-
7/24/2019 Centros de Mecanizado
1/7
Centro de mecanizadoUn centro de mecanizadoes una
mquinaaltamente automatizada capaz de realizar mltiplesoperaciones
de maquinadoen una instalacin bajo CNC(control numrico
computarizado) con la
mnima intervencin humana. Las operaciones tpicas son aquellas
que usan herramientasde
corte rotatorio como cortadores y brocas. Este sistema de
mecanizado destaca por su velocidad deproduccin como ventaja y los
altos costos como desventaja.
Centro de mecanizado.
Existen centros de mecanizado de una gran variedad de tamaos,
tipos, funciones y grados deautomatizacin. Sus costos estn
comprendidos en el rango de 50.000 hasta 1.000.000 de euroso
ms. Sus potencias nominales llegan a 75kWy las velocidades de
husillode las mquinas ms
usadas tienen lmites de 4000-8000 RPM. Algunas mesas inclinables
son capaces de soportarpiezas de ms de 7000 Kgde peso.
En la actualidad se construyen muchas mquinas en forma modular,
de tal modo que se puedeninstalar y modificar diversos equipos y
accesorios perifricos, segn se necesite en los cambios
de productos a manufacturar.1
ndice
1 Aspectos generales
2 Estructuras de centros de mecanizadoo
2.1 Materiales
o 2.2 Dilataciones trmicas
o 2.3 Rigidez y capacidad de amortiguamiento de vibraciones
3 Plataformas de Stewart
4 Arquitectura electro-informtica con un centro de
mecanizado
o
4.1 Unidad central de procesos o CPUo 4.2 Perifricos de
entrada
o
4.3 Unidades de almacenamiento de datos
o 4.4 Perifricos de salida
o 4.5 Unidad de enlace, PLC
5 Aplicaciones especiales
o 5.1 Maquinado de alta velocidad
o 5.2 Maquinado de ultraprecisin
6 Fuentes
-
7/24/2019 Centros de Mecanizado
2/7
7 Referencias
8 Enlaces externos
Aspectos generales
Panel CNC de Siemens.
Los centros de mecanizado poseen las siguientes
caractersticas:
Son reconfigurables, por lo que pueden cambiar rpidamente de
configuracin pararealizar diferentes tareas de mecanizado sobre una
pieza.
La flexibilidad y versatilidad debida al alto grado de
automatizacin las hace capaces de
realizar diversas operaciones de mecanizado de una pieza. La
uniformidad en la produccin, que es importante en las producciones
en serie.
Alta velocidad de produccin, ya que realizan gran cantidad de
operaciones de forma
automtica sobre la pieza.
Buen acabado superficial, lo que las hace aptas para dar forma
final a las piezasfabricadas.
Una mquina de herramienta CNCse difiere de una mquina de
herramienta convencional en lossiguientes aspectos:
El operario puede manejar varias mquinas CNCa la vez.
No se necesita consultar apenas el plano. El programa tiene todo
el control de los parmetros de corte.
Existe la posibilidad de realizar prcticamente cualquier tipo de
mecanizado.
Tiene un elevado costo de mquinas, accesorios y
mantenimiento.
Se necesita mantener grandes volmenes de produccin para
amortizar costes.
Estructuras de centros de mecanizado
-
7/24/2019 Centros de Mecanizado
3/7
Algunos de los aspectos a tener en cuenta en el diseo de la
estructura de una mquinaherramienta son los materiales empleados,
las dilataciones trmicas, la rigidezy la capacidadde
amortiguamiento de las vibraciones.
Materiales
Los requisitos de los materiales a fabricar son:
Baja densidad para minimizar las fuerzas de inercia.
Rigidez.
Baja dilatacin trmica.
Alta conductividad trmica.
Capacidad de absorber vibraciones.
Bajo costo.
Los materiales ms comunes para estructuras de soporte o armazn
de la bancada son:
hierro coladoo fundicin gris, dctil o modular. Acero
forjado.
Concreto de polmero.
Entre los desarrollos ms recientes se incluye el uso de
cermicosy de compuestos de granitoy
epxico.
El hierro griso de fundicintiene un bajo costo y buena absorcin
de vibraciones, perolas partes resultan muy pesadas en relacin a
sus capacidades mecnicas.
Los cermicosse usan en mquinas herramientas de avanzada, sus
ventajas son laresistencia especfica, rigidez, resistencia a la
corrosin, buen acabado superficial y
estabilidad trmica. Los materiales compuestospueden estar
formados por una gran variedad y combinacin
de matrices y materiales de refuerzo, presentan buenas
propiedades mecnicas.
El concreto de polmeroes una mezcla de concreto triturado y
plstico, puede serfundido fcilmente para tomar diferentes formas.
Tiene buena capacidad de absorber
vibraciones pero baja rigidez y baja conductividad trmica.
El compuesto granito epxicoconsiste de 93% de granito triturado
y 7% de aglomeranteepxico.
Dilataciones trmicas
Las distorsiones trmicas en las mquinas herramientas contribuyen
significativamente a laimprecisin de la operacin de mecanizado. Se
estima que un 50% del error final tiene esta causa.
Las fuentes de temperatura pueden ser internaso externas. Las
primeras son rozamientosprovocados en todas las juntas y los
actuadores elctricos y el calor producido gracias al corte,
lassegundas son los fluidosde corte, y en cualquier causa de las
variaciones de temperatura en el
ambiente que rodea a la mquina. Las soluciones implementadas
para minimizar los efectos de
las dilataciones trmicasson:
Rodamientosde gaso fluido.
-
7/24/2019 Centros de Mecanizado
4/7
Utilizacin de fluido de corte para refrigerar la zona de
trabajo.
Implementacin de materiales con bajo coeficiente de dilatacin
trmica.
Compensacin de errores por software.
Rigidez y capacidad de amortiguamiento de vibraciones
Torno CNC.
Estos dos aspectos son funciones de:
a) Propiedades mecnicas de los materiales empleados: mdulo de
elasticidad, densidad.
b) La geometra de las partes de la mquina.
c) los tipos y cantidades de juntas usadas.
Hay un compromiso entre la ligereza de los componentes,
importante para obtener menoresfuerzas de inercia y mayores
velocidades de maquinado, y la rigidez, que se logra con
componentes grandes y pesados.
Con respecto a las vibraciones, es importante notar que cuanto
mayor es el nmero de junturas,
mejor es la capacidad de amortiguar vibraciones.
Plataformas de Stewart
Un disco innovador para las estructuras de los centros de
mecanizado son los hexpodos, tambin
llamados plataformas de Stewart. En estas mquinas, el husilloes
agarrado por seis barras delongitud variable, pudiendo moverse segn
6 ejes.
Los centros de mecanizado tradicionales consisten bsicamente de
mecanismos en serie, conestructuras de tipo cantilever. Estas
caractersticas no son buenas desde el punto de vista de laprecisin
ya que las deformaciones de cada pieza se suman acumulando una
desviacin total en el
husillo y las estructuras de tipo cantilever admiten
deformaciones grandes, resultando una bajarigidez.
En cambio, en las plataformas Stewart, se utiliza el concepto de
mecanismos en paralelo, porotra parte, la mayora de los esfuerzos
sobre los miembros son axiales, as que la estructura es
inherentemente ms rgida. Los miembros en paralelo soportando la
carga entregan un error
promedio y sufren variaciones de fuerza baja en las juntas en
comparacin a los mecanismos enserie. Las barras consisten de tubos
telescpicos con tornillos sinfines de bolas.
-
7/24/2019 Centros de Mecanizado
5/7
Otra mejora que se persigue con este innovador tipo de mquinas
es aumentar el volumen en elcual el husillo puede actuar, para
poder mecanizar piezas grandes. Por otra parte, al tener seis
grados de libertad se puede tener el eje de la herramienta de
corte constantemente perpendiculara
la superficie que est siendo mecanizada.
Arquitectura electro-informtica con un centro de
mecanizadoUn centro de mecanizado tiene una estructura muy
parecida a los sistemas informticos clsicos,
pudiendo comunicarse entre ellos. Actualmente pueden llegar a
formar parte de una red
informtica. Bsicamente se distinguen las siguientes partes o
estructuras en los sistemas de los
centros de mecanizado:
Unidad central de procesoso CPU. Perifricos de entrada. Unidades
de almacenamiento de datos. Perifricos de salida. Unidad de enlace,
PLC.
Unidad central de procesos o CPU
Es el corazn del sistema. Est compuesto por una estructura
informtica donde el
microprocesadordetermina la capacidad real de la mquina CNC.
Entre las funciones que tiene
que realizar se encuentran:
Calcular la posicin de los ejes y los desplazamientos de la
mquina.
Controlar los diferentes modos de funcionamiento de la
mquina.
Perifricos de entrada
Son todos los elementos que sirven para suministrar la
informacin a la CPU. Entre los ms
importantes estn los siguientes:
Reglas pticas y posicionadores.
Conexin con el ordenador.
Teclado y panel de mandos.
Unidades de almacenamiento de datos
Actualmente los tipos ms utilizados son:
Disco duro.
Conexin RS232 con ordenador.
Perifricos de salida
-
7/24/2019 Centros de Mecanizado
6/7
Son todos aquellos elementos que sirven para recibir la
informacin que suministra la CPU. Entrelos ms importantes se
destacan:
Comunicaciones RS232.
Monitor.
Control de movimiento de los ejes y dems elementos de la
mquina.
El monitor le informa al operario todos los sucesos que se estn
produciendo entre los diferentes
procesos de comunicacin, tanto los datos de entrada como los de
salida.
Unidad de enlace, PLC
Una vez procesados los datos por la CPU, se transmite la
informacin a los diferentes rganos dela mquina, para que se proceda
a la ejecucin. Estos datos no los enva directamente a la
mquina sino que lo hace a travs de la PLC, tambin llamado
autmata programable.
Aplicaciones especiales
A continuacin se presentan algunas de las aplicaciones que un
Centro de Mecanizado puedetener:
Maquinado de alta velocidad
Los rangos de velocidades de corte se clasifican en:
High speed: 600-1800 m/min. Very high speed: 1800-18000 m/min.
Ultrahigh speed: >18000 m/min.
Se debe tener en cuenta que el maquinado de alta velocidad cobra
importancia cuando el tiempo
de corte es grande frente a otros tiempos de operaciones sobre
la pieza. Se debe estudiarcuidadosamente en qu aplicaciones se
justifica la implementacin de las altas velocidades de
corte. Algunos ejemplos son:
Motorespara vehculos.
Componentes de estructuras de avionesen aluminio.
Un aspecto positivo del maquinado a altas velocidades es la
rpida remocin del calor debido a la
cantidad de chips que salen de la pieza.
Las caractersticas de las mquinas de herramientas que funcionan
a alta velocidad son:
Rodamientos especiales.
Grandes fuerzas de inercia.
Diseo especial del husillo.
Herramientas de corte especiales.
Alta capacidad de procesamiento y control computacional.
-
7/24/2019 Centros de Mecanizado
7/7
Maquinado de ultraprecisin
La demanda de mayor precisin surge de las aplicaciones en
computacin, electrnica y nuclear
entre otras. Algunos productos son espejos pticos, discos de
memoriapara computadorasytambores para mquinas fotocopiadoras. Los
requerimientos de terminacin superficial son del
orden de decenas de nanmetros.
Fuentes
1. Fundamentos de Manufactura Moderna, Mikell P. Groover.
2. Manufactura, ingeniera y tecnologa, Serope Kalpakjian, Steven
R. Schmid.3.
Control numrico y programacin: Centros de Fabricacin de mquinas,
Francisco Cruz
Teruel.
Referencias
1.
Centro de mecanizado
