Manufactura Cnc 2

Carlos Francisco Leura González

MANUFACTURA AVANZADA

Programación de máquinas CNC (CAD-CAM)


TECNOLOGIA DE NC Y CNC

• Emerge a mediados del siglo veinte, en cooperación de la fuerza aérea (USA), el MIT y Jhon Parsons.

• Control numérico puede ser definido como la operación de una maquina-herramienta por medio de instrucciones codificadas específicamente por los sistemas de control de la máquina.

• Las instrucciones son combinaciones de letras del alfabeto, dígitos y símbolos, escritas en un orden lógico y predeterminado.

• Los modernos sistemas CNC utilizan micro procesadores internos capases de manipular funciones logicas.


Maquinas herramientas convencionales (MHC).

• La ejecución de una pieza, en una MH convencional, necesita la elaboración de una serie de documentos previos, además el operador decide los ajustes y acciones a ejecutar:

• El operador forma parte del ciclo de trabajo. Este controla los desplazamientos y ajustes, compara el resultado obtenido con el resultado deseado y decide la continuación o la detención del trabajo. Interviene visual y manualmente en el curso de todas las operaciones.


Maquinas herramientas convencionales (MHC).


Maquinas herramientas de control numérico (MHCN).

• La ejecución de una pieza, en una MHCN, necesita además de un dibujo de definición de la pieza, un programa de fabricación de la pieza, que contiene todos los ajustes y todas las acciones a ejecutar en la MHCN para obtener la pieza.

• El operador no forma parte del ciclo de fabricación. Interviene antes de ella, participando en la puesta a punto del programa de la pieza y aportando las modificaciones a un programa existente. Interviene después de la fabricación, controlando las cotas obtenidas y decidiendo las modificaciones necesarias.






OBJETIVO DE UN CONTROL NUMÉRICO.

• Incrementar la producción.

• Reducir los costos de trabajo.

• Hacer la producción mas económica.

• Hacer los trabajos imposibles o imprácticos sin un control numérico.

• Incrementar la exactitud en el duplicado de partes.


VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN CONTROL NUMÉRICO.

Ventajas

• Incremento en la producción.

• Reducción en el almacenamiento y costo de herramientas.

• Reducción en las partes de inventario.

• Flexibilidad que acelera los cambios en el diseño.

• Mejor exactitud en las partes.

• Reducción en el manejo de partes.

• Buena uniformidad en las partes.

• Buen control de calidad.

• Mejora en el control de manufactura.

Desventajas

• Incremento en el mantenimiento eléctrico.

• Inversión inicial alta.

• Alto costo en la operación por hora comparado con las maquinas herramienta tradicional.

• Reentrenamiento del personal existente.


SISTEMAS DE CONTROL NUMÉRICO

• Una maquina CNC consiste en dos componentes principales: la maquina herramienta y el controlador o la unidad de control de la maquina (MCU).

• Estos dos componentes no necesariamente son fabricados por la misma compañía.


PRINSIPALES TIPOS DE MAQUINAS HERRAMIENTA DE CNC

• Fresadoras y centros de maquinado.

• Tornos y centros de torneado.

• Taladradoras.

• Boring mills y perfiladoras.

• Máquinas de electroerosión.

• Prensas troqueladoras y cizalladoras.

• Corte con llama.

• Routers.

• Chorro de agua y perfiladoras laser.

• Rectificadoras cilíndricas.

• Soldadoras.

• Dobladoras, maquinas bobinadoras e hilado.



Centro de maquinado.



Torno de control numerico.



Panel frontal o controlador de una

moderna maquina CNC


LOS ROBOTS COMO MAQUINAS HERRAMIENTA

• Un robot es un manipulador multifuncional reprogramable diseñado para mover materiales, partes, herramientas o dispositivos especializados a través de movimientos programados variables para el desarrollo de una gama de tareas (Spongy Vidyasagar, 1989).



• La definición anterior incluye manipuladores mecánicos, maquinas de control numérico, maquinas caminantes y humanoides de la ciencia ficción

• Clasificación de manipuladores: robots móviles, robots manipuladores seriales y paralelos.








TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL

• Existen dos tipos de sistemas de control usados en las maquinas NC: sistemas punto a punto y sistemas de trayectoria continua.

• Las maquinas punto a punto se mueven solo en línea recta, se limitan solo para operaciones de agujeros (taladrado, rimado, boring y cortes rectos con fresa).





• Una maquina de trayectoria continua (o sistema de contorneado) tiene la habilidad de mover sus motores a diferentes rangos de velocidad.

• Puede realizar cortes de segmentos de arcos y ángulos.




SERVOMECANISMOS

• Los tipos de motores que en la actualidad se utilizan para los movimientos de una CNC son de cuatro tipos.

a) Motores a pasos

b) Servomotores de CD

c) Servomotores de CA

d) Servomotores hidraulicos.


SISTEMAS DE ACCIONAMIENTO

•Servomotor.



•Embobinado.



•Encoder.


CENTROS DE MAQUINADO CNC (FRESADO)

Alguna de sus clasificaciones:

• Por el numero de ejes; dos, tres o mas.

• Por la orientación de los ejes; horizontal o vertical.

• Cuando el movimiento del husillo es arriba o abajo, se clasifica como un centro de maquinado vertical (VMC por sus siglas en ingles).

• Cuando el movimiento del husillo es hacia dentro o afuera, se clasifica como un centro de maquinado horizontal (HMC por sus siglas en ingles).





• Capases de realizar operaciones como; taladrado, rimado, roscado, boreado, perfilado, avellanado, etc.

• Principalmente equipadas con; almacenador de herramientas (magazine o carrusel), intercambiador automático de herramientas (ATC), cargador automático de herramental (pallet, APC), y mucho mas.

• Algunos equipos modernos tiene adicionalmente; controles adaptivos, interfaces robóticas, carga y descarga automática, sistemas de inspección, máquinas de alta velocidad, etc.


CENTROS DE MAQUINADO CNC (EJES)

• La dirección de los ejes de la maquina es definida en términos del movimiento del husillo.

• En algunas maquinas el husillo tiene movimiento en los ejes y en otras no.

• Para propósitos de estandarizar, la dirección positiva y negativa de cada eje será siempre definida como si el husillo fuese el que se moviera.

• En una fresadora vertical la mesa se moverá en dirección opuesta al indicado por el signo.





•Esquema de seis ejes.



• Los centros de maquinado tienen al menos tres ejes X, Y y Z (traslación), pueden contar con ejes de rotación adicióneles indexados o de giro continuo. • Generalmente el A para modelos verticales y el B para horizontales. • Una maquina que cuenta con tres ejes primarios (X;Y;Z), mas una mesa indexada como eje A, sele conocerá como una máquina de tres ejes y medio. • Si la mesa fuera de movimiento continuo se conocería como máquina de 4 ejes, sempre y cuando el corte se este realizando con el movimiento simultaneo de los 4 ejes.



• En un VMC la programación siempre se lleva a cabo desde el punto de vista del husillo, lo que significa que la vista del programador es como si mirara hacia abajo, a los noventa grados hacia la mesa de la máquina. •Los HMC son categorizados como máquinas versátiles multi-herramientas y son usadas para piezas cubicas; carcasas de bombas, cajas de engranes, manifolds (conectores), monoblocks, etc. •Estas máquinas siempre incluyen una mesa especial indexada (eje B)



•Es posible encontrar maquinas de 4 y 5 ejes, como la que se muestra en la figura, de 5 ejes mesa giratoria y husillo inclinable.



Centro de maquinado horizontal de 4 ejes.

Centro de maquinado tipo puente de 5 ejes.


ESPECIFICACIONES TÍPICAS DE LOS

CENTROS DE MAQUINADO VERTICAL Y

HORIZONTAL


TORNOS CNC

• Son utilizados principalmente para maquinados cilíndricos o cónicos, tales como flechas, anillos, ruedas, taladrados, roscas, etc.

• Su clasificación típica es por diseño y por el numero de ejes; tornos CNC verticales y tornos CNC horizontales (por diseño).

• Tornos CNC verticales lo mas común es que cuenten con 2 ejes, tornos CNC horizontales cuentas con dos, tres, cuatro o cinco ejes.


TORNOS CNC (EJES)

• Los dos ejes perpendiculares típicos en un torno CNC son: el eje X (carro transversal)y el eje Z (carro longitudinal).

• Las herramientas son montadas en un almacenador llamado torreta, que puede ser interno o externo.

• La orientación en el torno horizontal con movimiento hacia arriba, hacia abajo para el eje X, movimiento hacia la izquierda y derecha para el eje Z.


TORNOS CNC (EJES)


TORNOS CNC (EJES)

Diagramas esquemáticos comparativos de un torno convencional y uno de control numérico.


ESPECIFICACIONES TÍPICAS DE UN TORNO CNC


SISTEMA COORDENADO CARTESIANO

•La base para todos los movimientos de la maquina es el sistema coordenado cartesiano.


SISTEMA COORDENADO CARTESIANO

•Además el sistema coordenado cartesiano es dividido en cuadrantes y en dirección contraria a las manecillas del reloj.

•Note que los signos de X y Y cambian cuando nos movemos de un cuadrante a otro.


EJEMPLO TÍPICO DE UN PANEL DE CONTROL (FANUC 16-M)


EJEMPLO DE PANEL DE OPERACIÓN DE UN CENTRO DE MAQUINADO CNC


GENERADOR MANUAL DE PULSOS PARA FANUC (Handle)


ESTACIÓN DE CONTROL GENERAL DE UN CENTRO DE MAQUINADO CNC (GE FANUC 18I/21I-MB)


PROCESO DE PLANEACIÓN Y SELECCIÓN DE LA HERRAMIENTA

• El proceso de planeación es un termino usado para describir el desarrollo de una pieza en el programa de NC.

• Un numero de decisiones deberán ser tomadas para que el programador tenga éxito en el programa de la pieza.

1. ¿Qué maquina de control numérico deberá ser usada?

2. ¿Cómo deberá ser sostenida la pieza en la maquina?

3. ¿Qué operaciones maquina y estrategias deberán usarse?

4. ¿Qué herramientas de corte se usaran?


HERRAMIENTAS PARA EL CONTROL NUMÉRICO

• Las herramienta es una consideración vital en la eficiencia de un programa de control numérico.

Materiales para las herramientas de corte.

Las herramientas de corte son disponibles en tres tipos de materiales básicos:

1. Acero de alta velocidad, (HSS).

Ventajas:

• Costos menores comparados con las herramientas cerámicas y de carburo.

• Menos quebradizo y menos probable que se rompa durante interrupciones de cortes.

• La herramienta puede ser reafilada fácilmente.



Desventajas:

• Temperaturas altas durante el maquinado.

• No corta materiales duros.

2. Carburo de tungsteno.

Estas herramientas se encuentran en tres presentaciones básicas, herramientas sólidas de carburo, herramientas de carburo soldadas, una herramienta de carburo soldada sobre un zanco e insertos de carburo que utiliza insertos sujetos en barras o porta insertos de acero (holders).



Ventajas:

• Soporta temperaturas elevadas.

• Los carburos son adecuados para el corte de materiales duros.

• Las herramientas de carburo sólido absorben mejor las vibraciones de la pieza durante el maquinado.

• Los insertos de los cortadores son fácilmente remplazados.

Desventajas:

• Costo mas elevado comparado con las herramientas HSS.



• Mas quebradizos tiende a astillarse en la interrupción de cortes.

• El carburo es duro y se requiere de piedras de diamante.

3. Cerámicas.

Ventajas:

• En algunos casos mas barato que los carburos.

• Cortan materiales duros con avances de corte altos.

Desventajas:

• Es mas quebradizo.

• Velocidades de giro muy elevadas, para evitar que los insertos se rompan fácilmente.



Las herramientas de acero de alta velocidad se utilizan normalmente en aluminio y en otros materiales no ferrosos, mientras que los carburos son usados en aceros y metales exóticos. Los insertos cerámicos son usados en aceros duros y metales exóticos.

Algunos insertos de carburo son cubiertos con sustancias especiales como titanio, para incrementar la vida del mismo.


PROGRAMACIÓN EN MAQUINAS DE NC

Programación: es el control de trayectorias de las herramientas ordenadas por medio del uso de números y símbolos.

Partes de un programa de control numérico:

Independientemente del control que utilice la maquina, todos los programas de CNC consisten en las mismas partes básicas o secciones.



• Iniciación del programa. La sección de arranque emite algunos comandos requeridos para el arranque del programa, como poner el programa en pulgadas que solo se requiere al inicio del programa.

• Bloque de seguridad de la herramienta. Sirve para emitir comandos para cancelar cualquier modalidad de la maquina que pudiera haber quedado activado, si el operador de la maquina interrumpió el ciclo.

• Bloques de carga de herramienta. Son secuencias donde la herramienta es ubicada en el husillo, manualmente o por un cambio automático, así como la compensación de la herramienta.



• Bloques de movimiento de la herramienta. Contiene el código para el movimiento del cortador actual.

• Bloques de cancelación de la herramienta. Finaliza la compensación de la herramienta y hace un cambio de herramienta. Todos los comandos activos en el ciclo se apagan en esta sección y el control se deja en un estado de lectura para la próxima herramienta.

• Bloques de finalización de programa. Emite algunos comandos necesarios después de haber realizado todos los movimientos de la herramientas, pero antes de terminar el programa.



Ejemplo de una estructura típica de un programa.



Formato de dirección de palabra (formato de bloque variable): el nombre debido a que, el programa esta en líneas (bloques) que varían en longitud de acuerdo a la información contenida en el mismo.

Direcciones. El formato de bloques para direcciones de palabras como se muestra:

N…G…X….Y….Z….I….J….K….F….H..S….T..M..

Solo se dará la información necesaria por línea, cada una de las letras es llamada dirección o palabra.



N- Bloque de numero de secuencia. Un numero N es usado para numerar las líneas del código de NC, para referencia del operador y/o programador.

G- Funciones preparatorias iniciales. Cambian el modo de control de la máquina. Por ejemplo funciones preparatorias como rapid/feedrate, modo de taladrado, modo de machuelear, modo de boreado, etc.

X- Designa una coordenada en el eje X.

Y- Designa una coordenada en el eje Y.

Z- Designa una coordenada en el eje Z.



I- Identifica el centro de un arco en el eje X (punto central del arco en X).

J- Identifica el centro de un arco en el eje Y (punto central del arco en Y).

K- Identifica el centro de un arco en el eje Z (punto central del arco en Z).

S- Fija las rpm del husillo.

H-Especifica el registro de la compensación de la herramienta.

F- Asigna la velocidad de avance del cortado.



T- Especifica el estado de espera de la herramienta (la herramienta que será usada en el próximo cambio de herramienta.)

M- inicializa funciones misceláneas (funciones M). Son funciones de control auxiliar tales como arranque (giro) o paro del husillo, arranque o paro del lubricante refrigerante, inicializa los cambios de herramienta, señaliza el fin del programa, etc.


COMANDOS PREPARATORIOS

Las direcciones G en un programa CNC se identifican como comandos preparatorios o código G. El objetivo es preparar el sistema de control para ciertas condiciones deseadas o para ciertos modos o estados de operación. Por ejemplo: G00 prefija una modalidad de movimiento rápido para la máquina herramienta, G81 preestablece un ciclo de barrenado. Nota: ver copias de códigos G para fresado y torneado.


FUNCIONES MISCELÁNEAS

Las direcciones M en un programa de CNC se identifican como funciones misceláneas o funciones de la máquina. Se usan para activar ciertas funciones de la operación de la máquina o para el control del flujo del programa. Por ejemplo: Rotación del husillo CW o CCW, Cambio automático de las herramientas, Activación del lubricante-refrigerante, etc. Nota: ver copias de códigos M para fresado y torneado.


DIMENCIÓNES DE ENTRADA

Unidades dimensionales:

• G20 selecciona unidades inglesas pulgadas (in).

• G21 selecciona unidades meticas milímetros (mm).


DIMENCIÓNES DE ENTRADA

•Hay dos maneras en que las mismas máquinas se posicionan con respecto al sistema de coordenadas.

Posicionamiento absoluto G90: todas las ubicaciones de la maquina son tomadas desde un punto cero fijo.

Posicionamiento incremental G91: el punto X0/Y0 se mueve con el husillo de la maquina, cada posición es especificada en relación a una previa.


SISTEMA DE POSICIONAMIENTO

Posicionamiento absoluto. Posicionamiento incremental.


GIRO EN EL HUSILLO

•Dirección del giro (fresado y torneado).


GIRO EN EL HUSILLO

Especificaciones para el giro (fresado y torneado).

•Si la velocidad del husillo y su rotación se programan juntos (en el mismo block), la velocidad del husillo y su rotación arrancan simultáneamente.

•Si la velocidad del husillo y su rotación se programan en bloques separados, el husillo no debe comenzar a rotar hasta que ambos comandos la velocidad y la rotación se han procesado.

•Es decir se programa M03 o M04 junto o después de la dirección S, pero nunca antes.


MANUFACTURA AVANZADA

Procedimiento para la elaboración de una pieza en una máquina

de CNC (puesta a punto o maquinado de la primera pieza)


Precauciones y cuidados al preparar una máquina de CNC

Lista de verificación de la máquina. 1. Herramientas de corte. • Montaje adecuado en los holders. • Insertos apropiados. • Herramientas de tamaño adecuado. • Coincidencia entre la posición en el magazine y el

numero de herramienta. • Establecer las compensaciones de las herramientas. • Filo adecuado. • Interferencia entre herramientas.



2. Pieza de trabajo. • Montaje seguro de la pieza. • Correcta orientación respecto a la meza (fresadora). • Alineación de la pieza. • Espacio libre suficiente. • Suficiente espacio entre los clamps y la parte a cortar. • Máquina lista en la posición de arranque (posición de

home) antes de presionar Cycle Start. • Los cambios de herramienta se realizan en una zona

despejada.



3. Parámetros de control. • Valor de coordenadas registrado para G54 a G59. • Correcta introducción de las compensaciones

(offsets). • Necesidad de uso de refrigerante. • Estado del switch BLOCK SKIP. • Opción de paro de programa M01 (ON/OFF) • DRY RUN en off si la pieza esta montada. • El arranque en modo SINGLE BLOCK activado (ON) • Arranque con velocidad de husillo y avance en bajo

(LOW).



4. Máquina herramienta. • Nivel de aceite lubricador de guías. • Nivel del refrigerante. • Correcta presión en el mandril (chuk) y contrapunto

(torno). • Sea puesto la maquina a cero antes de correr el

trabajo. • Presión suficiente de aire en los accesorios.



Pasos para el maquinado de la primer pieza.

• Configurar la herramienta de corte. • Configuración del herramental de fijación. • Configuración de la pieza. • Configuración de las compensaciones de la

herramienta. • Verificación del programa. • Restablecer la pieza. • Hacer un corte de prueba. • Reajuste de parámetros (setup). • Comienzo de producción por lotes.


RETORNO A CERO MÁQUINA

•Conocido como el sistema coordenado de la máquina.

•El origen de este sistema es llamado posición de referencia de la máquina, posición de home o ubicación del cero máquina.

•Siendo esta la posición de todos los carros de la máquina en uno de los límites de recorrido extremos de cada eje.



Ejemplos de la posición de referencia de la máquina (torno y centro de maquinado vertical).



Forma y procedimiento para obtener la posición de referencia de la máquina.

• Manualmente; usando el panel de control del sistema.

• Utilizando el modo MDI; (G28, G30).


CERO PIEZA Y COMPENSACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS

•Una pieza es programada independientemente del sistema coordenado de la maquina.

•El programador puede elegir una ubicación en la pieza o en un accesorio.

•Esta ubicación es el origen del sistema coordenado de la pieza.

•Y es llamado sistema coordenado local o sistema coordenado de la pieza.



•Ejemplos y algunas consideraciones que podrían ayudar a seleccionar el cero pieza.

1. Precisión del maquinado. 2. Conveniencia en la ubicación y la operación. 3. Seguridad en el trabajo.

En un centro de maquinado.



Torno.



•Antes de correr el programa de la pieza, el sistema coordenado deberá ser transferido del sistema de la maquina al sistema de la pieza.

•Esto es conocido como puesta a punto del cero.

•Lo mas común es utilizar función G50 que transfiere el punto cero de la posición de home a un punto especifico (tornos) y el uso de coordenadas de trabajo, que es un registro que se carga en el controlador, en el que se especifica la distancia de home al cero pieza, por medio de un código G54-G59 (centros de maquinado).


CALCULO DE VELOCIDADES DE CORTE Y GIRO DEL HUSILLO

• Para calcular la velocidad de giro del husillo, cada material de trabajo tiene un grado de maquinabilidad sugerido para un tipo de material de la herramienta.

• Conocido como velocidad superficial o periférica (m/min, ft/min), que nos indica el nivel de dificultad en el maquinado entre la herramienta y el material.

• Una velocidad superficial deberá ser mayor para materiales blandos y disminuir para materiales duros.



• Basados en la velocidad superficial y el diámetro del cortador (diámetro de la pieza para torno), la velocidad de giro del husillo esta dada por:

• Una herramienta de acero de alta velocidad deberá girar mas lento que una de carburo aplicada al mismo material.

1000 / min/ min

mr

D



1000 / min/ min

mr

D





• En un proceso de torneado la velocidad de giro del husillo es a su vez la de la pieza (herramienta fija), además el diámetro de la pieza cambia constantemente durante el maquinado, del cual depende la velocidad del husillo.



• Siendo necesario introducir dos funciones preparatorias para la solución de este problema:

G96 S.. M03 selección de velocidad superficial o modo de velocidad superficial constante CSS.

G97 S.. M03 selección en modo r/min.

• Operaciones como barrenado, rimado, etc., para operaciones en torno se programan en modo r/min.

• En el modo CSS las RPM tienen un incremento o decremento automático, dependiendo del diámetro del primer corte (diámetro actual).



• El control del avance de corte (Feedrate Control), es la velocidad lineal a la cual alimentamos la herramienta sobre la pieza para que realice el corte.

• Dependiendo de la máquina: Avance de corte por minuto mm/min (centros de maquinado). Avance de corte por revolución mm/rev (tornos CNC).

Avance Fresado Torneado

Por minuto G94 G98

Por revolución

G95 G99



• El calculo del avance de corte esta dado para cada caso por:



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