se siguen mejorando constantemente, y hay una manera de elaborar programas pieza que, sin dejar de ser manual, sin llegar todavía se ser automática, puede agilizar mucho la programación. Se trata de la programación conversacional, también llamada programación ayudada, de la cual disponen la mayoría de los CNC actuales. Un programa pieza conversacional es un conjunto de operaciones o ciclos de trabajo ordenados tecnológicamente, siguiendo una lógica para el maquinado de la pieza. Cada operación se programa por separado con una ayuda gráfica muy útil y seguidamente se elabora la secuencia de esas operaciones, lo que da como resultado el programa pieza conversacional. Dicho así, todavía puede no quedar muy clara la idea, pero en los próximos epígrafes de este tema se irá comprendiendo mejor. 8.2 Las operaciones o ciclos de trabajo Como ya ha venido ocurriendo en temas anteriores, para estudiar este asunto hay que valerse de un modelo concreto de CNC. Este estudio se pretende que sirva de base para poder asimilar las posibilidades de la programación conversacional de otros modelos diferentes de CNC. Aquí se toman como ejemplos algunos de los ciclos de trabajo del control de las referencias [1, 2]. En el control los ciclos de trabajo se seleccionan mediante teclas de su panel, las cuales dan acceso al modo edición para el ciclo seleccionado. Estas teclas y las operaciones correspondientes se muestran en la figura 8.1. Se pueden encontrar teclas similares en el modelo de CNC de la figura 7.2 del tema VII.
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Perfil rectangular y circular
Elección de otro nivel de ciclo, dentro de la misma operación Posicionamientos para repetir las operaciones de punteado, taladrado, roscado, escariado y mandrilado
Fig. 8.1 Teclas de operaciones La tecla LEVEL CYCLE se emplea cuando un ciclo tiene más de una variante (nivel), permite acceder a otras pantallas dentro de un mismo ciclo. Las operaciones con más de un nivel son las siguientes:
Mandrilado: 2 niveles Taladrado: 2 niveles Fresado de perfil: 2 niveles Cajera con islas internas: 2 niveles Cajeras rectangular y circular: 2 niveles cada una Posicionamiento (para programar el posicionamiento entre herramienta y pieza en G0): 2 niveles
Las teclas de posicionamiento de puntos para repetir las operaciones de punteado, taladrado, roscado, escariado y mandrilado tienen los significados que aparecen en la figura 8.2.
194
Fig. 8.2 Significado de las teclas de posicionamiento de puntos 8.3 Trabajo en modo edición Cuando se pulsa la tecla “P. Prog.”
se accede a la lista de programas
que haya en memoria. En este modo de edición se pueden realizar las siguientes acciones: Ver el contenido de un programa. Ver una operación o ciclo en detalle. Editar un nuevo programa y almacenarlo. Borrar un programa o un ciclo. Copiar y pegar. Modificar un programa pieza (borrar operaciones, desplazar una operación a otra posición, insertar, modificar) La pantalla inicial del modo editor de la lista de programas se puede observar en la figura 8.3. En la columna izquierda aparecen los programas pieza que están en memoria y en la columna derecha aparecen los ciclos que componen el programa seleccionado en la izquierda. En la figura está seleccionado el programa número 14, llamado CCZ2 (comentario que pone el programador cuando hace el programa para reconocerlo mejor, si lo desea), y a la derecha aparecen como ciclos que lo componen un planeado bidireccional en el eje Y, una cajera circular y un taladrado en forma de arco. Las teclas
se emplean para desplazarse dentro de una columna.
195
Las teclas
se utilizan para cambiar de columna.
De esta manera se selecciona un programa, o un ciclo dentro de un programa, para después realizar una de las acciones mencionadas anteriormente (revisarlo, editarlo, modificarlo, borrarlo, insertar).
Fig. 8.3 Pantalla del modo editor Las secuencias en que se pulsan las teclas para ejecutar todas estas acciones dentro del modo edición son muchas y por eso no se explican aquí. Para conocer más al respecto debe estudiarse el manual de operación del correspondiente CNC. 8.4 Edición de operaciones Para editar operaciones o ciclos se dispone de al menos una ventana para cada una de ellas. En la figura 8.4 se ve un ejemplo donde se especifican los contenidos de cada parte de la ventana de edición del ciclo. Este ejemplo corresponde a la operación “Cajeras rectangular y circular”, por lo que previamente se ha presionado la tecla Mediante las teclas
se sitúa el cursor sobre el dato o icono
que se quiera editar. Con el cursor sobre el espacio habilitado para introducir un dato, se teclea el valor deseado y se pulsa Enter
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Si se desea cambiar un icono en busca de otras opciones, se sitúa el cursor sobre el icono y se pulsa la tecla de cambios de iconos (puede ser la tecla , según el modelo de CNC).
Z
Fig. 8.4 Ejemplo de ventana para la edición de una operación Cuando se editan ciclos de trabajo es necesario tener presente que se consideran cuatro planos de trabajo (figura 8.5). El plano de partida es la posición que ocupa la herramienta cuando se llama al ciclo de trabajo para su ejecución. El plano de seguridad Zs se emplea para la primera aproximación de la herramienta a la pieza y para el retroceso de la herramienta después del maquinado. Fig. 8.5 Planos de trabajo El plano de aproximación está definido por defecto a 1 mm de separación de la pieza. A partir de este plano la herramienta se mueve con el avance programado (G1). La superficie de la pieza (Z) se considera el cuarto plano.
197
Desde su posición inicial la herramienta se desplaza en G0 hasta el plano de seguridad, continúa desplazándose en G0 hasta el plano de aproximación, y seguidamente lo hace en G1. No obstante, el acercamiento de la herramienta a la superficie de la pieza depende de la posición que ocupa inicialmente (figura 8.6). Cuando está por encima del plano de seguridad, se desplaza primeramente en XY y después en Z. Si está por debajo del plano de seguridad, primero se mueve en Z hasta llegar al plano de seguridad, seguidamente se mueve en XY y finalmente en Z hasta la superficie de la pieza.
Fig. 8.6 Desplazamiento de acercamiento a la pieza Algunos ciclos (o todos, según el modelo de CNC) poseen más de un nivel de edición. Cada nivel dispone de su propia pantalla sin salirse de la operación previamente seleccionada. Como ya se dijo, se accede a esos niveles mediante la tecla LEVEL CYCLE. Una vez que el ciclo ha sido editado, se pulsa “Escape” para confirmar toda la información introducida. Entonces aparece en pantalla la posibilidad de ejecutar el ciclo, o se puede simular también. Otra posibilidad es pasar a la edición de otro ciclo pulsando la tecla de la operación que se desee. Algunos ciclos, como los de taladrado, después de editados pueden requerir de la edición de un ciclo de posicionamiento asociado (ver la figura 8.2). Este asunto se explica más adelante. A continuación se explican varios ejemplos de edición de operaciones.
198
8.5 Ciclo de planeado En la figura 8.7 se muestra la pantalla de la operación de planeado. En la parte superior izquierda aparece el nombre del ciclo de trabajo. Debajo se encuentra el esquema o gráfico de ayuda para la programación. En la parte superior derecha aparece la posición real de los ejes y el valor real de los datos de corte. Más abajo están los espacios para definir la geometría del ciclo. Al final de toda la pantalla se establecen los datos de corte del ciclo de maquinado. Cabe aclarar que intencionalmente no aparecen datos en la figura 8.7, los espacios para datos están en blanco. Para la operación de planeado la geometría del ciclo se define con los siguientes parámetros (figuras 8.7 y 8.8):
PLANEADO BIDIR. EN X
DESBASTE
Fig. 8.7 Ventana de la operación de planeado
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Fig. 8.8 Vista ampliada de la ayuda gráfica de la operación de planeado X1, Y1 L H E Zs Z P I FZ δz
Cotas del punto donde se desea iniciar las pasadas del planeado Ancho de la superficie a planear Longitud de la superficie a planear Distancia que debe sobresalir la fresa más allá de la superficie a planear (normalmente debe ser un poco mayor que el radio de la fresa empleada para este ciclo) Altura del plano de seguridad Altura a la que se encuentra la superficie a maquinar Profundidad total del ciclo; puede interpretarse como la sobremedida a cortar Profundidad de corte de cada pasada Magnitud del avance de penetración de la fresa (en el eje Z) Sobremedida que se quiere dejar para la pasada de acabado
Conociendo la sobremedida total, la sobremedida para la pasada de acabado y la profundidad de corte de cada pasada, el CNC calcula la cantidad de pasadas necesarias y ajusta la profundidad de corte, según corresponda, a un valor igual o menor que I. Todos estos datos se introducen de la siguiente manera: primero, se pone el cursor sobre el dato a introducir, seguidamente se teclea el valor del dato y finalmente se pulsa “Enter” Por otra parte, los datos de corte para el maquinado en este ciclo son: F: Avance de desbaste. Si se pulsa la tecla F se puede introducir otro valor de avance que sería entonces para la pasada de acabado.
200
S: Velocidad de desbaste. Si se pulsa la tecla S se puede introducir otro valor de velocidad que sería para la pasada de acabado. T y D: Son los identificadores de la herramienta de corte, según la tabla de herramientas (el reglaje de la herramienta que debe haberse hecho previamente). Si se pulsa la tecla T se puede introducir otra herramienta, que sería entonces para la pasada de acabado. Δ: Ancho de fresado o paso transversal del fresado (puede verse mejor en la figura 8.8). Generalmente no sobrepasa el radio de la fresa que se esté utilizando. Los fabricantes de fresas de planear recomiendan la máxima fracción de diámetro que se puede emplear como ancho de corte.
Los valores F, S y T se introducen de la siguiente manera: primero, se pone el cursor sobre el dato a introducir, seguidamente se teclea el valor del dato y finalmente se pulsa “Enter” El sentido de giro del husillo se establece de la siguiente manera: primero se pone el cursor sobre el icono . Si se desea el otro sentido de giro, se presiona la tecla para que aparezca el otro icono con el sentido de giro contrario. Cuando se tiene a la vista el icono deseado, se pulsa “Enter”. La definición del recorrido de planeado se realiza mediante el icono
.
Hay diferentes variantes de recorrido de planeado a las cuales se puede acceder mediante el siguiente procedimiento: poner el cursor sobre el icono de recorrio y pulsar la tecla para cambiar el icono. Aparecerán uno a uno los iconos de la figura 8.9. Cuando aparezca el icono deseado, apretar “Enter”.
Fig. 8.9 Tipos de recorrido de planeado Para una mejor comprensión de la edición de esta operación se ve ahora un ejemplo, que aparece en la figura 8.10. Se utilizará una fresa frontal de planear de Ø50 mm. En la parte superior de la figura se muestra lo que se pretende: planear la superficie de arriba de la pieza.
201
Fig. 8.10 Ejemplo de planeado El material de partida es una placa de 55 mm de altura. En la ventana de programación ayudada los datos introducidos serán: X1: 0.0000 H: 210.0000 Z: 5.0000 FZ: 80.0000 S: 600
Y1: 0.0000 E: 30.0000 P: 5.0000 δz: 0.5000 T y D: 1
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L: 85.0000 Zs: 10.0000 I: 2.5 F: 100.0000 Δ: 22.0000
Se escoge como dirección de planeado la siguiente: bidireccional paralela al eje X. 8.6 Operación de fresado de perfil El ciclo de fresado de perfil tiene dos niveles. En la figura 8.11 se muestra la pantalla de ayuda a la programación de una operación de fresado de perfil del nivel 1. Es bueno aclarar, debido a la figura que aparece en el icono para seleccionar esta operación, que no tiene necesariamente que ser de una ranura.
PERFIL 1
Fig. 8.11 Ventana del ciclo de fresado de perfil, nivel 1 Los datos a introducir son los siguientes (figuras 8.11 y 8.12): X1, Y1: coordenadas del punto donde se desea iniciar el recorrido del fresado del perfil, el que se encuentra generalmente en una posición en que la fresa todavía no hace contacto con la pieza. P1, X, Y: coordenadas del punto 1. Se pueden introducir hasta 12 puntos. Cuando no se llega hasta 12 puntos, es necesario que el primer punto no utilizado se defina con las mismas coordenadas que el último punto del perfil (que se repitan las coordenadas). r: radio de la entrada y salida tangencial que se desee (siempre mayor que el radio de la fresa).
203
Fig. 8.12 Vista ampliada del esquema de ayuda
Xn, Yn: coordenadas del punto donde se desea terminar el recorrido del fresado del perfil, el que se encuentra generalmente en una posición en que la fresa ya no hace contacto con la pieza. Zs: altura del plano de seguridad. Z: altura a la que se encuentra la superficie a maquinar. P: profundidad total del ciclo, puede interpretarse como la sobremedida a cortar. I: profundidad de corte de cada pasada. FZ: magnitud del avance de penetración de la fresa (en el eje Z). F: avance. S: velocidad. T y D : identificadores de la herramienta de corte δ: sobremedida que se quiere dejar para la pasada de acabado. : Icono del sentido de giro de la fresa : Icono para tomar en cuenta la compensación de herramienta según el sentido del movimiento de la fresa. Puede ser compensación a la derecha, a la izquierda o sin compensación. Para cambiar el icono, se sitúa el curso sobre este y se pulsa la tecla . Los iconos posibles son:
Fig. 8.13 Iconos de compensación de herramienta
204
: Tipo de arista. Las aristas pueden ser puntiagudas, pero pueden ser radios (se introduce un valor “r”) o pueden ser biseles, como el icono que se muestra aquí (se introduce un valor “c”). Para cambiar el icono se sigue el mismo procedimiento explicado con el icono anterior: se sitúa el curso sobre este y se pulsa la tecla . Los iconos posibles son:
Fig. 8.14 Iconos de tipos de aristas: arista viva, arista con radio y arista con bisel de 45º Para una mejor comprensión de la edición de esta operación se ve ahora un ejemplo, que aparece en la figura 8.15. Se utilizará una fresa frontal de planear de Ø40 mm. En la parte lateral derecha de la figura se muestra lo que se pretende: fresar un perfil en el bloque previamente planeado en el ejemplo anterior (el de la figura 8.10).
Fig. 8.15 Ejemplo de fresado de perfil
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El plano de seguridad Zs se coloca a 10 mm sobre la superficie de la pieza. La altura del perfil que se va a fresar es de 20 mm.
Fig. 8.16 Recorrido del eje de rotación de la fresa En la figura 8.16 se muestra en color azul el perfil que se va a fresar; en color gris la placa de metal en la que sobresaldrá el perfil fresado; en anaranjado el recorrido del eje de rotación de la fresa para el maquinado del perfil. El recorrido se hace en sentido horario. Nótense también la entrada y salida tangencial, que se producen en el punto medio X42.5 (simetría vertical) de la superficie paralela al eje X. La posición inicial de la fresa en el eje Y debe tener en cuenta su radio (20), más el radio de tangencia del recorrido de entrada (25), más una distancia prudencial para la total activación de la compensación de radio. Por ejemplo: 20+25+25=70 P4
En la figura 8.17 se muestran los puntos cuyas coordenadas deben programarse, según los datos que se solicitan para esta operación de perfilado (repasar la figura 8.11 y su explicación). Son 8 puntos. Como ya se dijo antes, se pueden programar hasta 12 puntos. Asociados con las coordenadas de cada uno de estos puntos están los iconos de la figura 8.14. Fig. 8.17 Puntos cuyas coordenadas deben programarse
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P5
P6
P3
P2
P1 P8
P7
Los datos a introducir en este ejemplo son entonces (nota: según el modelo de CNC, las cifras decimales pudieran ser 3 o 4, aquí se usan 3): X1, Y1: X42.500 Y-70.000 (posición en que la fresa aún no toca a la pieza, punto donde se desea iniciar el recorrido de la herramienta). Xn, Yn: X42.500 Y-70.000 (coordenadas del punto donde se desea terminar el recorrido de la fresa, en una posición en que la herramienta ya no hace contacto con la pieza). Zs: 10.000 Z: 0 .000 P: 20.000 (profundidad total del fresado). I: 10.000 (profundidad de corte de cada pasada. El CNC la ajustará según la sobremedida que se desee dejar para la pasada de acabado). FZ: 95 (magnitud del avance de penetración de la fresa en el eje Z). F: 190 (avance de desbaste). F: 200 (avance de acabado). S: 800 (rpm de desbaste). S: 1000 (rpm de acabado). T:3 D:3 δ: 0.500 (sobremedida que se quiere dejar para la pasada de acabado). El icono para el sentido de rotación de la fresa es:
El icono para tomar en cuenta la compensación del radio de herramienta según el sentido del movimiento de la fresa será (recorrido externo de la fresa en el sentido de las manecillas del reloj):
P1: X42.500 Y10.000 (coordenadas del punto 1). r: 25 (radio de la entrada y salida tangencial, siempre mayor que el radio de la fresa). P2: X22.500 Y10.000 P3: X10.000 Y105.000 P4: X22.500 Y200.000 P5: X62.500 Y200.000 P6: X75.000 Y105.000 P7: X62.500 Y10.000 P8: X42.500 Y10.000 P9: X42.500 Y10.000
El punto P8 tiene las mismas coordenadas que P1, pues ahí se concluye el perfil, en el mismo punto en que se inició. Por su parte, el punto P9 se repite como constancia de que P8 es el último punto del perfil. En los puntos P10, P11 y P12 que aparecen en la pantalla de datos no se introduce ningún número, aunque por defecto pueden aparecer con 0.000.
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Al lado del cada punto del perfil aparece un icono de arista (figura 8.14), y hay que escoger el adecuado (presionar, si es necesario, la tecla ) y asignarle un valor. A los puntos desde P2 hasta P7 les corresponde el icono de arista con radio, de la siguiente manera:
Pero a P8 le corresponde r 0.000. El radio de salida tangencial ya ha sido declarado antes junto con P1. Además, P9 es una repetición de P8, así que r 0.000 también. Finalmente, en la figura 8.18 se pueden ver los datos de este ejemplo de operación de fresado de perfil.
-70.000
-70.000
Fig. 8.18 Ventana con los datos de este ejemplo de fresado de perfil
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Una vez que el ciclo ha sido editado, se pulsa la tecla “Escape” para confirmar toda la información introducida. Entonces aparece en pantalla la posibilidad de ejecutar el ciclo, o se puede simularlo. Otra posibilidad es pasar a la edición de otro ciclo pulsando la tecla del ciclo que se desee. Se puede acceder al segundo nivel de esta operación mediante la tecla LEVEL CYCLE. El segundo nivel del ciclo de fresado de perfil permite editar perfiles más complejos, siguiendo un procedimiento muy parecido al explicado aquí, por lo que no va a ser abordado en este texto. 8.7 Operación de cajera rectangular En la figura 8.19 se presenta la pantalla correspondiente al ciclo de trabajo de cajera rectangular, nivel 2. El nivel 1 es mucho más simple. Una cajera es una cavidad que tiene cierta profundidad, tiene un fondo, puede tener diferentes formas, puede incluir perfiles internos (islas) cuyas alturas no son necesariamente las mismas. De manera que las hay muy simples, pero otras son bastante complejas. Aquí se verá la cajera rectangular en una de sus variantes más simples. Es importante aclarar que existen funciones G para programar cajeras, por ejemplo, la función G87 se emplea para el fresado de cajeras rectangulares. No obstante, aquí se trata de programar el fresado de una cajera, pero mediante la programación conversacional.
Fig. 8.19 Pantalla de la operación de cajera rectangular, nivel 2
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La figura 8.20 muestra una ampliación del esquema de ayuda de la pantalla de esta operación de fresado.
Fig. 8.20 Ampliación del esquema de ayuda La explicación de algunos datos de esta operación es la misma que en las anteriores. Los datos diferentes que ahora requieren de alguna explicación son los siguientes: Mediante este icono se selecciona el sentido del recorrido del fresado (horario o antihorario).
La cajera puede estar inclinada un determinado ángulo α con respecto al eje de las abscisas. Existe también un icono para escoger las esquinas de la cajera: puntiagudas, con radio o con bisel. En la figura 8.19 se muestra escogido el icono de esquina con radio. La sobremedida en el fondo de la cajera para la pasada de acabado es δz. Aparece también en la parte inferior izquierda de la pantalla una N, que es la cantidad de pasadas para el acabado. En los datos de desbaste aparece β, que es el ángulo de profundización (penetración) lateral (penetración de la fresa en rampa). Este ángulo se puede ver en la figura 8.21. Aparece también, en los datos de acabado, el ángulo de profundización lateral para el acabado, llamado θ (figura 8.21).
210
En la figura 8.20 se pueden entender otros datos que se introducen en esta pantalla.
Fig. 8.21 Ángulos de penetración de la fresa β y θ
Para una mejor comprensión de la edición de esta operación se ve ahora un ejemplo, que aparece en la figura 8.22. Se utilizará una fresa de espiga de Ø10 mm. En la parte lateral derecha de la figura se muestra lo que se pretende: fresar una cajera rectangular de 10 mm de profundidad en la misma pieza que se ha venido programando en este epígrafe.
45º
Fig. 8.22 Cajera rectangular en la pieza ejemplo
211
En la figura 8.23 se ve la pantalla de la operación de la cajera rectangular de nivel 2 con todos los datos que se introducen. Cabe aclarar que la parte superior derecha de la cajera tiene en blanco sus datos porque serían los datos reales de la herramienta en un momento determinado, no son datos que se introducen en la pantalla, sino que los aporta el CNC.
Fig. 8.23 Datos de programación de la cajera rectangular de la figura 8.22 8.8 Operaciones de taladrado y punteado La tecla de acceso a los ciclos de taladrado es una sola pero, una vez ahí, se puede acceder al ciclo de punteado así como a tres ciclos diferentes de taladrado, mediante la tecla “LEVEL CYCLE”. Como se sabe, el punteado se utiliza frecuentemente como guía para la entrada posterior de una broca en el taladrado. Su utilización (o no) previa al taladrado depende de ciertos criterios tecnológicos. En la figura 8.24 aparece la pantalla del ciclo de punteado. En esta ventana se deben definir: El punto de mecanizado (X,Y) La cota del plano de seguridad “Zs”. La cota de la superficie “Z”.
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Temporización “t” (tiempo, en segundos, que permanecerá rotando la herramienta al llegar a la profundidad total, sin avanzar ni retroceder). Tipo de punteado
En realidad los dos tipos distintos de punteados basan su diferencia en los datos que se introducen. Mediante la tecla se ponen en pantalla dos opciones de datos a introducir: Profundidad total del punteado, P Ángulo del punto, α, y diámetro del punto, Ø. En la parte inferior izquierda de esta ventana aparece un icono que puede ser cambiando presionando las teclas de posicionamientos múltiples (figura 8.2), lo cual se explicará más adelante. De esta manera el ciclo de punteado se asocia a una operación de posicionamiento de los puntos en donde se va a puntear.
Fig. 8.24 Ventana del ciclo de punteado Por otra parte, la ventana correspondiente al ciclo de taladrado de nivel 2 se muestra en la figura 8.25. Existen otros dos niveles de taladrados, a los cuales se puede acceder mediante la tecla Level Cycle. Las diferencias entre estas tres operaciones de taladrados están dadas solo por la manera en que la herramienta se retira cierta distancia, con el fin de facilitar la evacuación de la viruta, para después volver a penetrar.
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El punto donde se desea taladrar es X,Y. La I es la profundidad que penetra la broca para después retirarse una distancia B y volver a penetrar. En la parte inferior izquierda de esta ventana también aparece un icono que puede ser cambiando presionando las teclas de posicionamientos múltiples.
Zs
Z
B P I
I
t
F
S
X
Y
Zs
Z
P
I
t
B
T
D
Fig. 8.25 Ventana del ciclo de Taladrado 2 8.9 Posicionamiento múltiple de puntos: paralelogramo En la figura 8.2 se muestran las variantes de programación de las posiciones de puntos, aplicables a las operaciones de punteado, taladrado, mandrilado, escariado y roscado con macho. A continuación se explica una de ellas, que es aquella en que los puntos forman un paralelogramo (figura 8.26). Los datos a introducir y sus significados son los siguientes: X1 Y1 LX; LY IX; IY
α β NX; NY
Coordenadas del punto inicial Distancia entre el primer y último punto en X y en Y respectivamente Distancias entre puntos en X y en Y respectivamente Ángulo de inclinación del paralelogramo con respecto a X Ángulo inferior izquierdo del paralelogramo Cantidad de puntos en el eje X y en el eje Y respectivamente
En realidad no hay que introducir todos estos datos, ya que hay tres combinaciones posibles en las cuales es innecesario uno de los siguientes pares de datos: LX, LY; NX, NY; IX, IY. Para seleccionar el grupo de datos necesarios se pulsa la tecla
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Fig. 8.26 Posicionamiento múltiple de puntos en forma de paralelogramo Nótese que en la parte inferior izquierda de la pantalla con los datos de la operación de posicionamiento múltiple aparece un icono de la operación a la cual está asociada, en este ejemplo de la figura 8.26 es un ciclo de taladrado. Lo mismo ocurrirá a la inversa: la operación de punteado, taladrado, mandrilado, escariado o roscado que esté asociada a un posicionamiento múltiple, mostrará el correspondiente icono en su parte inferior izquierda. También en la parte inferior de la pantalla de posicionamiento múltiple aparecen datos de la operación a la cual esté asociada. Para una mejor comprensión de la edición de estas operaciones de posicionamiento múltiple de puntos, punteado y taladrado, se ve a continuación un ejemplo, que aparece en la figura 8.27, y que es la finalización en la elaboración del programa para la pieza que se ha venido tomando como ejemplo. Se utilizará una broca de puntear, normalmente mucho más puntiaguda y rígida que la broca de taladrar, y una broca para taladrar los agujeros de Ø10 mm. En la figura se muestra lo que se pretende: taladrar 4 agujeros pasantes de Ø10 mm, para lo cual previamente se hará el punteado correspondiente. Hay que tener presente que los agujeros que se van a maquinar están en un plano 20 mm más abajo que el plano en el cual se ha venido trabajando hasta ahora, lo cual se puede ver claramente en la parte derecha de la figura 8.27. De modo que el plano de esos agujeros es Z-20 y no Z0 como en las operaciones anteriores. Hechos estos razonamientos, las ventanas de las operaciones necesarias pueden mostrar los valores que se aparecen en las figuras 8.28, 8.29, 8.30 y 8.31.
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Fig. 8.27 Taladrado en la pieza
-20.000
Fig. 8.28 Datos de la operación de punteado
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Fig. 8.29 Datos de la operación de posicionamiento de puntos para el punteado
Fig. 8.30 Datos de la operación de taladrado de nivel 2
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2
Fig. 8.31 Datos del posicionamiento de puntos para el taladrado 8.10 Edición del programa para la pieza que se utiliza como ejemplo en este tema Cuando se va a editar un programa pieza mediante la programación ayudada, primero se analiza cuidadosamente y se escogen las operaciones que son necesarias para maquinarla, así como se establece la secuencia en que deben ejecutarse. El CNC permite combinar bloques editados en código ISO (temas V y VII de este texto) con operaciones o ciclos de maquinado estándar (que es el asunto que se trata en el actual tema). Una vez esclarecida la secuencia de operaciones, se puede acceder al modo edición, el cual ya se abordó limitadamente en el epígrafe 8.3. El acceso a la edición de programas se lleva a cabo, como ya se explicó en el epígrafe 8.3, mediante la tecla “P.PROG”. Entonces aparece una pantalla como la de la figura 8.3. En la columna izquierda aparecen los programas ya elaborados y en la columna derecha aparece la secuencia de operaciones que componen el programa seleccionado en la columna izquierda. La primera línea de la columna izquierda de la pantalla inicial de este modo siempre dice “creación pieza nueva” (ver de nuevo la figura 8.3). Mediante las teclas que permiten subir y bajar el cursor por esa columna
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se selecciona dicha opción, se marca un número que identificará al nuevo programa, se pulsa la tecla “Enter”, y opcionalmente se puede poner un comentario (por ejemplo, el nombre de la pieza). Finalmente, se pulsa de nuevo “Enter”. Entonces aparece en la columna izquierda de la pantalla inicial del modo edición el número del nuevo programa con su comentario, pero el programa solo tiene nombre, en realidad está vacío (la columna derecha aparecería vacía). La figura 8.32 resume esta explicación.
Fig. 8.32 Procedimiento para dar nombre a un nuevo programa La explicación de la figura 8.32, a modo de resumen, es la siguiente: 1. A partir de la pantalla estándar se marca la tecla P. PROG.
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2. Aparece la pantalla del modo editor con cualquier programa seleccionado. 3. Se mueve hacia arriba el cursor con las teclas correspondientes hasta “CREACIÓN PIEZA NUEVA”. 4. Se presiona de nuevo la tecla P. PROG. 5. La parte inferior de la pantalla de edición pide el número del programa. En este ejemplo se decide ponerle al programa el número 123. 6. Se presiona la tecla Enter. 7. La parte inferior de la pantalla de edición pide un comentario, que es opcional, y que puede servir, por ejemplo, para decir el nombre de la pieza. En este ejemplo se decide poner el siguiente comentario: Pieza tema VIII. 8. De nuevo se presiona la tecla Enter. 9. Queda seleccionado en la pantalla de edición el nuevo programa, que en este ejemplo es el número 123 con el comentario “Pieza tema VIII”. La columna derecha de esa ventana está vacía. A continuación hay que ir creando las operaciones para irlas introduciendo en la secuencia correcta dentro de este programa recién creado. Vale observar de todas maneras que el programa, después de elaborado, se puede modificar, si fuera necesario se puede cambiar la secuencia u orden consecutivo de las operaciones. Estas aparecerán en la columna derecha de la ventana del modo edición. A lo largo de este tema las operaciones necesarias para fresar esta pieza ya han sido editadas. Por tanto, los siguientes pasos a dar son:
Selección del ciclo de planeado mediante la tecla correspondiente Llenar los datos del ciclo (ya se hizo en el epígrafe 8.5.1) Presionar la tecla P. PROG para acceder a la lista de programas Seleccionar en la columna izquierda el programa 123-Pieza tema VIII
Moverse a la columna derecha Marcar Enter
Marcar la tecla “Escape” para salir de la pantalla con la lista de programas
Repetir este mismo procedimiento con las operaciones fresado de perfil (epígrafe 8.5.2), cajera rectangular (8.5.3), taladrado y punteado (8.5.4) y posicionamiento múltiple de puntos (8.5.5).
La secuencia de fresado editada aparece simulada en la figura 8.33.
Fig. 8.33 Secuencia de fresado
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La ventana de edición de todo el programa para el fresado de esta pieza que se ha utilizado como ejemplo en el actual tema aparece en la figura 8.34.
Fig. 8.34 Pantalla con el programa pieza terminado 8.11 Sobre la programación de máquinas herramienta CNC presentada en este texto A lo largo de este texto se han ido creando las bases para que el interesado pueda aprender a programar máquinas herramienta CNC, no obstante, solo se ha abordado una parte de la programación manual según ISO para tornos y fresadoras con sistemas de ejes elementales, así como se ha brindado una idea de la programación ayudada o conversacional. En cuanto a esta última, solo hay que echar un vistazo a la figura 8.1 para tener una idea de cuánto se dejó para un estudio posterior. La programación con sistemas CAM solo se ha mencionado de pasada, y es tema suficientemente amplio como para dedicar un texto solo a él. Quien haya llegado hasta aquí debe tener en cuenta esas limitaciones y comprender que no ha hecho más que empezar, sin embargo, si se ha apropiado de los conocimientos explicados, seguramente está en condiciones de profundizar mucho más de manera autodidacta, o con alguna ayuda, mediante los manuales de programación que acompañan a toda máquina CNC. Se recomienda fuertemente hacer el ejercicio que aparece a continuación, como resumen de este tema.
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Ejercicio del tema VIII En la siguiente figura se muestra el croquis de una pieza. Elabore, mediante programación conversacional, el programa pieza correspondiente para su fresado.
Fig. 8.35 Croquis de la pieza para el ejercicio
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Se propone como secuencia para el maquinado de esta pieza la que se representa en la figura 8.36 (en color amarillo se ve el resultado de la operación ya ejecutada).
PLANEADO
PERFILADO DE UN CUADRADO
PERFILADO DE UN TRAPECIO
CAJERA RECTANGULAR
PUNTEADO Y TALADRADO
PUNTEADO Y TALADRADO
Fig. 8.36 Secuencia para el maquinado Se parte de una placa de acero al carbono, con 0.45% C, con una altura de 65 mm que debe ser rebajada a 60 mm. El largo es de 200 mm y el ancho de 200 mm. El perfil en forma de trapecio sobresale 30 mm sobre la base de la pieza. La cajera
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rectangular tiene una profundidad de 10 mm. La base tiene una altura de 30 mm. Todas las aristas del perfil en forma de trapecio están redondeadas con un radio de 10 mm. La cajera rectangular tiene radios de 15 mm en sus cuatro vértices. Los agujeros de Ø10 mm en el trapecio tienen 20 mm de profundidad. Los agujeros de Ø12 mm en la base son pasantes. Se sugieren las siguientes herramientas y datos de corte para las operaciones de la secuencia de maquinado [3]: Planeado: (herramienta T1) Fresa de planear de carburo cementado P40 con κ= 45º, de Ø63 mm, 5 bordes cortantes (dientes), apmáx= 6 mm, fz= 0.35 mm/diente, V=230 m/min. Una pasada de 5 mm de profundidad. Perfil cuadrado: (herramienta T2) Fresa de planear de carburo cementado P40 con κ= 90º, de Ø40 mm, 4 bordes cortantes, apmáx= 10.7 mm, fz= 0.35 mm/diente, V=230 m/min. Cuatro pasadas de 7.5 mm de profundidad cada una. Perfil en forma de trapecio: (herramienta T3) Fresa de planear de carburo cementado P40 con κ= 95º, de Ø50 mm, 4 bordes cortantes (dientes), apmáx= 10.7 mm, fz= 0.35 mm/diente, V= 230 m/min. Cinco pasadas de 6 mm de profundidad cada una. Cajera: (herramienta T4) Fresa de espiga enteriza de carburo cementado P20, de Ø16 mm, 3 bordes cortantes, fz=0.055 mm/diente, V= 100 m/min. Cuatro pasadas de 2.5 mm de profundidad cada una. Punteado: (para ambos taladrados) (herramienta T5) Broca de puntear de acero rápido, Ø10 mm, fn= 0.3 mm/rev, V=18 m/min. Puntear primero los 4 agujeros alrededor de la cajera y seguidamente los 8 agujeros en la base de la pieza. Taladrado de Ø10 mm: (asociado a punteado previo) (herramienta T6) Broca enteriza de carburo cementado P20, Ø10 mm, fn=0.15 mm/rev, V=70 m/min, profundidad máxima admisible del agujero: 30 mm. Taladrar 4 agujeros de 20 mm de profundidad. Taladrado de Ø12 mm: (asociado a punteado previo) (herramienta T7) Taladrar primero con broca enteriza de carburo cementado P20, Ø10 mm, fn=0.15 mm/rev, V=70 m/min, profundidad máxima admisible del agujero: 30 mm. Taladrar 8 agujeros de 30 mm de profundidad. Seguidamente taladrar con broca de punta soldada de carburo cementado P20, Ø12 mm, fn=0.14 mm/rev, V=75 m/min, profundidad máxima admisible del agujero: 5 veces el diámetro. Taladrar 8 agujeros a 35 mm de profundidad.
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Referencias del tema VIII 1 2 3
FAGOR, Manual de autoaprendizaje del CNC 8055(i)MC, Fagor Automation, S. Coop., España, 2013, http://www.fagorautomation.mcc.es FAGOR, Manual de operación del CNC 8055(i)MC, Fagor Automation, S. Coop., España, 2013, http://www.fagorautomation.mcc.es Padrón, S.F., Máquinas herramienta convencionales y datos de corte, Universidad Central de Las Villas, Cuba, 2014, http://www.uclv.edu.cu
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Tema IX
Máquinas electroerosivas
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Tema IX Máquinas electroerosivas 9.1 Introducción Ya se ha visto que existe una amplia cantidad de aplicaciones del CNC en las máquinas herramienta. Para este tema se ha seleccionado otra máquina CNC que, si bien no se encuentra en talleres de maquinado general, tal como sí se hallan tornos, fresadoras y centros de maquinado, resulta imprescindible en los talleres de moldes y troqueles: las máquinas de electroerosión, que se dividen en dos grandes grupos, las de penetración y las de hilo. Las máquinas electroerosivas se conocen internacionalmente por el acrónimo EDM (Electro Discharge Machine). Este proceso fue desarrollado por los esposos rusos Lazarenko en 1938, aunque desde mucho antes ya se había experimentado en la obtención de polvos metálicos mediante descargas eléctricas. La electroerosión es una operación de maquinado que se basa en el desprendimiento de partículas de la pieza mediante descargas eléctricas. La erosión por descarga eléctica se emplea para la elaboración de materiales que no se podrían maquinar, o cuya elaboración sería muy difícil, mediante herramientas de corte tradicionales, por ejemplo, para piezas de aleaciones duras, aleaciones refractarias, aceros termorresitentes, materiales superduros y frágiles, aleaciones no ferrosas. Este proceso de maquinado también ha encontrado aplicación en la fabricación de estampas, troqueles para prensas, trefilas, ranuras y orificios de diferentes formas y pequeños tamaños, herramientas de corte. Las EDM son imprescindibles en cualquier taller para fabricar moldes y troqueles. Básicamente, la electroerosión consiste en una descarga eléctrica - una chispa, un haz estrecho de electrones - que se genera a gran velocidad de un electrodo a otro, en el pequeñísimo espacio de separación (gap) entre estos. Uno de los electrodos es la herramienta y el otro es la pieza. La duración de una de estas descargas es solamente de entre 10-5 y 10-16 segundos y la densidad de corriente puede llegar a ser muy alta, miles de amperios. La pieza y el electrodo son sumergidos en un recipiente con líquido aislante (dieléctrico) y están conectados a una fuente de corriente. Generalmente el electrodo tiene polaridad positiva y la pieza polaridad negativa. Cuando se energiza el sistema se forma una tensión eléctrica entre el electrodo y la pieza, pero inicialmente no hay descarga eléctrica porque el dieléctrico se opone a ello. El espacio o separación entre pieza y electrodo (gap) se va disminuyendo intencionalmente hasta que se vence la oposición del dieléctrico y se crea un puente de iones entre el electrodo y la pieza. Se produce entonces una chispa muy intensa que funde una pequeña parte del material de la pieza. Se estima que, dependiendo de la intensidad de la corriente, la temperatura en ese pequeño punto puede alcanzar entre 2500ºc y 50 000ºc. El electrodo se acerca a la pieza, se produce la chispa eléctrica, el electrodo entonces se aleja ligeramente; otra vez se acerca a la
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pieza y se produce una nueva chispa eléctrica, y así sucesivamente se va produciendo el maquinado. Dicho así, lentamente, puede darse una idea incorrecta de lo que sucede. Es preciso entonces decir que la frecuencia de descargas puede alcanzar 200 mil ciclos por segundo. La electroerosión se produce simultáneamente entre el electrodo y la pieza. Mediante el ajuste conveniente del régimen de trabajo de la máquina electroerosiva se puede conseguir que la pieza sufra el 99.5% de la erosión y el electrodo solo el 0.5%. El flujo de electrones crea en la superficie de la pieza que se maquina ondas de choque, las cuales desarrollan una presión que supera considerablemente el límite de resistencia del material que se maquina. Las ondas de choque son acompañadas de un aumento local de la temperatura que excede notablemente el punto de fusión del material. Como consecuencia, se desprenden pequeñísimas partículas de las superficies de los electrodos y se forman cráteres de tamaño microscópico. La repetición consecutiva de estas descargas eléctricas permite ir removiendo (erosionando) el material que se somete a este proceso (figura 9.1).
Fig. 9.1 Diagrama del principio de maquinado por descarga eléctrica [4] La maquinabilidad de los metales y sus aleaciones mediante EDM depende de sus propiedades físico-térmicas y de los parámetros eléctricos del proceso. La remoción del material no se ve afectada por las propiedades mecánicas del material de la pieza. La magnitud del gap influye notablemente en el acabado de la superficie obtenida. Con un gap relativamente grande el tiempo de maquinado es menor pero el acabado superficial es peor. Por el contrario, un gap pequeño garantiza un mejor acabado, pero el tiempo de maquinado es mayor. El fluido dieléctrico es una importante variable en el proceso EDM. El dieléctrico empleado en el EDM por penetración es un aceite especial, muy ligero, y en el EDM por hilo es agua desionizada. Tiene tres funciones fundamentales: actúa como un
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aislante entre el electrodo y la pieza, funge como refrigerante y sirve de medio de expulsión de virutas y otros desechos. El dieléctrico también incide en el desgaste del electrodo, en el volumen de material que se desprende y en otras características del proceso EDM.
Fig. 9.2 Aplicación del fluido dieléctrico en EDM para expulsar desechos del proceso [4] En la figura 9.2 se representa el empleo del dieléctrico para la expulsión de los desechos del proceso del área en la que se están efectuando las descargas eléctricas. Estos desechos son esencialmente limallas, pero también pueden ser burbujas de gases y desechos de combustión. En EDM por penetración, también conocido por SEDM (Sinking EDM), la expulsión desde arriba es la tradicional. La expulsión a través del electrodo requiere que el cabezal de la máquina esté fabricado con esa posibilidad y que las características del electrodo (forma, tamaño) permitan aplicar esta variante. La expulsión mediante el movimiento de entrada y salida del electrodo requiere que estos sean movimientos rápidos y solo es aplicable mediante los más modernos cabezales que poseen como accionamiento para su movimiento un motor lineal. Le herramienta-electrodo normalmente está hecha de cobre o grafito, pero también pueden ser usados otros materiales. La superficie así maquinada no muestra marcas de dirección de corte, como sí ocurre en otros procesos de maquinado, sino que está formada por cráteres minúsculos. En la figura 9.3 se muestra una superficie electroerosionada. Nótese la escala del aumento de la foto de esa superficie. Se dan también en la figura los parámetros empleados en el proceso.
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El SEDM produce precisiones de maquinado de 0.005 a 0.02 mm en agujeros pasantes, y entre 0.01 y 0.1 mm cuando se maquinan cavidades. El acabado superficial cuando se maquinan agujeros pasantes, expresado por Ra, oscila entre 0.4 y 1 μm; para cavidades se encuentra entre 1 y 2.5 μm.
Material elaborado: Acero aleado 56NiCrMoV17, según norma DIN, equivalente al acero L6 en la norma AISI/SAE Corriente de descarga: 18 A Duración del pulso: 100 μs Intervalo entre pulsos: 12 μs Electrodo de: cobre
Fig. 9.3 Superficie maquinada por electroerosión [4] El rango de remoción de material depende del volumen de material que arranque cada chispa y de la frecuencia de las descargas. El volumen de material removido es función de la energía de las descargas, la que se incrementa con la corriente. Cuando se erosiona acero, por ejemplo, el volumen de remoción se encuentra entre 10 y 12x103 mm3/min. Los parámetros típicos de una máquina electroerosiva de hilo (WEDM, Wire EDM) son: precisión dimensional entre 0.005 y 0.03 mm; la rugosidad superficial que se puede alcanzar es Ra entre 0.4 y 2 μm; la velocidad de corte del hilo es de unos 300 mm/min en aceros, y de 120 mm/min en carburos.
Fig. 9.4 Variantes de EDM [4]
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En la figura 9.4 se muestran variantes de EDM. Las máquinas electroerosivas de aplicación más frecuente son las de penetración y las que utilizan un alambre como electrodo (por hilo). La herramienta puede ser un electrodo con una forma específica para cada pieza distinta o un alambre, tal como se explica más adelante. 9.2 Electroerosivas de penetración En las electroerosivas de penetración el electrodo-herramienta tiene una forma definida, convenientemente ajustada al perfil que se desea obtener en la pieza. Este electrodo se mueve con un movimiento oscilatorio en la dirección del avance, penetra en la pieza y retrocede de manera consecutiva. La electroerosión en estas máquinas se lleva a cabo dentro de un líquido dieléctrico especial, un tipo de aceite, en el cual se sumergen el electrodo, la mesa y la pieza fijada a ella. El electrodo puede ser preferentemente de cobre o de grafito. Cuando el operario coloca y fija la pieza, o la quita del área de electroerosión, el tanque de la máquina (figura 9.6) está vacío y en su posición inferior. También en ese momento el operario hace otros ajustes, entre los cuales se encuentra la colocación de los diferentes electrodos en el almacén de herramientas de la máquina (figura 9.9). No es raro que para erosionar una pieza se empleen varios electrodos diferentes y la colocación de estos en el cabezal portaelectrodo lo ejecuta la misma máquina, según se programe, pues los toma de su almacén de herramientas. Cuando se va a comenzar la electroerosión de la pieza se sube el tanque y seguidamente se llena de líquido dieléctrico automáticamente (figura 9.8). Según el tamaño de la máquina, se pueden necesitar entre 200 y 800 litros de líquido para llenar el tanque, sin contar el necesario para mantener lleno todo el sistema de tuberías y preservar un mínimo nivel en el depósito correspondiente de dieléctrico. Las máquinas electroerosivas de penetración suelen ser máquinas grandes (figuras 9.5, 9.6 y 9.7). Entre los parámetros de interés de este tipo de máquina herramienta se encuentran los siguientes (se ponen como ejemplos los datos de una máquina mediana): Área de la mesa: 750 x 550 mm. Nivel máximo y mínimo de fluido en el tanque de trabajo: 360 y 80 mm. Capacidad del tanque de trabajo: 266 litros. Dimensiones internas del tanque de trabajo: 950 x 725 x 410 mm (ancho, largo y altura) Máximo recorrido de los ejes de la máquina: X, 350 mm; Y, 250 mm; Z, 250 mm. Peso máximo de la pieza: 1000 kg Peso máximo del electrodo: 50 kg Distancia entre el electrodo y la mesa: entre 280 y 630 mm Potencia de entrada: 10 kW
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Fig. 9.5 Dimensiones de un modelo de tamaño mediano de electroerosiva de penetración [2]
Cabezal del electrodo
Panel del CNC
Tanque lleno de dieléctrico, en el que se sumergen la mesa y la pieza
Fig. 9.6 Electroerosiva de penetración [2]
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Fig. 9.7 Ubicación de la mesa en la electroerosiva de penetración [2]
Fig. 9.8 Vista de una pieza sumergida en el tanque [2]
Fig. 9.9 Colocando la pieza que se va a maquinar [2]
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En la figura 9.9 el tanque de dieléctrico está en su posición más baja y vacío. La operaria está colocando la pieza en la mesa. Casi directamente encima de la pieza se observa un electrodo bastante grande de cobre. Cuando se terminen la fijación de la pieza y demás detalles de preparación de la máquina para el trabajo, subirá el tanque de dieléctrico y se llenará automáticamente como paso previo antes de iniciarse la electroerosión. En la electroerosión por penetración la parte de la pieza que es sometida a esa operación adquiere la misma forma que el electrodo, pero invertida. En la figura 9.10-1 se observa una vista desde arriba (en el plano horizontal) de un electrodo de cobre que tiene un perfil de arco de circunferencia. Desde luego, esta foto no fue tomada en la electroerosiva pues el cabezal portalectrodo y el dieléctrico lo hubieran impedido. En la figura 9.10-2 se ha quitado el electrodo para poder ver la superficie que generó. En la figura 9.10-3 se ve también un electrodo de cobre en su posición de trabajo. Es perfectamente apreciable la línea que delimita al electrodo y a la pieza. En la figura 9.10-4 se ha colocado el electrodo en posición invertida para comprender mejor cómo en la electroerosión por penetración se obtiene una copia invertida de la forma del electrodo. 1
2
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4
Fig. 9.10 Ejemplos de electroerosión por penetración [2]
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No obstante, cuando se fabrica el electrodo hay que tomar en cuenta que su tamaño debe ser ligeramente inferior al perfil que se desea obtener. Para ello, al tamaño y forma a obtener en la pieza se le debe restar: dos veces el gap; dos veces la altura promedio de las crestas de la rugosidad que se desea obtener; y un coeficiente de seguridad que es el 10% de la tolerancia dimensional de la pieza. Es frecuente que para erosionar un perfil se utilicen dos electrodos: uno para desbaste y otro para acabado. La intensidad de la corriente a emplear en la electroerosión por penetración depende del área a erosionar (mm2), del material del electrodo y del material de la pieza. Una recomendación general pudiera ser la que aparece en la siguiente tabla. Tabla 9.1 Coeficientes para el cálculo del amperaje en la electroerosión por penetración [2] Material Coeficiente (A/mm2) Electrodo Pieza Cobre electrolítico Acero 0.07 Grafito Acero 0.01 Cobre y tungsteno Acero 0.14 Cobre Cobre 0.07 Cobre y tungsteno Carburo cementado 0.05 De modo que el coeficiente de amperaje se multiplica por el área a erosionar expresada en mm2 y se obtiene el amperaje recomendado. Este valor se multiplica por un coeficiente de corrección que toma en cuenta el acabado superficial que se desea obtener. Dicho coeficiente aparece en otras tablas, al igual que otros datos del régimen de erosionado, tales como: la frecuencia del ciclo de descargas, el gap, el volumen de material que se erosiona (mm3/min), el % que se desgasta el electrodo, la diferencia estimada entre las dimensiones finales obtenidas y las dimensiones iniciales del electrodo. En figura 9.11 se puede ver un ejemplo de electrodo y el perfil obtenido en la pieza gracias a la electroerosión por penetración.
Fig. 9.11 Electrodo de grafito (a la derecha) y perfil obtenido mediante la electroerosión por penetración [2]
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A la izquierda de la figura 9.11 se ve parte de un molde para rejilla de un altavoz de automóvil; a la derecha, se ve parte del electrodo de grafito mediante el cual se maquinó esa parte del molde para la rejilla.
Fig. 9.12 Electrodo de dientes helicoidales, a la derecha, y pieza ya elaborada [2] En la figura 9.12 se muestra un electrodo de cobre que se utilizó para elaborar por penetración los dientes interiores de la pieza que aparece a la izquierda. El material de la pieza es acero aleado SKD61, según la norma japonesa, similar al H13 en la norma AISI/SAE, con Cr, Mo y V. El tiempo de electroerosionado fue de 11 horas y 50 minutos. El acabado superficial obtenido es de Rz= 3μm.
Fig. 9.13 Electrodos con los que se elaboró el agujero hexagonal de la pieza [2]
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En la figura 9.13 aparece una pieza con una cavidad hexagonal que fue electroerosionada con los electrodos de cobre y tungsteno que aparecen más abajo, por el método de penetración. El tiempo de maquinado fue de 5 horas y 54 minutos y se obtuvo un acabado de Rz= 1.8 μm. La rigidez de las MHCNC se garantiza actualmente mediante el empleo de cálculos con elementos finitos y numerosas simulaciones, mediante las cuales se ha venido mejorando, paso tras paso, esta importante característica de la máquina, sobre la cual se basan las elevadas velocidades de operación, las aceleraciones de los motores, la precisión. En la figura 9.14 se ve la representación de una EDM de penetración sometida a cálculo de rigidez mediante elementos finitos.
Fig. 9.14 Representación de una EDM de penetración sometida a cálculos de rigidez [2]
Fig. 9.15 Panel de control de una electroerosiva de penetración [2]
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El CNC de la figura 9.15 pertenece a una electroerosiva de penetración. Este ejemplo posee un software llamado Q3vic-Solution que permite importar modelos sólidos 3D. Mediante un clic del mouse se posiciona y centran la figura y la pieza. Seguidamente, con el auxilio del software, se seleccionan las condiciones de maquinado, se reconoce la forma del electrodo, se producen ajustes automáticos de errores y se llevan a cabo múltiples funciones más. Software similares son empleados en otros CNC para electroerosivas de penetración. En las máquinas electroerosivas también se están empleando motores lineales en sustitución de los sistemas con tornillo de bolas. El motor lineal emplea un mecanismo de accionamiento directo, sin transmisiones intermedias, lo que permite altas velocidades de desplazamiento y gran precisión de posicionamiento.
Fig. 9.16 Sistema de transmisión por tornillo de bolas y sistema por motor lineal [2] Uno de los problemas más serios para la precisión de una máquina herramienta es el “movimiento perdido” resultante de la distorsión o deformación mecánica de sus partes. El sistema de transmisión por tornillo de bolas fue un gran salto en este sentido cuando sustituyó a las transmisiones tradicionales de tornillo-tuerca en las máquinas con control numérico. La trasmisión por tornillo de bolas reduce tremendamente la inercia al iniciar o detener el movimiento, reduce la fricción, por lo que genera un movimiento más suave, es un mecanismo que conserva sus propiedades más tiempo y cuyos huelgos son muy pequeños y pueden ajustarse periódicamente. El tornillo de bolas transforma en movimiento lineal el movimiento rotatorio del motor. No obstante, hoy en día, en muchas máquinas CNC se exige un nivel de precisión por debajo del micrómetro (<0.001 mm, o <1μm), de modo que una pequeña cantidad de movimiento perdido o huelgo se traduce en un alto deterioro de la precisión de la máquina. Mediante el uso de un sistema de accionamiento de motor lineal se minimiza este problema y se asegura una precisión consistente. El motor lineal provee directamente movimiento lineal, sin necesidad de conversión alguna de movimiento. En una electroerosiva de penetración el motor lineal puede estar presente en el cabezal del electrodo. Para el caso específico de este tipo de electroerosiva, el motor lineal tiene la ventaja de una mayor velocidad del movimiento del eje (movimiento del cabezal con el electrodo) y una respuesta más rápida a los ajustes
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exigidos durante el proceso de electroerosión para mantener estable la longitud de la chispa de la descarga eléctrica (gap). En la figura 9.17 se comparan el accionamiento por motor lineal y el accionamiento por tornillo de bolas en una electroerosiva de penetración.
Fig. 9.17 Accionamiento con motor lineal y con tornillo de bolas en una electroerosiva de penetración [2] En el accionamiento con tornillo de bolas (parte derecha de la figura 9.17) un captador va midiendo las características de las descargas eléctricas del electrodo sobre la pieza y le trasmite esa información al control numérico. Este, a su vez, trasmite las órdenes necesarias al accionamiento del motor para, por ejemplo, llegar a la profundidad total de la penetración del electrodo, pero también para mantener la chispa con características constantes. Al árbol del motor están unidos directa o indirectamente el tornillo de bolas y un encoder (captador de posición). El motor responde a las órdenes recibidas mediante un mecanismo adicional que es el tornillo de bolas, el cual convierte la rotación del motor en movimiento lineal del cabezal del electrodo. El encoder mide indirectamente y hace un lazo cerrado para informar la posición del cabezal. En el accionamiento con motor lineal (parte izquierda de la figura 9.17) el mismo captador va midiendo las características de las descargas eléctricas del electrodo sobre la pieza y le trasmite esa información a un controlador de movimiento que es específico para este sistema. Este, a su vez, trasmite las órdenes necesarias al motor lineal. El motor responde a las órdenes recibidas directamente, sin
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mecanismo intermedio, pues él mismo es el elemento que debe moverse linealmente. De ahí la respuesta más rápida y la reducción notable de la posibilidad de un movimiento perdido. Como captador de posición hay una escala lineal (regla digitalizadora o regla óptica) que mide directamente la posición del cabezal (del electrodo). La mayor rapidez de movimiento del motor lineal contribuye también a una mejor solución de un problema típico de la electroerosión por penetración (figura 9.18). Entre el electrodo y la cavidad que se está erosionando se acumulan pequeñísimas virutas (limallas), diminutas bolsitas de gas y desechos del dieléctrico quemado (alquitrán). La salida y entrada rápida del electrodo en la cavidad erosionada, gracias al motor lineal, provoca la eyección eficaz de esos desechos, lo que evita que se produzcan eventualmente descargas eléctricas secundarias e inestabilidad en el gap. Estos efectos secundarios son perjudiciales para la precisión y el acabado superficial de la pieza. Tal como ya se explicó anteriormente, esta no es la única variante para limpiar el área de electroerosión cuando se está produciendo el maquinado, pero resulta la más eficaz. El sistema de accionamiento del cabezal erosionador con tornillo de bolas no logra un movimiento suficientemente rápido (extremo derecho de la figura 9.18) y, por tanto, la expulsión de desechos de la erosión no es eficaz. En ese caso se emplea la variante con expulsión desde arriba.
Salida del electrodo. Se produce una caída de presión en la cavidad. El dieléctrico arrastra consigo limallas, gas y alquitrán
Entrada rápida del electrodo. Se expulsan los desechos.
La entrada más lenta del electrodo no garantiza la expulsión de desechos.
Fig. 9.18 Expulsión de desechos de la electroerosión [2] De todo lo anterior se infiere que las electroerosivas de penetración poseen un sistema de filtrado del líquido dieléctrico para limpiarlo de desechos. Los materiales cerámicos se emplean también en estas máquinas. El empleo de materiales cerámicos en las guías de deslizamiento de las bancadas, componentes móviles y motores lineales aporta las siguientes ventajas: Cuando se emplea en componentes móviles, debido a la baja densidad de los materiales cerámicos, se obtiene una reducción de la carga necesaria del motor para mover el componente.
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El bajo coeficiente de dilatación térmica lineal minimiza las deformaciones térmicas, lo que redunda en una mayor precisión. La no conductividad eléctrica. Esta es una propiedad importante para las máquinas electroerosivas. La estabilidad del material puede ser mantenida por un largo período de tiempo.
Los CNC actuales vienen acompañados de software que permiten la programación a pie de máquina o “programación conversacional”. Esta es una ayuda importante que contribuye a ahorrar tiempo y deja solo para casos más complejos los sistemas CAM.
Fig. 9.19 Primera pantalla de LB Assist [2] Por ejemplo, el sistema LN Assist (figuras 9.19 y 9.20) incluye una amplia variedad de patrones de maquinado para una electroerosiva de penetración. Para cada uno de esos patrones posee los datos óptimos de condiciones de maquinado y movimientos de los ejes. Cuando se selecciona un patrón de maquinado, el software muestra en pantalla las condiciones adecuadas para un maquinado de precisión. Estos tipos de software almacenan datos de más de mil ejemplos de condiciones de maquinado, basados en experiencias anteriores, partiendo de datos de entrada tales como material a elaborar y la magnitud de la reducción de dimensiones a alcanzar.
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La secuencia de pasos de maquinado puede conformarse simplemente presionando botones, aun sin tener conocimientos profundos de programación.
Fig. 9.20 Segunda pantalla de LN Assist [2] 9.3 Electroerosiva de hilo En las electroerosivas de hilo el electrodo es un alambre muy fino (hilo) que hoy en día es de una aleación de cobre (latón), pero en las primeras máquinas de este tipo era de una aleación de tungsteno. El hilo de aleación de cobre puede tener entre 0.15 y 0.3 mm de diámetro y se desecha a medida que va haciendo su trabajo. El hilo de tungsteno es más caro, un poco más grueso y es reutilizable. El hilo parte de un carrete y pasa por diferentes poleas accionadas por un motor cuya función es mantenerlo estirado, así como alinearlo para su entrada en la boquilla o guía superior. Otras poleas, que están por debajo de la pieza que se elabora, lo halan lentamente para que se vaya moviendo (figuras desde la 9.21 a la 9.24). De modo que el hilo atraviesa la pieza, ya sea porque empieza a cortar desde antes de entrar en contacto con ella, o se ha abierto previamente un agujero en la pieza para insertar el hilo antes de comenzar a cortar. La tensión del hilo es muy importante: si se tensa demasiado, se parte, lo que interrumpe el proceso productivo; si no se tensa suficientemente, la precisión y el acabado superficial se afectan, y puede partirse también el hilo. Este tipo de máquina es muy útil para cortar chapas, para fabricar troqueles de corte, y con ella se pueden obtener perfiles complejos. Tiene como ventaja con respecto a la electroerosiva de penetración que no requiere de un electrodo diferente para cada pieza, según el perfil a obtener, pues gracias al CNC se producen movimientos relativos entre la pieza y el hilo que permiten obtener prácticamente cualquier perfil. La electroerosión en este tipo de máquina se efectúa sumergida en agua desionizada.
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Fig. 9.21 Electroerosiva de hilo [3] En la figura 9.21 se muestra una foto de una electroerosiva de hilo con su tapa levantada para que se pueda ver mejor su sistema de tracción y conducción del hilo. En esa foto el tanque se encuentra plegado hacia abajo, mientras que en la figura 9.22 se pueden ver el tanque desplegado hacia arriba y la tapa en su posición de trabajo.
Fig. 9.22 Vista más cercana de la misma electroerosiva de hilo [3]
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Fig. 9.23 Aproximación al sistema que conduce y tensa el hilo [3]
Fig. 9.24 Hilo erosionando el lateral de una pieza (se garantiza un paralelismo de 1 a 2 μm) [3]
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Fig. 9.25 La operaria prepara la WEDM. A la derecha, la máquina en plena faena [3] En la figura 9.25, parte izquierda, una operaria prepara la electroerosiva de hilo para hacer un trabajo. Nótese que tiene en sus manos una botonera mediante la cual posiciona adecuadamente las partes móviles de la máquina. El tanque de agua desionizada está vacío y movido hacia abajo para permitir el acceso de quien opere la máquina. La operaria de la figura 8.25 dirige su vista a las boquillas guía del alambre-electrodo. Obsérvese que la mesa donde se fijan las piezas es bastante diferente a la mesa de la electroerosiva de penetración y a las mesas que tradicionalmente se pueden observar en otras máquinas herramienta. En la figura 9.25, parte derecha, se muestra la electroerosiva de hilo en plena faena. Las paredes del tanque subieron y se llenó de agua desionizada. Nótese como burbujea el líquido en el tanque como resultado de la electroerosión. La boquilla inferior puede desplazarse cierta distancia en el plano horizontal con la intención de que el corte del hilo no sea totalmente vertical y así obtener un ángulo en la pared erosionada (figura 9.26) [1]. Esta facilidad es sumamente importante para la fabricación de algunas piezas, tales como los troqueles de corte.
9.26 Fig. 9.26 hilo Esquema que representa el hilo desviado para obtener una pared no perpendicular
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Fig. 9.27 Representación de una electroerosiva de hilo realizando su trabajo [1]
En la figura 9.27 se representa una electroerosiva de hilo cortando. Desde luego, en esa imagen se obvia que todo está sumergido en agua desionizada, para que pueda verse mejor. Nótese que el hilo comenzó a cortar desde afuera de la pieza y después sigue su corte paralelo a un perfil previamente existente. Como resultado se obtendrá una pieza de pequeño espesor, enteriza, con ese perfil, como una lámina conformada (la parte exterior se desecha).
Hilo
Fig. 9.28 Representación de una electroerosiva de hilo elaborando un perfil complejo [1]
En la figura 9.28 se muestran algunas piezas obtenidas en máquinas electroerosivas de hilo. En la foto del centro los cantos tienen un radio de 0.01 mm y se asegura que el error de ese radio no excede 1 μm. El alambre utilizado para este trabajo tiene un diámetro de 0.2 mm.
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Fig. 9.28 Piezas obtenidas en electroerosivas de hilo [3]
Fig. 9.29 Ejemplo de electroerosión por hilo [3]
Fig. 9.30 Panel de control de una electroerosiva de hilo [3]
En la figura 9.30 se muestra el panel de control de la electroerosiva de hilo que se ha tomado como ejemplo para esta explicación. Los diferentes CNC para electroerosivas de hilo permiten la importación de modelos 3D para la elaboración del programa con las herramientas de ayuda disponibles en el software del control.
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Desde luego, para las máquinas electroerosivas también se puede elaborar el programa pieza en una computadora externa mediante algún sistema CAM. Por ejemplo, el Esprit CAM es un sistema específico para WEDM.
Fig. 9.31 Elaboración de programa pieza para WEDM en computadora externa [3] También en las EDM de hilo, como en las de penetración, se han venido sustituyendo las transmisiones de tornillos de bolas por motores lineales. Estos aparecen en la mesa donde se fija la pieza (figura 9.32). Unidad CNC
Unidad CNC
Fig. 9.32 Movimiento de la mesa por motor lineal, a la izquierda, y por tornillo de bolas [3]
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En la misma medida en que el alambre va cumpliendo su función electroerosiva, se va desechando. Para evitar grandes concentraciones de alambres desechados, difíciles de almacenar y manipular, la WEDM cuenta con un accesorio que corta el hilo en pequeños pedazos cuando este ha cumplido su tarea. El alambre así cortado va cayendo en un recipiente colector que no ocupa gran espacio y puede servir después, por ejemplo, como materia prima para fundición (figura 9.33).
Fig. 9.33 Accesorio cortador del alambre [3]
La automatización del trabajo con electroerosivas puede reforzarse con el empleo de la robótica, como se muestra en la figura 9.34. En ese caso se debe contar con un CNC que tenga prevista la opción de empleo de un robot.
Robot
Fig. 9.34 Empleo de un robot en una electroerosiva de hilo [3]
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Las posibilidades de una electroerosiva de hilo pueden aumentarse con el empleo de otros accesorios, por ejemplo, el que aparece en la figura 9.35: una mesa rotatoria de dos ejes, A y B. Con ese accesorio se maquinó en una electroerosiva de hilo la pieza que aparece a la derecha de la figura.
Fig. 9.35 Mesa rotatoria con ejes A y B. Pieza elaborada con el auxilio de esta mesa [3] Entre las especificaciones más interesantes de una electroerosiva de hilo se encuentran las siguientes (se toman como ejemplo datos de un modelo de mediano tamaño): Dimensiones máximas de la pieza: 570 x 420 x 430 (ancho, largo, altura). Peso máximo de la pieza: 500 kg Área interna del tanque de trabajo: 850 x 610 mm Recorrido de los ejes X, Y, Z: 370, 270 y 250 mm Ángulo máximo posible de inclinación del corte para un espesor de la pieza de 100 mm: 25º Diámetro del hilo: entre 0.15 y 0.3 mm Tensión del hilo: entre 3 y 23 N Distancia del cabezal a la mesa: 995 mm Dimensiones externas de la máquina: 2225 x 2395 x 2220 mm (ancho, largo, altura) Potencia de entrada: 10.5 kW Desionizador del agua: depósito de 18 litros con resina sustituible. Tipo de motor de los ejes: motor lineal. Captadores de posición: escala lineal. Hay otros componentes normalizados que poseen las electroerosivas de hilo. Entre ellos se encuentran: La unidad de refrigeración del dieléctrico La unidad de filtración del dieléctrico Regulador automático de voltaje Accesorio para cortar el hilo ya usado
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Sistema de control automático del nivel de agua
Sobre el CNC de una máquina electroerosiva resulta necesario conocer, entre otros datos (se toman unos datos como ejemplo): Capacidad de memoria disponible para el usuario: se pueden editar 100 000 bloques o líneas de programa. La memoria para almacenar es de 30 Mb. Entrada de datos mediante: teclado, pantalla táctil, LAN (red), puerto USB, tarjeta. Características del monitor: 15.1 pulgadas, TFT-LCD, Touch screen, XGA Cantidad de ejes que se pueden controlar simultáneamente: 4 ejes; 8 ejes Comando mínimo de movimiento de un eje que se acepta: 0.1 μm = 0.0001 mm. Referencias del tema IX 1 2 3 4
Golean V4, il CAD/CAM di riferimento, edit. CNIndustries, Italia, 2000, www.cn-industries.com Sodick Co. Ltd., Catálogo de electroerosivas de penetración, modelos AQ35L, AQ55L, AQ75L, Japón, 2009, www.sodicj.jp Sodick Co. Ltd., Catálogo de electroerosivas de hilo, modelos AQ327L, AQ537L, Japón, 2009, www.sodicj.jp Springer handbook of mechanical engineering, varios autores, Univ Magdeburg, Alemania, 2010
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Anexo I Ejercicios sobre programas pieza para torneado
Ejercicio No.1 Elabore el programa para el torneado de la pieza que se muestra en la figura I.1:
Fig. I.1 Pieza para el ejercicio No. 1 El material de partida es una barra de Ø75 mm que sobresale de la cara del plato un total de 96 mm. Debe tornearse un escalón de 55 mm de largo y Ø50 mm. La única cuchilla disponible se encuentra en la posición 6 del portaherramientas del torno. La secuencia de torneado será: 1. Refrentado 2. Desbaste y acabado del escalón mediante G81 El avance para el refrentado y el desbaste del escalón ha de ser de 0.25 mm/rev. La profundidad de corte máxima admitida es de 5 mm. La velocidad de corte será de 130 m/min, tanto para el desbaste como para el acabado. El avance para la pasada de acabado será de 0.15 mm/rev. En el ciclo G81 la sobremedida en diámetro ha de ser de 1 mm y en longitud de 0.5 mm.
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Ejercicio No. 2 Elabore el programa pieza para el torneado de la pieza que se muestra en la figura I.2:
Fig. I.2 Pieza para el ejercicio No. 2 La pieza en bruto tiene 69 mm de diámetro y sobresale de la cara del plato 106 mm. Las sobremedidas que deben dejarse para el acabado del perfil en X y en Z deben ser de ΔX=0.8 y ΔZ=0.4 mm. La velocidad de corte para el desbaste será de 90 m/min y en el acabado de 100 m/min. El avance para refrentar en desbaste será de 0.38 mm/rev; para el cilindrado de desbaste el avance debe ser 0.4 mm/rev, y para el acabado de todo el perfil será de 0.14 mm/rev. La profundidad de corte máxima admitida es de 4 mm. Se va a emplear una cuchilla T2 para el desbaste y una cuchilla T4 para el acabado. Al refrentar inicialmente la pieza, se dejará 0.4 mm de sobremedida. El acabado no se hará dentro del ciclo G81, sino que será un torneado de todo el perfil comenzando desde el centro de rotación hacia afuera.
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Ejercicio No. 3 Elabore el programa pieza para obtener por torneado la pieza que se muestra en la figura I.3. (Se dan 23 variantes de datos en las tablas que aparecen después de la figura I.3).
Fig. I.3 Pieza para el ejercicio No. 3 Tabla I.1 Dimensiones de la pieza No. A B C D E F G 1 80 50 60 45 40 90 90 2 70 40 50 45 45 100 80 3 90 60 70 55 40 100 100 4 60 30 45 55 50 110 65 5 100 60 75 66 60 130 105 6 50 25 45 77 70 160 55 7 40 25 35 78 70 170 45 8 30 25 28 87 80 180 35 9 45 20 30 69 60 140 50 10 35 25 30 73 70 160 40 11 55 30 45 47 67 120 60 12 65 30 50 86 56 160 70 13 75 35 50 77 70 160 80 14 85 50 75 95 98 210 90 15 95 60 75 68 80 170 100 16 100 70 80 40 60 120 110 17 87 48 80 50 60 120 100 18 98 54 90 60 60 130 100
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(mm) H R 96 3 108 2 105 4 116 2 137 5 166 2 178 2 190 2 145 2 168 2 125 2 166 3 167 3 219 5 178 4 123 5 124 4 134 3
19 20 21 22 23
No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
ΔX ΔZ mm mm 1 0.5 0.5 0.4 0.5 0.3 1.1 0.5 0.8 0.6 0.8 0.9 1 0.5 0.9 0.8 0.8 0.8 0.7 0.7 1.2 0.5 0.5 0.8 1 0.5 0.6 0.6 1 0.5 0.6 0.8 0.5 0.5 1 0.7 0.7 0.9 0.9 0.5 1.1 1 0.5 0.4 0.7 0.5
67 76 58 92 89
40 40 34 68 56
60 70 50 85 80
70 70 60 65 89
50 40 50 70 60
130 120 120 140 160
80 85 65 100 100
135 126 129 143 167
Tabla I.2 Datos de corte Sd Sa Fr Fd m/min m/min mm/rev mm/rev 80 90 0.4 0.4 90 100 0.4 0.35 80 100 0.45 0.3 90 100 0.35 0.3 80 95 0.35 0.3 80 80 0.4 0.35 80 90 0.35 0.3 90 90 0.25 0.2 90 100 0.45 0.4 90 100 0.5 0.4 70 100 0.4 0.4 75 90 0.4 0.35 75 90 0.45 0.4 80 90 0.44 0.4 85 90 0.56 0.5 85 90 0.44 0.4 80 95 0.34 0.3 90 95 0.35 0.3 90 95 0.38 0.35 70 100 0.4 0.35 70 90 0.39 0.35 80 90 0.38 0.35 80 90 0.35 0.3
3 2 2 2 3
Fa ap mm/rev mm 0.2 5 0.2 5 0.1 5 0.2 5 0.1 5 0.2 4 0.2 3 0.15 3 0.2 4 0.2 3 0.15 4 0.2 5 0.25 5 0.3 5 0.3 5 0.3 5 0.25 5 0.2 5 0.2 5 0.25 5 0.25 4 0.2 5 0.2 5
El diámetro de la pieza en bruto es de G mm. La longitud de la pieza en bruto es H. Las sobremedidas en X y en Z deben ser ΔX y ΔZ mm. Las velocidades de corte son: (Sd) m/min para el desbaste; (Sa) m/min para el acabado. Los avances son: (Fr) mm/rev para el refrentado de desbaste; (Fd) mm/rev para el desbaste del perfil; (Fa) mm/rev para el acabado del perfil. La profundidad de corte máxima admitida es de (ap) mm. La cuchilla en la posición 6 es para el desbaste, y la que está en la posición 4 es para el acabado. La secuencia para el torneado es la siguiente:
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Refrentado, dejando 0.5 mm de sobremedida para el acabado. Cilindrado de desbaste de ØA. Acabado del perfil de ØA y longitud D, iniciando con un refrentado desde el eje de rotación hacia fuera. Invertir la pieza. Cambiar la posición del cero si fuera necesario. Refrentado, dejando 0.5 mm de sobremedida para el acabado. Cilindrado de desbaste de ØB y el cono corto. Acabado del perfil, empezando por refrentar de adentro hacia afuera.
Ejercicio No. 4 Elaborar el programa para tornear la pieza cuyo esquema se muestra en la figura I.4. Las tablas de datos de cada variante aparecen más adelante. En la tabla de datos de corte de este ejercicio se encuentran: El avance de desbaste para cilindrado y refrentado, Fd mm/rev; el avance de acabado del perfil, Fa mm/rev; el avance de ranurado, Fr mm/rev; la velocidad de corte de desbaste del cilindrado y el refrentado, Vd m/min; la velocidad de corte de acabado del perfil, Va m/min; la velocidad de corte del ranurado, Vr m/min; las rpm para el roscado, R rpm; la profundidad de la primera pasada en el roscado, a1 mm. El diámetro de la pieza en bruto es de A+4 mm para todas las variantes. El largo de la pieza en bruto es (G+H+I+40)+6 mm para todas las variantes. Las sobremedidas para el acabado serán de 1 mm en el diámetro y de 0.5 mm en longitud. La máxima profundidad de corte admitida es de 5 mm. El sentido de la rosca se expresa en la columna SR de la tabla de datos, de manera que “De” significa sentido derecho e “Iz” significa sentido izquierdo. Se utilizarán 4 cuchillas: T6 para desbastar T8 para el acabado del perfil T10 para ranurar T12 para roscar La T10 tiene un ancho igual al ancho de la ranura de la pieza (F), si F ≤3 mm. Pero si F>3, entonces el ancho de T10 es igual a 3 mm, y hay que utilizar el ciclo de ranurado G88. Las mordazas del plato tienen una altura de 35 mm sobre la cara de este. El cero pieza se coloca inicialmente mediante el programa. Cuando se invie rta la pieza es necesario ubicar de nuevo el cero pieza mediante la función G92.
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Secuencia de pasos 1. Fijar la pieza al plato. Colocarla al ras o a tope con la cara del plato. Colocar convenientemente el cero pieza mediante el programa. 2. Refrentar: una pasada con Z0, con velocidad y avance de desbaste. No lleva pasada con avance de acabado. 3. Cilindrar diámetro A en una sola pasada a su dimensión final, con velocidad y avance de desbaste. 4. Invertir la pieza. Fijar por diámetro A al ras con la cara del plato. 5. Ubicar convenientemente el cero pieza con G92 6. Refrentar en desbaste con 0.5 mm de sobremedida 7. Desbastar ØB 8. Desbastar el cono y el escalón de Ø D con G81 9. Acabado del perfil 10. Ranurado (si fuera necesario, con G88) 11. Roscado con G86 El ejercicio incluye confeccionar: o Croquis del análisis geométrico de la pieza: (a) para utilizar G81 (similar a la figura 5.20); (b) para utilizar G88, si fuera necesario (ver figura 5.22); (c) para utilizar G86 (ver figura 5.26); (d) para el recorrido de acabado del perfil. o Croquis de la sujeción inicial de la pieza con la ubicación del cero (ver figura 5.29). o Croquis de la segunda sujeción de la pieza (invertida), con las dimensiones correspondientes para entender la utilización de G92 (ver figura 5.30). o Selección, en la figura 5.23 del tema V, de la variante de rotación del husillo y posición de la plaquita de roscar. o Programa pieza con los comentarios que se estimen pertinentes para su mejor comprensión.
Fig. I.4 Pieza para el ejercicio No. 4
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Tabla No. A 1 75 2 70 3 65 4 60 5 55 6 50 7 80 8 85 9 90 10 52 11 62 12 72 13 82 14 92 15 57 16 67 17 77 18 87 19 97 20 59 21 69 22 79 23 89
I.3 B 68 60 55 52 48 45 70 78 83 45 53 64 75 85 50 60 70 82 90 50 60 70 82
Dimensiones de la C D SR 37.5 M40x2 De 33.5 M35x1 De 28 M30x1.5 De 27.5 M30x2 De 22.5 M25x2 De 28 M30x1.5 De 36 M40x3 Iz 36 M40x3 Iz 35 M40x4 Iz 22.5 M25x2 Iz 27.5 M30x2 Iz 28 M30x1.5 Iz 32.5 M35x2 De 36 M40x3 De 35 M40x4 Iz 26 M30x3 Iz 32.5 M35x2 Iz 36 M40x3 Iz 40 M45x4 De 23 M25x1.5 De 27.5 M30x2 Iz 31 M35x3 Iz 38 M40x1.5 Iz
pieza (mm) F G H I 4 50 60 25 2 55 65 30 3 60 70 35 4 65 75 20 4 70 80 24 3 45 60 26 5 50 70 27 6 55 70 28 5 60 80 29 4 65 75 31 3 70 80 32 3 45 60 34 4 73 65 35 5 56 70 37 6 48 75 38 5 50 80 39 4 55 60 40 5 60 70 32 6 65 70 34 3 70 80 36 4 45 75 38 5 52 80 28 3 67 90 27
Tabla I.4 Datos de corte Fd Fa Fr Vd Va Vr No. mm/rev mm/rev mm/rev m/min m/min m/min 1 0.3 0.2 0.1 200 230 90 2 0.32 0.22 0.09 205 235 95 3 0.34 0.28 0.08 210 240 100 4 0.35 0.22 0.07 215 220 85 5 0.36 0.32 0.06 220 230 80 6 0.38 0.31 0.05 190 210 75 7 0.4 0.23 0.11 180 200 70 8 0.42 0.24 0.12 185 200 90 9 0.44 0.25 0.13 195 210 95 10 0.45 0.28 0.14 190 200 100 11 0.3 0.29 0.1 180 220 85 12 0.32 0.2 0.09 185 215 80 13 0.34 0.22 0.08 195 230 75 14 0.35 0.28 0.07 200 230 90
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a1 R mm rpm 0.25 100 0.19 110 0.22 120 0.25 80 0.25 85 0.22 90 0.28 95 0.28 75 0.34 70 0.25 65 0.25 60 0.22 100 0.25 110 0.28 120
15 16 17 18 19 20 21 22 23
0.36 0.38 0.4 0.42 0.44 0.45 0.32 0.31 0.3
0.22 0.32 0.31 0.23 0.24 0.25 0.28 0.29 0.18
0.06 0.05 0.11 0.12 0.13 0.14 0.03 0.04 0.05
205 210 215 220 220 190 180 185 195
220 240 240 230 240 230 220 220 230
95 100 85 80 75 70 90 95 100
0.34 0.28 0.25 0.28 0.34 0.22 0.25 0.28 0.22
80 85 90 95 75 70 65 60 70
Variante del ejercicio No. 4 En algunos casos la longitud de la pieza pudiera llevar a la consideración de que sería necesario taladrar un centro a la pieza en su segunda colocación, la cual se iniciaría como una colocación al plato, pero derivaría en una colocación entre plato y punto. Si como parte de la ejercitación se desea aplicar esta variante, habría que modificar un poco la secuencia de torneado: Secuencia de pasos 1. Fijar la pieza al plato. Colocarla al ras o a tope con la cara del plato. Colocar convenientemente el cero pieza mediante el programa. 2. Refrentar: una pasada con Z0, con velocidad y avance de desbaste. No lleva pasada con avance de acabado. 3. Cilindrar diámetro A en una sola pasada a su dimensión final, con velocidad y avance de desbaste. 4. Invertir la pieza. Fijar por diámetro A al ras con la cara del plato. 5. Ubicar convenientemente el cero pieza con G92 6. Refrentar al largo final con velocidad y avance de acabado 7. Taladrar centro (seguidamente se coloca el punto manualmente) 8. Desbastar ØB 9. Desbastar el cono y el escalón de Ø D con G81 10. Acabado del perfil 11. Ranurado (si fuera necesario, con G88) 12. Roscado con G86 El séptimo paso requiere de una herramienta de corte adicional: una broca de taladrar centros, como la que aparece en la figura siguiente:
Fig. I.5 Broca de taladrar centros Esta broca puede estar colocada en el portaherramientas, por ejemplo, en la posición 3. Sería entonces la herramienta T3.
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Entonces hay que incluir en el programa pieza este paso 7, que requiere de varios bloques: Colocación de la herramienta en posición de trabajo (T3 D3) Posicionamiento de la herramienta para iniciar el taladrado (G0 X0 Z3) Taladrado. Se puede usar un ciclo de taladrado, pero en realidad es un agujero de tan poca profundidad que se puede programar simplemente con G1 un desplazamiento hasta la profundidad adecuada, de acuerdo con las dimensiones que requiera el centro (por ejemplo, Z-10). En este bloque de programa deben utilizarse las rpm y el avance que recomiende el fabricante de la herramienta. Es conveniente en este bloque utilizar G97 (velocidad en rpm). El sentido de rotación del plato depende de si la broca corta a la derecha o a la izquierda, normalmente debe ser M3. Alejamiento de la herramienta T3 y colocación de nuevo en posición de trabajo de la herramienta T6. La colocación del punto se programaría también, si se tratara de un torno CNC que tiene esa prestación o, en caso contrario (que es el de este ejercicio), la contrapunta se movería por el operario de manera manual para completar la fijación entre plato y punto. Si el movimiento de la contrapunta es manual, sería necesario programar previamente una detención de la corrida del programa y una parada del husillo (M0 M5). Una vez colocado el punto como apoyo de la pieza, hay que tener programado el reinicio de la corrida del programa y la rotación del plato. El operaría pulsaría entonces el botón de ejecución para continuar. El acabado del perfil se haría a partir del punto de inicio del bisel de 30º de la rosca. Para retirar el portaherramientas con el fin de hacer cambio de herramienta, hay que tener presente que la contrapunta limita la longitud del movimiento del carro, por lo que en lo posible el alejamiento debe hacerse en X.
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Anexo II Ejercicios sobre programación del CNC de una fresadora Aclaración general: Para los tres ejercicios de este anexo se empleará una fresadora de husillo vertical con un CNC igual al estudiado en el tema VII. Ejercicio No. 1 Elabore el programa pieza para el fresado de la parte superior de la pieza que se muestra en la figura II.1. Las dimensiones aparecen en una tabla de variantes después del enunciado de este ejercicio.
Fig. II.1 Pieza para el ejercicio No.1 El maquinado se realiza en el plano XY. Obsérvese la posición del cero pieza, el cual se coloca previamente de manera manual. El fresado de desbaste se desarrollará con una fresa de ØN mm. En el perímetro del perfil se dejará 1 mm de sobremedida. Finalmente, se dará la pasada de acabado de todo el perfil con otra fresa, pero de ØL mm. El sentido del recorrido que realizará la fresa es el mismo en el desbaste y en el acabado, y es un dato que aparece en la tabla al finalizar el enunciado de este ejercicio. En dicha tabla el sentido antihorario se representa como AH, y el sentido horario (el mismo de las manecillas del reloj) se representa por H. La decisión de cuál será el punto de partida de la fresa forma parte del ejercicio.
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Para todas las variantes de este ejercicio, el régimen de corte para el desbaste es de 1000 rpm, con un avance de 250 mm/min. Para el acabado la frecuencia de rotación es de 1500 rpm y el avance de 230 mm/min El material de partida es una placa de 2M mm de altura, con una longitud de C mm y un ancho de A mm, que se fija en un tornillo de banco sobre la mesa de una fresadora CNC de husillo vertical, con cambio manual de herramienta. Tabla de variantes para este ejercicio No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
A 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
C 100 110 120 130 140 105 115 125 135 145 150 100 110 120 130 140 105 115 125 135 145 150 130
D 85 92 100 110 110 80 80 95 120 120 125 70 80 80 110 110 78 94 97 107 119 132 103
E 6 6 10 10 10 9 15 15 20 20 25 8 8 10 10 10 16 20 25 25 20 20 25
F 5 5 5 5 10 10 5 5 5 5 5 3.5 4 4 4.5 4 4 4 6 5.5 6.5 4 5
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M ØN ØL 20 15 10 25 15 10 30 20 10 35 20 10 23 25 20 22 25 20 27 15 10 31 20 10 21 16 10 24 16 10 26 15 10 20 10 10 25 12 20 30 12 20 35 15 10 23 15 20 22 15 20 27 16 20 31 20 10 21 16 10 24 20 10 26 12 10 32 15 10
Sentido
AH H AH H AH H AH H AH H AH H AH H AH H AH H AH H AH H AH
Ejercicio No. 2 Elabore el programa para el fresado de acabado del perfil de la pieza cuyo esquema se presenta en la figura II.2. El maquinado se efectúa en el plano XY. El inicio de la pasada de acabado se sugiere programarlo donde dice “punto de partida”.
Fig. II.2 Pieza para el ejercicio No. 2 En la figura II.3 se muestra una variante de recorrido del eje de rotación de la fresa para el desbaste de la pieza, pero en este ejercicio no se va a elaborar el programa para las pasadas de desbaste, solo para la pasada de acabado. En la figura II.4 se muestra el recorrido del eje de rotación de la fresa en la pasada de acabado. En la figura II.5 se muestra una simulación del resultado del desbaste de la pieza (tres primeras figuras) y de la pieza ya acabada.
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Fig. II.5 Simulación del fresado de la pieza
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El perfil a fresar tiene una altura de 5 mm sobre la placa que le sirve de base, y en este ejercicio se supone ya desbastado, de modo que solo es necesario dar la pasada de acabado a ese perfil. La pieza de partida es un bloque o placa de una altura de 20 mm, con 80 mm de longitud y 80 mm de ancho. La pieza se fija en un tornillo de banco sobre la mesa de la fresadora. Se maquina en el plano XY. Se sugiere que se coloque el cero pieza en el centro de la figura. Aplique la programación en coordenadas cartesianas. Haga el recorrido en sentido antihorario (en contra de las manecillas del reloj). Se emplea una fresa de espiga de Ø8 mm. Suponga una rotación del husillo de 1000 rpm y una velocidad de avance de 100 mm/min. El acabado del perfil se realiza en una sola pasada. El ejercicio tiene dos partes: a) Elaborar el programa pieza sin emplear las funciones de imagen espejo. b) Elaborar el programa utilizando las funciones de imagen espejo.
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Ejercicio No. 3 Elaborar el programa pieza para el acabado del perfil que se muestra en la figura II.6. El ejercicio tiene dos variantes: a) Dadas las características del dimensionamiento y el perfil a obtener, se sugiere hacer el programa fundamentalmente mediante coordenadas polares. Debe valorarse también el empleo del giro del sistema de coordenadas para acortar la longitud del programa. b) Sin embargo, hay suficientes datos para hacer el programa también en coordenadas cartesianas. Valorar en esta otra variante el empleo de las funciones de imagen espejo.
45º
Fig. II.6
Pieza para el ejercicio No. 3
La pieza es un bloque de 120 mm de ancho, 120 mm de longitud y 40 mm de altura. El perfil en forma de coma tiene una altura de 8 mm. Nótese que los centros de los tres arcos de circunferencia que forman cada uno de los dos perfiles se encuentran situados sobre una línea auxiliar que se encuentra girada 45º con respecto al eje de las abscisas.
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Una variante de desbaste de la pieza se muestra en la figura II.7, pero no es motivo de este ejercicio, que se reduce solo a la pasada de acabado.
Fig. II.7 Variante de desbaste de la pieza En la figura II.7 el recorrido del eje de rotación de la fresa se representa mediante líneas de color naranja. El perfil desbastado queda con 2 mm de sobremedida para la pasada de acabado.
Fig. II.8
Simulación del desbaste del perfil
En la figura II.8 se muestra parte de la simulación del desbaste del perfil. En la parte izquierda de esa figura se puede ver cómo se desbastan primero los espacios que no tienen perfiles que sobresalgan (a veces llamados “islas”). En la parte derecha de la figura se muestra la pieza ya desbastada. Nótese que el extremo más agudo de ambos perfiles aún tiene un pequeño radio, producto de la sobremedida de 2 mm que se ha dejado para la pasada de acabado.
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Fig. II. 9 Recorrido del eje de la fresa en la pasada de acabado En la figura II.9 se sugiere el posicionamiento inicial de la fresa en una línea imaginaria inclinada 45º con respecto al eje de las X, de modo que, más adelante, el contacto de la periferia de la fresa con el perfil a maquinar se produzca exactamente en el punto de tangencia de los arcos de radios 13 y 26 mm. Nótese el sentido de giro de la fresa, cuyo diámetro es de 15 mm. El recorrido se hará en el sentido de las manecillas del reloj. La rotación del husillo será de 2000 rpm y el avance de 130 mm/min.
Fig. II.10 Pieza ya terminada
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