1. 1. J.F.T. 1 CURSO BSICO DE: MQUINAS HERRAMIENTAS CON CONTROL NUMRICO (Programacin de CNC) Autor: Ing. Juan Franco Terlevich Ao 2011
2. 2. J.F.T. 2 CURSO BSICO DE: MQUINAS HERRAMIENTAS CON CONTROL NUMRICO. Tema I: Componentes de las MHCN Introduccin En este tema se revisan los dispositivos capaces de controlar los movimientos de una mquina herramienta para llevar a cabo el conjunto de instrucciones asociadas a un programa CN, las herramientas de estas mquinas, las funciones programables con CN y los componentes de un sistema CN. Un operador experto en MHCN debe conocer sus prestaciones y los lmites dentro de los que opera. No es suficiente con amarrar la pieza y manipular el armario de control. Para obtener los resultados ptimos en programacin CN se debe de planificar toda la secuencia de operaciones anticipadamente. Los sistemas de una MHCN, tal y como se vern, son: ejes de desplazamiento transmisiones dispositivos para la medida de la posicin o desplazamientos. husillo principal o cabezal. sistemas para el sujecin de la pieza. cambiadores de herramientas. ejes de rotacin y desplazamiento complementarios. La descripcin de los dispositivos se aplica al torno y a la fresadora, al ser estas dos mquinas las de mayor difusin en las empresas de mecanizado. Fig.01: Torno y fresadora CN Ejes principales Informacin preliminar: En la descripcin de las MHCN se utiliza siempre el concepto de "eje": direcciones de los desplazamientos principales de las partes mviles de la mquina como la mesa porta piezas, cabezal, torreta.
3. 3. J.F.T. 3 Fig. 02. Desplazamientos-eje de una fresadora Consideraciones: Las MHCN estn provistas de un nmero de ejes principales caracterstico que hace factibles los trabajos de mecanizado sobre la pieza. Estos ejes se designan convencionalmente como X, Y y Z. Los tornos disponen de dos ejes principales, mientras que las fresadoras estn dotadas de tres. En los tornos los ejes X y Z se asocian al desplazamiento del carro principal sobre el que se desliza ortogonalmente el portaherramientas (como por ejemplo un torreta o revolver). Mediante la combinacin de ambos movimientos se pueden describir trayectorias oblicuas. Fig. 03. Ejes principales de un torno horizontal Las fresadoras disponen de tres ejes X, Y y Z. Dos de ellos se asocian al movimiento en un plano horizontal de la mesa de trabajo, mientras que el tercero es el desplazamiento vertical del cabezal de la mquina. Si la fresadora dispone de una mesa fija, es el cabezal el que ejecuta los tres desplazamientos. En trabajos de mecanizado de formas complejas se requieren MHCN dotadas de ms ejes de desplazamiento.
4. 4. J.F.T. 4 Fig. 04. Ejes principales de una fresadora vertical torno Informacin adicional: La designacin y descripcin de los ejes de cada tipo de MHCN se encuentra normalizada. La disposicin de los carros mviles en las MHCN puede ser muy sofisticada, dando origen a una gran variedad de diseos / modelos tanto en fresadoras como tornos. Los fabricantes de MHCN determinan dichas disposiciones en funcin de los requerimientos en cuanto a capacidad de carga y precisin de posicionado. Esta disposicin viene condicionada por: La forma de la trayectoria a recorrer. Las propiedades de las superficies de contacto. Las exigencias de apriete o sellado. Sistemas de transmisin Informacin preliminar: Los recorridos de la herramienta en el seno de la pieza se originan por la accin combinada de los desplazamientos en cada uno de sus ejes principales. Fig.05: Generacin de una trayectoria de herramienta
5. 5. J.F.T. 5 Consideraciones: Los sistemas de transmisin producen traslaciones rectilneas en los ejes principales a partir del giro bsico generado por el grupo del motor-reductor. El corazn del movimiento de las MHCN es la transmisin por recirculacin de bolas. Consiste en un sinfn acanalado y un acoplamiento al que se fija el conjunto mecnico a desplazar. Cuando el grupo del motor gira, su rotacin se transmite al sinfn y el cuerpo del acoplamiento se traslada longitudinalmente a travs de este arrastrando consigo a la mesa de trabajo en el sentido oportuno. Fig.06: Sistema de transmisin de la mesa de trabajo El accionamiento contiene un conjunto de bolas en recirculacin que garantizan la transmisin de esfuerzos del sinfn a la mesa con unas prdidas por friccin mnimas. Las dos partes de su cuerpo estn ajustadas con una precarga para reducir al mnimo el juego transversal entre ellas con lo que se mejora la exactitud y repetibilidad de los desplazamientos. Para disminuir los daos del mecanismo de transmisin frente a colisiones transversales o sobrecargas, el grupo motriz incorpora un embrague en su conexin con el sinfn. Este dispositivo desacopla la transmisin cuando el conjunto de la mesa choca contra algn obstculo. Fig.07: Acoplamiento por accionamiento de bolas recirculantes Informacin adicional: Para generar los movimientos de cada eje se usan habitualmente motores elctricos de corriente continua controlados mediante seales electrnicas de salida y entrada. Estos actuadores pueden girar y acelerarse en ambos sentidos.
6. 6. J.F.T. 6 Los desplazamientos longitudinales de los ejes no deben ser afectados, en la medida de lo posible, por los esfuerzos y acciones exteriores (por ejemplo las fuerzas de corte). Por esta razn es esencial que los sistemas de transmisin y gua garanticen la rigidez mecnica. Adicionalmente la transmisin debe producir movimientos suaves y estables y ser capaz de reaccionar rpidamente en las aceleraciones y deceleraciones. La sobrecarga de los motores puede presentarse por: herramienta inadecuada restricciones anmalas en el movimiento fuerzas de inercia excesivas durante el frenado o aceleracin. En las MHCN ms simples con prestaciones basadas en la precisin del mecanizado se utilizan los motores paso a paso como actuadores primarios. Con motores de este tipo, el giro se subdivide en incrementos fijos que son controlados mediante un nmero de pulsos dado. Sin embargo cuando se desean trabajos pesados de mecanizado con pares resistentes elevados durante el frenado o aceleracin, su fiabilidad y prestaciones disminuye. El uso de motores de este tipo est restringido a pares resistentes bajos. Medida de los desplazamientos Informacin preliminar: Las posiciones de los elementos mviles de las MHCN se pueden medir mediante dos sistemas: directo e indirecto. El sistema directo utiliza una escala de medida ubicada en la gua de la mesa de la mquina. Las imprecisiones en el giro del sinfn o en su acoplamiento no afectan a este mtodo de medida. Un resolver ptico determina la posicin por conteo directo en la rejilla o regleta graduada y transforma esta informacin a seales elctricas para su proceso por la UC. Fig.08: Sistema directo para la medicin de una posicin En el sistema indirecto la posicin de la mesa se calcula por la rotacin en el sinfn. Un revolver registra el movimiento de un disco graduado solidario con el sinfn. La UC calcula la posicin del mediante el nmero de pasos o pulsos generados durante el desplazamiento.
7. 7. J.F.T. 7 Fig.09: Sistema indirecto para la medicin de una posicin Para conocer las posicin exacta de cualquier elemento mvil de una MHCN a lo largo de un eje de desplazamiento se emplean un conjunto de dispositivos electrnicos y unos mtodos de clculo. Estos elementos constan ,bsicamente, de una escala graduada (similar a un escalmetro) y el resolver capaz de "leer" dicha escala. Atendiendo a al mtodo de lectura y forma de la escala se distingue entre: medicin de posiciones absolutas. medida de posiciones por incrementos La utilizacin del adjetivo "absoluto" para la medicin de los desplazamientos supone que las posiciones estimadas son independientes del estado puntual de la mquina o de su control al estar referidas a un punto invariante conocido como "origen absoluto" o "cero mquina". El trmino "incremental" (incremento = desplazamiento pequeo de longitud fija) se emplea para designar los movimientos relativos a algn punto significativo distinto del origen absoluto y que, adems, puede variar. Durante el movimiento la UC lleva a cabo un conteo del nmero de incrementos (divisiones) en las que la nueva posicin difiere de la anterior. Consideraciones: La medicin de posiciones absolutas emplea un sistema de escalas codificadas y ordenadas por mltiplos similares a un escalmetro. Para conocer la posicin actual del desplazamiento se hace siempre referencia al cero mquina (origen absoluto) que es un punto fsico, conocido e invariante de la MHCN. Es imprescindible que la lectura pueda llevarse a cabo en todo el rango de desplazamiento del eje en cuestin. A cada posicin definida dentro de ese rango la UC le asigna un valor numrico. La escala se codifica generalmente en sistema binario.
8. 8. J.F.T. 8 Fig.10: Medida de la posicin absoluta La medicin de posiciones por incrementos emplea una escala con un sistema de divisin simple. La rejilla esta dividida en sectores blanco / negro sobre los que pasa el resolver durante el movimiento. Este cuenta el nmero de sectores blanco / negro obteniendo el valor del desplazamiento por diferencia respecto a su posicin previa. Para garantizar que la medida se realiza correctamente, inmediatamente despus de inicializarse la UC se debe de medir la posicin inicial respecto al cero mquina. A esta posicin de inicio se le conoce como "punto de referencia". Tan pronto como la mquina a asignado el punto de referencia el resolver comienza a suministrar posiciones relativas al ltimo punto mediante lectura / conteo de la escala. Fig.11: Medida de la posicin por incrementos o incremental El husillo principal Consideraciones: El husillo principal ejecuta: el movimiento rotativo de la pieza en los tornos. La rotacin de herramienta en las fresadoras y taladradoras. El husillo puede accionarse por: motores de corriente alterna de tres fases. motores corriente continua.
9. 9. J.F.T. 9 En el primer caso la regulacin de la velocidad de giro se lleva a cabo mediante un reductor de engranajes. Dependiendo del diseo y complejidad de este reductor se consigue un rango ms o menos variado de velocidades de giro. En la mayor parte de las MHCN el elemento que acciona el cabezal es un motor de corriente continua. Esto proporciona una variedad casi infinita de velocidades de giro, las cuales se procesan mediante un tacmetro. Todo ello permite al programador establecer la velocidad de giro de forma casi arbitraria, dentro del rango y capacidad del motor. Los motores de corriente continua incorporan frecuentemente reductores en la transmisin de dos o cuatro salidas para la obtencin de los pares ms favorables en las diferentes operaciones de mecanizado. En los tornos el husillo se conecta directamente a un adaptador o nariz que lo hace solidario con el plato de garras que sujeta la pieza de trabajo. En las fresadoras este adaptador contiene el sistema de colocacin de las fresas o herramientas. Atendiendo a las diferentes posibilidades de amarre y a las innumerables configuraciones de herramientas existentes en el mercado, los adaptadores del husillo siguen unas pautas de diseo normalizadas que capaciten su conexin a mltiples dispositivos. Fig.12: Husillo principal de un torno Fig.13: Cabezal de una fresadora
10. 10. J.F.T. 10 Informacin adicional: Las fresadoras universales as como las taladradoras y mandrinadoras disponen frecuentemente de dos husillos principales en disposicin horizontal o vertical que pueden ser empleados de forma opcional y alternativa. Fig.14: Disposicin del husillo vertical Fig.15: Disposicin del husillo horizontal Sistemas de sujecin Informacin preliminar: Existen diferentes mecanismos para amarrar la pieza en los tornos CN: Platos universales de dos, tres o cuatro garras autocentrables. Platos frontales para la colocacin de sargentos para agarre de formas irregulares. Mandriles autocentrables. Pinzas para la sujecin de piezas cilndricas pequeas. Puntos y contrapuntos con arrastre para piezas esbeltas. Lunetas para apoyo intermedio. Conos.
11. 11. J.F.T. 11 En fresado se emplean las siguientes formas de sujecin: Sargentos y apoyos con formas escalonadas, ajustables en altura o bloques con varias facetas de contacto, con pernos y resortes de apriete de montaje-desmontaje rpido. Placas angulares de apoyo. Palancas de apriete. Mordazas mecnicas autocentrables Platos o mesas magnticas. Mesas y dispositivos modulares de uso universal. Apoyos de diseo especfico o especial. Consideraciones: Los dispositivos de sujecin permiten asegurar la pieza a la mesa de trabajo (fresado) o al cabezal (torneado) El nmero de funciones controlables que estn relacionadas con estos sistemas depende de la forma de alimentacin de piezas (manual o automtica) y de la complejidad del sistema de amarre. En los tornos el plato de garras se puede abrir y cerrar mediante instrucciones programadas de CN. Tambin se puede establecer por programa la presin de cierre de las garras. La eleccin de la fuerza de apriete depende generalmente de la velocidad de giro del cabezal; velocidades elevadas demandan las presiones mayores al aumentar la accin de la fuerza centrifuga. Como es habitual que las MHCN trabajen a velocidades de giro (corte) elevadas y esto podra suponer presiones que daasen la pieza, estas incorporan mecanismos de compensacin de las fuerzas centrifugas. El diseo de las mismas se basa de mantener una presin estable del accionamiento de cierre hidrulico a velocidades de giro elevadas.
12. 12. J.F.T. 12 Fig.16: Fijacin de una pieza en un plato de mordazas En fresado las presiones de apriete no resultan tan crticas. El aspecto ms crtico en la sujecin en estas mquinas es la rapidez de montaje / desmontaje y la precisin en el posicionado de la pieza en la mesa de trabajo. El sistema de amarre debe permitir una fcil carga / descarga de la pieza de trabajo y garantizar la repetibilidad en la colocacin estable y precisa de la misma en el seno de la MHCN. Compatibilizar todo ello puede resultar costoso en tiempo y dinero. Los sistemas de sujecin especficos mediante componentes normalizados y modulares se utilizan frecuentemente. Estos dispositivos deben permitir el mecanizado completo sin operaciones de montaje/desmontaje. Fig.17: Mesa de fresadora con tornillos de apriete Informacin adicional: El mecanizado de piezas esbeltas con torno puede demandar el uso de un elemento de apoyo en el extremo libre de la pieza conocido como contrapunto. Este elemento incorpora dos funciones adicionales en la programacin CN: Posicionar contrapunto Aproximar o retirar contrapunto En unin al contrapunto, la estabilizacin de la pieza de trabajo puede requerir la presencia de la luneta de apoyo lateral. Este mecanismo incorpora las siguientes funciones: Abrir luneta. Cerrar luneta. Posicionado transversal. Aproximacin / retirada.
13. 13. J.F.T. 13 Fig.18: Elementos de apoyo auxiliar en torneado En numerosas ocasiones es conveniente equipar las fresadoras con un sistema dual de mesas de trabajo que permite realizar operaciones de transporte y amarre de piezas fuera de mquina. La colocacin de la mesa en la posicin de trabajo puede realizarse con funciones CN especficas, as como las paradas y comienzo de los bloques de mecanizado propiamente dichos. Fig.19: Mesas transportables de una fresadora Cambiadores de herramienta Consideraciones: Mecanizar productos en MHCN requiere diferentes operaciones sucesivas sin soltar la pieza de su sistema de amarre (fase) lo que supone incorporar un dispositivo que permita cambiar de forma automtica las herramientas durante el proceso. Es poco habitual llevar a cabo un trabajo de mecanizado sin cambiar de herramienta. El cambio de herramientas puede ejecutarse manualmente por el operario, sin embargo, esto solo se realiza en la prctica con fresadoras y taladradoras dotadas de cabezales con adaptadores portaherramientas de acceso rpido y sencillo. Los tornos CN y centros de mecanizado de gran produccin utilizan cambiadores automticos de herramientas que pueden albergar un nmero variable de tiles dependiendo de su diseo. Los cambiadores de herramientas reciben los nombres de: Torreta de herramientas (tornos) Carrusel de herramientas (fresadoras / centros de mecanizado) El cambio de herramienta se controla por programacin CN caracterizndose por un giro de la torreta hasta que coloca en la posicin de trabajo aquella que se le solicita.
14. 14. J.F.T. 14 Fig.20: Torreta de herramientas de un torno En el caso de los carruseles (almacenes) de herramientas, para cambiar la herramienta se emplea un manipulador o garra adicional. La UC de la mquina interrumpe el mecanizado para que el manipulador extraiga del carrusel, que ha girado hasta colocar al til deseado en la posicin de cambio, la nueva herramienta. Simultneamente la garra opuesta del manipulador extrae la herramienta en uso del cabezal. Un volteo del manipulador coloca la nueva en el cabezal y a la usada en el hueco (estacin) dejado por la primera en el almacn. La operacin solo dura segundos. Fig.21: Carrusel de herramientas de una fresadora Informacin adicional: Los cambiadores de herramientas incorporan frecuentemente el "posicionado lgico", que se basa en realizar giro de la torreta o el carrusel en el sentido que permite ubicar el til deseado de forma ms rpida desde la posicin actual. Fig.22: Torreta de sentido de giro fijo
15. 15. J.F.T. 15 Fig.23: Torreta con giro lgico Ejes complementarios Consideraciones: Algunas MHCN disponen de mesas giratorias y/o cabezales para cabezales orientables. En ellas la pieza puede ser mecanizada por diferentes planos y ngulos de aproximacin. Los ejes sobre los que giran estas mesas y cabezales se controlan de forma independiente y se conocen con el nombre de ejes complementarios de rotacin. Su velocidad se regula tambin de forma autnoma. Los ejes complementarios de rotacin se designan en la programacin CN como A, B, C. Debido a las exigencias impuestas por la complejidad de ciertas piezas otras MHCN estn dotadas de ms de tres ejes de desplazamiento principal. Los centros de mecanizado presentan usualmente en adicin a los tres principales, un cuarto eje para la orientacin del cabezal, un quinto para el giro de la mesa y hasta un sexto (W) de aproximacin de la herramienta. La trayectoria de la herramienta se define mediante la composicin de los desplazamientos en X, Y y Z. En muchos casos el eje W slo opera cuando el resto de los ejes permanecen fijos y se usa para trabajos menores de taladrado en cualquier direccin. Los ejes complementarios de desplazamiento se designan en la programacin CN como U, V, W. Fig.24: Mesa giratoria y cabezal basculante
16. 16. J.F.T. 16 Fig.25: Centro de mecanizado de 6 ejes Informacin adicional: Tornos con ms de dos ejes de desplazamiento pueden considerarse a aquellos que incorporan una segunda torreta portaherramientas. Este sistema se emplea en fabricacin de piezas voluminosas a fin de elevar la productividad mediante el mecanizado simultneo con dos herramientas. Las dos torretas pueden controlarse de forma independiente recibiendo los ejes la designacin Z y X (desplazamientos de la torreta principal) y W y U (adicional). Los ejes de rotacin complementarios en torneado se emplean para orientar el plato segn un ngulo deseado de forma coaxial respecto del eje de rotacin principal del cabezal. En este giro adicional la velocidad es fija y solo afecta al posicionado de la pieza. Tambin existe la posibilidad de paradas del plato segn ngulos establecidos controlando el husillo principal. Fig. 26: Torno doble torreta y eje C Fig.27: Torno vertical de 4ejes
17. 17. J.F.T. 17 Herramientas en MHCN Una herramienta completa de MHCN presenta generalmente las siguientes partes: acoplamiento portaherramientas (cuerpo, mango o portaplaquita) punta herramienta (plaquita) El acoplamiento es el elemento que inserta la herramienta en el seno del cabezal de la MHCN (fresadoras) o en la torreta (tornos). Fig.28: Herramienta completa de fresado Fig.29: Herramienta completa para torno La morfologa de los mangos y de las plaquitas es la responsable de las posibilidades de mecanizado y de los acabados a obtener en las piezas de trabajo. El sistema de montaje entre el portaplaquitas y plaquita puede variar:
18. 18. J.F.T. 18 Los portaplaquitas generalmente se fijan al acoplamiento mediante sujeciones de montaje rpido: roscas, bridas de apriete, pasadores, sistemas de insercin tipo "snap". En algunas ocasiones el portaplaquita y el acoplamiento pueden constituir una nica pieza. Las puntas de las herramientas pueden estar unidas al mango permanentemente (soldadas). Sin embargo es ms habitual el uso de sistemas de plaquitas intercambiables que se fijan mediante tornillos, palancas, bridas, etc. Las plaquitas al disponer de varios filos pueden alternar, invertir o cambiar definitivamente cuando sufren cualquier deterioro. Fig.30: Sistema de plaquitas intercambiables Acoplamientos Consideraciones: Debido a la gran variedad que existe de herramientas de mecanizado para MHCN los acoplamientos para herramientas, ya sea para su conexin a cabezales o a torretas, siguen ciertos estndares de diseo. Las dimensiones del acoplamiento deben coincidir de forma exacta con las del hueco (en el extremo del cabezal o en la torreta) garantizando rigidez, precisin de posicionado y fcil extraccin. En herramientas para fresadoras, y en general para todas las rotativas, se utilizan acoplamientos cnicos estndar (ISO). Este mtodo garantiza la rapidez en el cambio y el auto centrado entre el eje del husillo principal y la herramienta. En torneado los acoplamientos estn conformados por bloques roscados estndar con conexin por "snap" u otro sistema al portaherramientas. Este diseo proporciona a la herramienta un plano de apoyo respecto de la torreta muy estable. Fig.31: Acoplamiento para fresadoras Fig.32: Acoplamientos para tornos
19. 19. J.F.T. 19 Informacin adicional: Las elevadas velocidades de corte que se recomiendan en el aprovechamiento ptimo de las MHCN hacen necesaria la intervencin de refrigerantes que, adems, mejoran la lubricacin y remocin de la viruta. Para la refrigeracin precisa de pieza y herramienta en la zona de contacto se emplean convencionalmente tuberas flexibles o manguitos que orientan la aspersin hacia la zona deseada. Fig.33: Tuberas flexibles para refrigeracin Muchas MHCN permiten la refrigeracin directa del mecanizado a travs de canales que incorpora el cuerpo de la herramienta. Este sistema permite una refrigeracin ptima de las zonas de corte. Debido a la proyeccin de las virutas y a las salpicaduras que conlleva el uso de refrigerantes es muy comn que las MHCN dispongan de paneles de proteccin o carenados que aslen la zona de trabajo. Fig.34: Salida de refrigerante por herramienta Dimensiones bsicas Informacin preliminar: Las distintas longitudes de montaje que presentan las herramientas al ser fijadas a la torreta (o al cabezal) supone que, si se desea mantener una trayectoria de trabajo dada con herramientas distintas, aquel elemento debe desplazase verticalmente, en funcin de cada herramienta, para corregir dicha diferencia. Fig.35: Movimiento de la torreta en funcin de la longitud de montaje de la herramienta
20. 20. J.F.T. 20 Consideraciones: Para garantizar la precisin dimensional en el mecanizado de una pieza con una MHCN su UC debe tener nocin exacta de las dimensiones de cada herramienta empleada. Las dimensiones bsicas de una fresa son la longitud (L) y el radio de corte (R). En herramientas de torno dichos parmetros son la longitud (L) y el decalaje transversal (Q). Las dimensiones bsicas de la herramienta quedan referidas respecto del punto de montaje del acoplamiento con el hueco correspondiente del cabezal (o torreta) de la MHCN. Fig.36: Dimensiones bsicas de una fresa Fig.37: Dimensiones bsicas de una herramienta de torno El establecimiento de las dimensiones bsicas (reglaje) de las herramientas en las MHCN se realiza de dos formas: Mediante una prueba de mecanizado: En este caso se almacenan unas dimensiones aproximadas de la herramienta en la UC. Despus se lleva a cabo una operacin de mecanizado sencilla que es verificada dimensionalmente. Las desviaciones en las dimensiones de la operacin real sobre las tericas se pueden calcular e incorporar seguidamente, como datos para el reglaje correcto de til. Mediante un equipo de prereglaje (externo o incorporado a la MHCN): Estos dispositivos verifican dimensionalmente las herramientas calculando directamente sus dimensiones bsicas respecto del punto de montaje. Los sistemas externos de prereglaje de herramientas utilizan un sistema de montaje y fijacin idntico al existente en la MHCN. Las dimensiones se calculan por procedimientos pticos o mecnicos. Los datos se incorporan dentro de un sistema informtico al que puede conectarse la UC a travs de una pastilla electrnica de datos o mediante comunicacin por cable. Cuando el prereglaje ptico se verifica en la MHCN la herramienta se ubica en su estacin de trabajo. Se debe posicionar el cabezal (o torreta) en un punto tal que permita la visin correcta del til por el sistema de medida pasando la informacin dimensional directamente a la UC que gobierna toda la instalacin.
21. 21. J.F.T. 21 Informacin adicional: Para determinar las dimensiones bsicas de una herramienta, garantizar que las asuma la UC e inicializar convenientemente la MHCN, se requiere un conjunto de apoyos externos como puntos de contacto o patrones de referencia, paradas de los indicadores de recorrido, mandriles de centrado, sensores de medida, etc. La asignacin del "cero de herramienta" se lleva a cabo de la siguiente forma: En primer lugar, se hace contacto en una superficie de la pieza a mecanizar con una herramienta de referencia o palpador almacenando la UC la medida obtenida como la altura "cero" o de referencia. A continuacin se debern introducir en la UC las diferencias entre las alturas de las herramientas de trabajo y la de referencia. Durante el mecanizado la UC corrige de forma automtica las trayectorias de cada herramienta con esas diferencias, describiendo un recorrido nico sobre la pieza ajustado a la altura de referencia o "cero". Fig.38: Diferencia de longitud de varias herramientas respecto a la referencia o "cero" Funciones programables CN
22. 22. J.F.T. 22 En los siguientes apartados se revisan las principales caractersticas de las unidades de control numrico y sus prestaciones potenciales. Actualmente las MHCN emplean como mtodo de trabajo la modalidad CNC exclusivamente. Sin embargo, existen en el entorno de la mquina herramienta referencias continuas al la "tecnologa CN". Es importante conocer los escalones de dicha tecnologa y distinguir entre los trminos CN y CNC. Sistemas CN bsicos: En las primeras mquinas-herramienta dotadas de unidades de control numrico el programa se confeccionaba externamente y deba ser transferido a la MHCN mediante algn tipo de soporte fsico (disquete, casete o cinta perforada). Estos programas CN podan ser puestos en marcha o detenidos a pie de mquina, pero no podan modificarse (editarse). Las correcciones geomtricas debidas a las dimensiones de las herramientas y de los dispositivos de sujecin tenan que preverse anticipadamente en la programacin y ser gestionadas de manera exhaustiva. El operador montaba las herramientas y los amarres pieza en acuerdo estricto con aquellas consideraciones, utilizando generalmente hojas de proceso o de datos de utillaje. Sistemas CNC: (controlados numricamente por ordenador) Presentan un ordenador como UC que permite al operador comenzar (o terminar) el programa y adems realizar modificaciones (editar) sobre el mismo a pie de mquina manipulando los datos con perifricos de entrada y salida. Las dimensiones de herramientas y utillajes se definen durante el reglaje o inicializacin de las mismas, de forma independiente al programa. Estos datos se incorporan automticamente a la programacin durante la ejecucin para que sean llevadas a cabo las correcciones pertinentes. Por esta razn el operador puede editar los programas con menos informacin de partida, limitndose a seleccionar las herramientas o utillajes en esa fase. No existen diferencias entre CN y CNC con relacin a: Lenguaje de programacin Tecnologa de la mquina-herramienta Fig.39: Esquema de un sistema CN
23. 23. J.F.T. 23 Fig.40: Esquema de un sistema CNC Tipos de control Informacin preliminar: Los conceptos de interpolacin lineal y circular estn relacionados con los desplazamientos de los ejes bsicos de las MHCN. Interpolacin lineal: En este tipo de trayectoria el sistema CNC calcula un conjunto de posiciones intermedias a lo largo de un segmento recto definido entre dos puntos dados. Durante el desplazamiento de una posicin intermedia a otra, los movimientos en cada uno de los ejes afectados se corrigen continuamente de tal manera que la trayectoria no se desva de la recta prefijada ms all de la tolerancia permitida. Interpolacin circular: El sistema CNC calcula un conjunto de posiciones intermedias a lo largo del segmento circular definido entre dos puntos dados. Durante el desplazamiento de una posicin intermedia a otra, los movimientos en cada uno de los ejes afectados se corrigen continuamente de tal manera que la trayectoria no se desva del la circunferencia prefijada ms all de la tolerancia permitida. En general, el concepto interpolacin tiene relacin con el clculo de puntos de acuerdo a un recorrido dado. Consideraciones: De acuerdo al tipo de control los sistemas CNC se subdividen en tres categoras en nivel creciente de prestaciones: Punto a punto, paraxial y continuo. El control punto a punto permite el posicionado de la herramienta de acuerdo a puntos programados mediante movimientos simples en cada eje en vaco. Esto supone el que no se pueda controlar la trayectoria de la herramienta en trabajo. Dependiendo del tipo de control los motores de cada eje actan separada o conjuntamente hasta que se alcanza la posicin deseada. El control punto a punto se usa habitualmente en taladradoras o en sistemas de soldadura por puntos. Fig.41: Control punto a punto
24. 24. J.F.T. 24 El control paraxial permite, adicionalmente a los desplazamientos rpidos en vaco, el avance de la herramienta en carga, segn trayectorias paralelas a los ejes bsicos de la MHCN. En dichas trayectorias slo acta un nico motor (el que ejecuta el desplazamiento en ese eje) controlndose la distancia a recorrer y la velocidad del avance. Este tipo de control se emplea en cepilladoras CN y fresas o tornos sencillos. Fig.42: Control paraxial El control continuo permite: Los desplazamientos rpidos de la herramienta en vaco. Avances en carga paralelos a los ejes bsicos. Avances en carga hasta cualquier punto arbitrario de la pieza utilizando interpolaciones rectas o circulares. Fig.43: Control continuo Existen diferentes niveles de complejidad en los controles continuos en relacin a la capacidad de actuar con varios ejes para poder obtener trayectorias de herramientas por interpolacin ms o menos complejas. En este contexto conviene distinguir los planos afectados por la interpolacin. As se habla de contorneo 2D, 2D y 1/2, y 3D. Las prestaciones de una MHCN no se miden por el nmero de ejes sino por el nmero de ejes que puede mover (controlar) de forma simultnea para describir trayectorias. Un control de tipo continuo puede actual como paraxial o punto a punto, y un paraxial como punto a punto. Las situaciones inversas no son viables. Informacin adicional: Un control de contornos 2D permite llevar a cabo interpolaciones lineales y circulares con la intervencin de dos ejes bsicos de desplazamiento. El contorno queda dentro del plano formado
25. 25. J.F.T. 25 por ambos ejes. Si la MHCN tiene tres ejes bsicos pero su capacidad es de contornos es 2D, el tercer eje slo determina la posicin relativa del plano mencionado. En fresado, el tercer eje determinara la profundidad o altura y el contorno a fresar que se definira con los otros dos. Un control de contornos 2D y 1/2 permite la ejecucin de contornos 2D en cualquier plano definido por dos desplazamientos bsicos quedando el eje ortogonal solamente hbil para definir profundidades. En las mquinas-herramienta de tres ejes con CNC se da generalmente este tipo de situacin, pudindose definir contornos en los tres planos XY, YZ y ZX. En fresadoras conlleva la posibilidad de realizar cajeras en cualquiera de los tres planos. Un control de contornos 3D permite interpolar linealmente y circularmente en el espacio tridimensional. Esto supone que la mquina debe desplazar simultneamente sus tres ejes para poder definir trayectorias rectas o circulares en cualquier plano. Control de funciones mquina Consideraciones: En adicin a las funciones geomtricas para el control de los desplazamientos los sistemas CNC disponen de otras para el gobierno de la mquina: funciones mquina. El nmero de estas y la forma en que se ejecutan dependen, tanto de la propia MHCN, cmo de las posibilidades de la UC. Las funciones mquina que se enumeran a continuacin son un ejemplo de las actividades complementarias que pueden ser programadas y que en algunos casos afectan a tareas auxiliares de la MHCN: Comienzo del giro y control de la velocidad del cabezal. Posicionado angular del cabezal. Activacin del refrigerante a una presin de salida dada. Mantenimiento del avance constante. Mantenimiento de la velocidad de corte constante. Cambio de herramienta activa. Comienzo de acciones de los dispositivos auxiliares: Sistemas de alimentacin o cambiadores de piezas. Contrapunto Luneta Manipuladores Transportadores (convoyes). La mayora de las capacidades de las MHCN se pueden configurar como funciones mquina con el objeto de automatizar al mximo los procesos de fabricacin. Fig.47: Funciones mquina
26. 26. J.F.T. 26 Componentes de un sistema CN Un sistema CNC est constituido por numerosos componentes. En los siguientes apartados se revisan algunos de los conceptos relacionados con el diagrama adjunto. Fig.48: Componentes de un sistema CNC El corazn de un sistema CNC es un ordenador que se encarga de realizar todos los clculos necesarios y de las conexiones lgicas, tendiendo a que el sistema CNC es el puente de unin entre el operador y la mquina-herramienta se necesitan dos interfaces (traductores): El interfaz del operador formado por el panel de control y varios a l conectados relacionados generalmente con dispositivos de perifricos almacenamiento (lectoras de cinta perforada, casete, disqueteras, etc) o impresin de la informacin. El interfaz de control de la mquina-herramienta que esta subdividido en mltiples conexiones de control y que afectan los actuadores de ejes, del husillo principal, etc. hasta llegar al sistema auxiliar de alimentacin de energa. Los apartados que restan hasta finalizar este tema explican con mayor detalle las funciones y operativa del ordenador y de los dos interfaces. El panel de control Consideraciones: El aspecto externo del panel de control de las MHCN puede variar considerablemente en funcin del fabricante, no obstante, los componentes que en l aparecen se pueden agrupar de forma genrica en:
27. 27. J.F.T. 27 Monitor: que incluye una pantalla CRT o un panel de texto (en desuso) as como un conjunto de diales analgicos o digitales, chivatos e indicadores. Mandos para el control mquina: Estos permiten el gobierno manual o directo de la MHCN en actividades anlogas a las ejecutadas con una convencional mediante manivelas, interruptores, etc. Estos controles pueden ser empleados de forma alternativa durante las operaciones programadas para modificar puntualmente el proceso. Controles para la programacin: Generalmente se presentan como teclados para la edicin textual de programas y datos almacenados. Presentan caracteres alfabticos, nmeros e iconos o smbolos de las funciones que ejecutan. Fig.49: Panel bsico de un sistema CNC Para garantizar el funcionamiento correcto de la MHCN y la aceptacin de las instrucciones por el ordenador, el panel de control presenta un conmutador del modo de operacin. Los modos de operacin posibles son: programacin (edicin y gestin) modificacin datos herramienta gobierno manual funcionamiento automtico La seleccin de los modos se lleva a cabo mediante un dial rotativo o con una botonera siendo sencillo el cambio de uno a otro. Cuando un modo esta activado generalmente se constata por una seal luminosa en el panel o por el un mensaje de aviso en la pantalla. Informacin adicional: La pantalla de datos y los indicadores de un sistema CNC pueden desempear las siguientes funciones: Programacin: Muestran el texto de los programas CN (actuando como un editor sencillo) y el listado de nombres de aquellos que estn almacenados en la memoria del ordenador. Herramientas: Presentan la configuracin (dimensiones y correctores) de un conjunto de herramientas almacenadas en memoria. En algunos casos puede aparecer tambin el tiempo de uso remanente (vida esperada). Datos mquina: Muestran algunos parmetros esenciales como, la velocidad mxima del cabezal y de los avances.
28. 28. J.F.T. 28 Mecanizado: Es habitual presentar de forma continua las coordenadas de la posicin actual de la herramienta activa y los datos cinemticos en uso (velocidad de giro y avances) as como otras variables de status. Funciones auxiliares: Como por ejemplo la representacin grfica de la pieza y de las operaciones de mecanizado y herramientas. Operativa funciones mquina Consideraciones: Los mandos de control mquina inician o detienen actividades bsicas de la MHCN. En muchas ocasiones se trata de interruptores ON/OFF asociados a funciones individuales (todo / nada) como por ejemplo: "activar / cortar refrigerante" o "arrancar / parar cabezal". Es habitual que estas funciones aparezcan representadas mediante un icono inscrito en el botn correspondiente. Fig.50: Interruptores ON/OF Existen diversos mandos para desplazar y controlar el avance de los ejes bsicos de la MHCN de forma directa: Botoneras," joystick" y ruletas / diales. Se suele incorporar un botn para cada sentido de avance, indicando la designacin normalizada del eje (con su signo). El joystick desempea la misma labor que los botones siendo, quizs, ms ergonmico. La ruletas (o diales analgicos) se emplean en el caso que el desplazamiento (+ o -) del eje pueda ser referido a un movimiento rotativo. La ruleta suele estar graduada de forma simtrica y su sentido de giro (horario o antihorario) produce efecto anlogo en la rotacin del eje correspondiente. Fig.51: Botones, joystick y ruleta de avance Para poder modificar los valores programados de avances y giros muchos paneles incorporan un dial de variacin porcentual de dichos parmetros.
29. 29. J.F.T. 29 Con este sistema se puede modificar el avance o la velocidad de giro del cabezal durante el mecanizado en curso, indicando el porcentaje deseado respecto al valor programado (el 100% mantiene el valor programado, mientras que un 50% lo reducira a la mitad). Los operadores utilizan este mando para reducir los parmetros cinemticas de la MHCN durante la fabricacin de la primera pieza del lote y verificar la correcta marcha de las operaciones de mecanizado. Fig.52: Mando para control porcentual del giro Informacin adicional: Las funciones mquina comandadas desde el panel generalmente se identifican por smbolos o iconos. Estos iconos suelen ser estndar. Fig.53: Ejemplos de los smbolos descriptivos para mandos de funciones mquina El teclado de programacin Consideraciones: En la botonera que controla las funciones de programacin se puede distinguir entre las teclas empleadas para la trascripcin de los datos de entrada (caracteres) y aquellas que inician cualquier comando del ordenador (como la tecla o ). Para la escritura de datos, los paneles de control incorporan un juego de caracteres reducido compuesto por las letras (maysculas) con significado en la programacin CN (G, M, F, ...), nmeros y operadores matemticos elementales (+,-,/ ,.). Con este juego tipogrfico se puede redactar el texto del programa CN carcter a carcter.
30. 30. J.F.T. 30 Fig.54: Teclado de letras y nmeros Algunos paneles incorporan teclas con las funciones de programacin ms importantes o usuales de forma explcita, lo que reduce o abrevia la escritura del programa. Dichas funciones aparecen designadas de forma directa con su texto sobre la tecla o con icono que la describe (tal es el caso de los desplazamientos). Fig.55: Teclas de funciones abreviadas programacin Las teclas de comandos del ordenador se emplean para la ejecucin de tareas como la correccin, almacenamiento, listado y arranque de los programas CN as como para su emisin hacia los perifricos externos. Se pueden identificar porque incorporan abreviaciones o smbolos. Fig.56: Teclado de comandos del ordenador Ejemplo 1: Las letras y nmeros pulsados aparecen en la pantalla. Tras la edicin del bloque de programacin (frase) su validacin y memorizacin por el ordenador slo se llevar acabo pulsando un tecla de confirmacin que puede tener la abreviacin , , o . Ejemplo 2: Para activar un programa CN y proceder a su edicin el sistema CNC debe encontrarse en el modo de programacin. Para llevar acabo este cometido pueden aparecer teclas con la abreviacin , , ,
31. 31. J.F.T. 31 Fig.57: Ejemplos de los smbolos usados como comandos de programacin Equipo auxiliar externo Informacin preliminar: Al igual que en cualquier otro ordenador, el lenguaje bsico de un sistema CNC es un cdigo binario. Esto supone que cualquier instruccin o letra que pueda introducirse por el teclado debe traducirse a una determinada combinacin o cadena de bits. Un bit se relaciona electrnicamente con un el estado de un interruptor, que puede estar conectado / desconectado (ON/OFF) que se expresa de forma lgica con "1" o "0" respectivamente. Un ordenador almacena y gestiona estas conexiones en combinaciones ms largas, lo que permite una mayor velocidad de proceso. La unidad de trabajo, generalmente la conforma el octeto o cadena de 8 bits, que se denomina byte. Las combinaciones posibles de 8 bits (1 byte) permiten la representacin de 256 caracteres (letras, nmeros y smbolos de escritura). Esta trascripcin es lo que comnmente se conoce como cdigo binario. Para dimensionar la capacidad de memoria de los sistemas CNC se emplean mltiplos del byte con prefijos numerales griegos como "kilo". Un kilobyte equivale exactamente a 1024 bytes (8192 bits). La cinta perforada adjunta dispone longitudinalmente de 8 filas (canales) equivalentes a una combinacin de 1 byte. Los dos estados fsicos relacionados con un bit, es decir, conectado y desconectado, se identifican en el canal apropiado de este soporte como "no perforado" y "perforado" respectivamente. Cada carcter, representado por un byte, aparece en la cinta como una combinacin de agujeros en columna. Fig.58: Interpretacin del cdigo binario en una cinta perforadora
32. 32. J.F.T. 32 Consideraciones: Los sistemas CNC disponen de una memoria para el almacenamiento de programas en mquina limitada (aunque, cmo en todos los equipos informticos, tiende a crecer en los nuevos modelos). Resulta conveniente, por diversas causas, disponer de recursos tcnicos capaces de preservar dicha informacin externamente. Por otro lado nunca se sabe cuando se va a emplear de nuevo un programa. Repetir su edicin a pie de mquina puede ser harto tedioso e improductivo. Los mtodos ms habituales para el almacenamiento externo de informacin son el disquete (en la actualidad es el nico empleado), la cinta perforada y el casete (CNC antiguos) El disquete, en cualquiera de sus formatos, es el mtodo ms comn de almacenar los programas CN, externamente. Es recomendable para preservar un volumen de informacin grande disponiendo, adems, de un acceso aleatorio a los programas. La rigidez y resistencia de los ltimos diseos permite su utilizacin en las severas condiciones de suciedad del taller. Fig.59: Dispositivos externos para el almacenamiento y revisin de programas CN Para llevar a cabo la transmisin a los sistemas de almacenamiento (a los dispositivos que graban y leen) se utilizan varios estndares de conexin. Estos estndares analizan por un lado, la forma de codificar la informacin para su correcta interpretacin y por otro, a la velocidad y unidades bsicas de transmisin / recepcin que garanticen la fluidez de la misma. Estos parmetros establecen un protocolo de comunicaciones. Una de la variables ms comunes es la velocidad de transmisin que se expresa en Baudios ( 1 Baudio = 1 bit/s).
33. 33. J.F.T. 33 Fig.60: Conectores para transmisin de datos Informacin adicional: Existen dos formas estndar de transcribir caracteres (letras, nmeros y smbolos especiales) mediante cintas perforadas que han sido normalizadas por las agencias ISO y EIA para su uso internacional. Estos dos estndares se apoyan en combinaciones de columnas de agujeros con un nmero de 8 o 7 canales (7 para representar el carcter y uno ms de verificacin). La diferencia entre ambas normas consiste en el nmero de agujeros que presentan sus combinaciones: en ISO el nmero de agujeros totales es siempre par y con la norma EIA es siempre impar. Fig.61: Cdigo ISO de cinta perforada Fig.62: Cdigo EIA de cinta perforada El microprocesador Informacin preliminar: Los elementos esenciales del ordenador de un sistema CNC son unos circuitos integrados de semiconductores a los que comnmente se les conoce como "chips".
34. 34. J.F.T. 34 Su aspecto es el de una diminuta pastilla con un conjunto, generalmente numeroso, de patillas de conexin. Los chips ms significativos son el microprocesador (o, simplemente, procesador) y los mdulos de memoria para datos. Los mdulos de memoria preservan los datos introducidos por el operador durante la sesin o desde los dispositivos externos cuando se lleva a cabo una recepcin. Existen memorias voltiles (la informacin desaparece cuando se desconecta el sistema) o permanentes (mantienen los datos entre las sesiones de uso). Tambin hay memorias que solo suministran informacin y no son modificables/grabables. El microprocesador manipula todos los datos realizando las operaciones o clculos requeridos por las instrucciones recibidas, generando nuevos datos que se procesan para que sean interpretados por el operador cuando son requeridos. Los procesadores actuales disponen de gran rapidez, potencia de clculo y flexibilidad para acometer tareas heterogneas. Fig.63: Microchips tpicos Consideraciones: Los sistemas CNC incluyen un ordenador que consiste fsicamente en uno o varios procesadores (CPU) y en circuitos integrados para almacenamiento de datos (mdulos de memoria). La CPU interviene en el proceso de los datos del programa (clculos, gestin, memorizacin) introducidos por el operador que se traducen a seales electrnicas que gobiernan la MHCN. Los datos del programa estn constituidos por instrucciones CN y de inicializacin o estado de la mquina y los utillajes (por ejemplo dimensiones de las herramientas). El proceso de los datos de programa genera unos resultados que se traducen a seales o pulsos electrnicos que controlan la mquina-herramienta. Como dichas seales deben generar las acciones deseadas por el operador, sus resultados parciales son verificados reiteradamente y en intervalos de tiempo extremadamente cortos (bucle de comparacin accin / resultado). Ejemplo: Un programa CN editado y almacenado en la memoria incluye una instruccin en que una fresa debe desplazarse mecanizando linealmente una distancia de 100 mm en un eje de la mesa. Cuando el procesador interpreta esta instruccin calcula inicialmente el punto de destino, generando una seal de puesta en marcha del motor que controla el desplazamiento del eje oportuno. El motor a travs de la transmisin desplaza la mesa una distancia corta (paso). El sistema de medicin, que enva constantemente seales, le indica al procesador que la mesa esta en una nueva posicin (posicin actual).
35. 35. J.F.T. 35 El procesador lleva a cabo una comparacin entre la posicin actual y la de destino, tomando a continuacin dos posibles decisiones: 1. Detener el motor en el caso de que la posicin actual sea igual a la de destino. Se proceder a continuacin a leer la siguiente instruccin del programa CN. 2. Repetir la operacin en el caso de que no lo sea. Fig.64: Esquema del bucle comparacin accin / resultado La interfaz de control Informacin preliminar: Se puede usar un ordenador personal como ncleo de un sistema CNC para mquinas-herramienta. Las conexiones ms sencillas slo permiten unas pocas funciones mquina y se centran en las tareas de edicin de programas CN. En la actualidad, se tiende a que pueda ser una opcin completa de gobierno que es recomendable cuando la MHCN debe trabajar de forma coordinada con otras instalaciones (robots, sistemas de transporte automtico, otras MHCN, etc.). Para conectar un ordenador personal a una mquina-herramienta se necesita generalmente una unidad de control que traduce las instrucciones y clculos del PC a seales que controlan los motores de la mquina. Esta unidad realiza la labor de interfaz entre la alimentacin de potencia de la mquina y sus actuadores (motores). Fig.65: Ordenador personal como sistema CNC Consideraciones: Las funciones que ejecuta una mquina-herramienta no pueden ser inicializadas de forma directa por el ordenador de su sistema CNC. Se requiere la intervencin de un filtro o elemento intermedio que traduzca las seales que generan y gestionan ambos dispositivos. El nexo de unin entre la mquina-herramienta y el ordenador del sistema CNC est constituido por el interfaz de control, que acta sobre el control de ejes y sobre el sistema de alimentacin auxiliar de potencia.
36. 36. J.F.T. 36 El interfaz de control tiene como cometido la conversin de las seales provenientes del sistema CNC en otras propias de los actuadores de la mquina-herramienta, para de esta forma, ejecutar las acciones o movimientos programados. Fig.66: Esquema intercambio de seales entre el ordenador y la mquina-herramienta Ejemplo: Se recibe una seal de arranque del eje X desde el sistema CNC en un torno. El interfaz de control debe verificar un conjunto de requisitos previos como: Que el panel de proteccin de la zona de trabajo de la MHCN est cerrado. El control manual de eje (volante, si lo hay) est desacoplado. El sistema hidrulico de transmisin se encuentre activado. Cuando las condiciones de arranque se cumplen se puede poner en marcha el motor que gobierna el eje X. Esta accin conlleva simultneamente otras en la mquina (por ejemplo, se enciende una luz en el panel de control que indica el arranque). Tambin se activan mecanismos de seguridad para que no se ejecuten otras funciones mquina improcedentes (por ejemplo, la presin de cierre del plato de garras no debe variar). El control de los ejes tiene la misin de simplificar la interaccin entre el mecanismo de verificacin de la posicin y los motores de avance con el ordenador del sistema CNC. Para ello se regulan ciertas actividades de forma independiente y automtica. Generalmente las seales electrnicas de los sistemas CNC son de baja potencia para conmutar motores elctricos, electro vlvulas, etc. Por esta causa resulta necesaria la intervencin de un sistema de alimentacin auxiliar que amplifica esta seal para compatibilizarla la requerida por los dispositivos mencionados. Informacin adicional: El interfaz de control es un dispositivo fsico independiente en los sistemas CNC. Habitualmente se puede programar de forma especfica y separada, realizando labores de asistencia sobre todo a la hora gestionar la lgica que integra las funciones mquina ms bsicas. La programacin de los interfaces se realiza por los fabricantes de MHCN. Estos programas permanecen invariantes: El usuario final no pueden modificar sus parmetros e instrucciones. Las unidades de control programables ms comunes reciben el nombre de autmatas programables o PLC ("programmable lgica control").
37. 37. J.F.T. 37 Posicionado de los ejes Informacin preliminar: El control de automatismo se basa en el uso de unos dispositivos que analizan un conjunto de seales de entrada dando, en funcin de una lgica o aritmtica preestablecida, una seal de salida. El nmero de entradas y salidas puede variar complicando el proceso. Las seales a procesar pueden ser digitales o analgicas. Un proceso bsico de seales digitales (bits) consta de dos entradas y una salida (esta configuracin recibe el nombre de "puerta"), y conjunto de operaciones (generalmente basadas en la lgica) resultado de aplicar diferentes "tablas de verdad" que presentan todas las combinaciones posibles. Estas operaciones reciben nombres como "OR", "AND", etc. Fig.67: Puerta tipo "AND" Fig.68.: Puerta tipo "OR" Fig.69: Puerta comparativa Consideraciones: Independientemente de los componentes que incorpore el sistema CNC y de la relaciones que se establezcan entre unos y otros, siempre aparece un conjunto de dispositivos electrnicos esenciales para cualquier configuracin como los comparadores digitales bsicos y los circuitos de control. Fig.70: Circuito de control para posicionado de ejes Descripcin: El ordenador del sistema CNC calcula la distancia que debe desplazarse la mesa y transmite dicha informacin en cdigo binario al comparador, que la recibe como una de sus seales de entrada (A). El comparador genera una seal de salida (C) para el motor que acta sobre el sistema de transmisin que genera el desplazamiento (a incrementos) del eje afectado. Cualquier cambio de la posicin genera una seal en el sistema de medicin que informa sobre la situacin actual constantemente. Esta seal es enviada al comparador (B).
38. 38. J.F.T. 38 Este dispositivo analiza esta segunda seal de entrada (B) con la que recibe del ordenador de control (A). Si el resultado de la comparacin es negativo se genera otra nueva seal de desplazamiento incremental (C') y el motor continua rotando. Tan pronto como se igualan (A) y (B) se genera una seal de parada del motor. Esta ltima accin permite la lectura de una nueva instruccin. Informacin adicional: Los motores paso a paso presentan la propiedad de convertir fcilmente sus pulsos de control, a pasos (rotativos) predeterminados muy precisos. Generalmente el giro completo de su eje se asocia a un nmero exacto de pulsos / pasos (por ejemplo 48). El uso de estos motores para el posicionado de ejes mediante sinfines supone una simplificacin tanto en el sistema de control, como en el mtodo empleado para el clculo de las distancias. Fig.71: Posicionado eje mediante un motor paso a paso
39. 39. J.F.T. 39 TEMA II : FACTORES DE MECANIZADO CN Tema II: Factores de mecanizado CN Introduccin En este tema se analizan los factores y condiciones principales que afectan al corte de metales en MHCN y que deben ser tenidos en consideracin a la hora de elaborar los programas de CN. Se revisan los siguientes factores- factor mquina,- herramienta- refrigerante,- pieza (geometra bsica),- material. Estos factores se deben conocer para la correcta determinacin de los parmetros de corte necesarios: velocidad de giro del cabezal-velocidad de corte, avance, profundidad de corte. Todo ello en funcin de los lmites tcnicos, requerimientos de acabado (calidad superficial y precisin dimensional). Fig.1: Factores a tener presentes en el mecanizado con MHCN Vamos a ver estos factores de mecanizado en los tres apartados siguientes. En los restantes, abordaremos el estudio de las condiciones de corte importantes en fresado y torneado.
40. 40. J.F.T. 40 El factor mquina La mquina herramienta seleccionada debe ser capaz de llevar a cabo el trabajo de mecanizado bajo requerimientos de precisin y economa preestablecidos. El programador debe conocer las especificaciones de la mquina y condicionantes que hay que tener en cuenta a la hora de elaborar los programas CN. El diseo de las mquinas-herramienta se basa en tres consideraciones: rigidez mecnica, estabilidad dinmica, rigidez trmica. La rigidez mecnica es la capacidad de la mquina para soportar los esfuerzos o solicitaciones externas. Esta consideracin esta presente de forma esencial en el diseo de la cimentacin, bancada y estructura de la mquina. La estabilidad dinmica se relaciona con la capacidad para mantener la precisin de trabajo cuando aparecen esfuerzos en el seno de la mquina. Este factor depende de las propiedades de los materiales empleados en las construccin de las guas, apoyos y transmisiones de la MHCN, as como de los ajustes y dimensiones relativas entre dichos elementos. La rigidez trmica se asocia a la forma en que vara la precisin de trabajo de la MHCN cuando se producen variaciones de temperatura, ya sean debidas a al calor generado durante el mecanizado, al calentamiento local de motores o a cambios de la temperatura ambiente (en condiciones muy exigentes de precisin puede suponer la ubicacin de la mquina en una sala climatizada). El volumen de viruta extrado por unidad de tiempo o de avance (ratio de viruta removida) es un parmetro productivo que depende de la potencia que la mquina-herramienta puede proporcionar para el giro de su husillo principal. Para la programacin es esencial conocer las prestaciones y posibilidades de la transmisin del par de giro bsico. Dependiendo de la configuracin del motor y de la caja reductora se pueden seleccionar un conjunto limitado (valores fijos) o ilimitado (dentro de un rango) de velocidades de giro.
41. 41. J.F.T. 41 Fig.2: Los factores de la mquina herramienta Elementos auxiliares: Dependiendo de la dotacin auxiliar de la MHCN y del nivel de automatizacin de la produccin, el programador debe tener en consideracin la forma en que operan y las dimensiones de: sistema de sujecin de la pieza (amarres especiales,...), sistema de manipulacin de pieza (robots, paletizadoras, ...), sistema de cambio de herramientas (almacn, manipulador, ...). Con el fin de mejorar el nivel de prestaciones y seguridad en las MHCN la zona de trabajo se delimita con paneles protectores o carenados que pueden suponer la presencia de mecanismos de control especficos. Las herramientas y el refrigerante Los refrigerantes Existen tres tipos de refrigerantes: 1. Las disoluciones en agua (ejemplo: soluciones salinas) presentan buenas propiedades como refrigerante pero malas como lubricante. 2. Las emulsiones (agua y aceites minerales con aditivos) incorporan las ventajas de lubricacin de las substancias grasas. 3. Los aceites de corte (con grasas y aditivos). Se debe tener presente las siguientes consideraciones: Los refrigerantes tienen caducidad y deben renovarse de forma regular. Existen refrigerantes que atacan la piel y requieren el uso de ropa de proteccin y medidas de seguridad adicionales. Los refrigerantes pueden ser perjudiciales para determinados componentes de la mquina (picado de guas) por lo que se recomienda el uso exclusivo de aceites minerales Para conseguir unas condiciones de mecanizado ptimas es necesaria la intervencin de un refrigerante. Sus funciones son: Disipar el calor generado durante el corte en la punta de la herramienta manteniendo la temperatura de la pieza lo ms baja posible.
42. 42. J.F.T. 42 Reducir la friccin y el desgaste de la herramienta por lubricacin. Facilitar la extraccin de la viruta. El uso de refrigerantes permite aumentar las velocidades de corte. Vida de las herramientas: Las herramientas de corte se deterioran despus de un cierto tiempo de uso lo que conlleva su reafilado o cambio. Este tiempo recibe el nombre de vida de la herramienta. Los parmetros que afectan la vida de la herramienta son: La velocidad de corte empleada. El material de la herramienta. El material pieza. La seccin de viruta removida (rea de la seccin de viruta una vez que ha sido cortada). Alternancia en el corte. Los fabricantes de herramientas suelen suministrar en la mayora de los casos este dato segn diversas condiciones de corte. Las herramientas de vida larga son generalmente ms costosas, pero reducen las prdidas por tiempos de cambio. Seleccin y composicin de las herramientas La seleccin de las herramientas para operaciones de mecanizado con MHCN depende de: Del sistema de fijacin del adaptador existente en la torreta, cabezal o cambiador de herramientas. Fundamentalmente, del tipo de operacin, geometra o contorno que se va a mecanizar. Las torretas y cabezales deben garantizar: fuerzas de amarre herramientas elevadas, rapidez en el cambio de herramientas, rigidez mecnica, un diseo favorable para soportar vibraciones. El mecanizado depende en gran medida del estado del filo de la herramienta. En la actualidad predomina el empleo de plaquitas intercambiables por razones de tipo econmico Fig.3: Partes bsicas de las herramientas de torno y fresa
43. 43. J.F.T. 43 Fig.4: Geometra del filo de corte (plano de trabajo) La geometra del filo de corte afecta al proceso de remocin del material. Los parmetros ms significativos son: ngulo de desprendimiento, . ngulo de filo, . ngulo de incidencia, El rompevirutas es un elemento adicional que suele aparecer en el flanco de desprendimiento que evita la formacin de virutas largas de difcil extraccin. Fig.5: Tipos de desgaste (plano de trabajo) La herramienta sufre, por causas diversas, un desgaste paulatino en los flancos de contacto con la pieza. Un esfuerzo mecnico excesivo puede originar la rotura de la herramienta. El filo de la herramienta est sometido a: compresin, friccin, solicitacin trmica, ataque qumico. La resistencia a estos esfuerzos se consigue con el empleo de una ampla variedad de materiales y geometra de herramientas.
44. 44. J.F.T. 44 El factor pieza Propiedades de la pieza Un programador debe determinar qu propiedades de la pieza requieren atencin especial a la hora de confeccionar el programa CN partiendo de su plano. El tamao y la forma de la pieza afectan a: La eleccin del mtodo y sistema de sujecin, as como, a la presin de apriete requerida. La determinacin de la herramienta y su forma de actuacin (contornos especiales, internos o externos, etc.). Una amarre carente de rigidez puede suponer la aparicin de vibraciones o deflexiones en la pieza (esta es la justificacin del contrapunto o las lunetas en el torneado, o de algunos amarres especiales en fresado). Para conseguir buenos acabados superficiales se debe garantizar la formacin de viruta favorable (mediante rompevirutas) y emplear una geometra de herramienta adecuada para el material. Se recomienda en este caso adems: velocidades de corte elevadas, profundidades de corte bajas, avances reducidos. Las tolerancias a conseguir en la pieza acabada determinan el nivel de precisin con que se debe ejecutar el mecanizado (por ejemplo, estableciendo los periodos en los que se debe realizar una inspeccin o cambiar un til). Fig.6: Resumen de los factores pieza
45. 45. J.F.T. 45 Con referencia al material de la pieza las caractersticas esenciales que deben ser tenidas en cuenta son la resistencia y la maquinabilidad. La resistencia a la compresin es importante a la hora de seleccionar el sistema de amarre y las presiones de apriete (cuando se trata de un sistema hidrulico). La maquinabilidad afecta a la eleccin de herramientas y a las fuerzas de corte a aplicar. Un sntoma caracterstico de un mecanizado correcto es la formacin de viruta favorable a velocidad de corte elevada, combinado con un bajo desgaste de herramienta y un buen acabado superficial. Fig.7:Resumen de los factores material La geometra y el acabado superficial de la pieza determinan la eleccin de las plaquitas de mecanizado: La forma de la punta suele ser funcin del tipo de contorno a obtener. Las dimensiones y materiales de la plaquita se eligen en concordancia con las velocidades de corte y avances. El estado superficial deseado se obtiene mediante la seleccin del radio de punta de la herramienta y el avance. Las virutas Los tipos de viruta dependen de: factor de compresin, material de la pieza, velocidad de corte, estado superficial de flanco de desprendimiento, material de la herramienta, presencia de rompevirutas. El factor de compresin se define como: siendo: X comp.: factor de compresin. Av.: seccin viruta, mm2 . pc: profundidad de corte, mm
46. 46. J.F.T. 46 Fig.8: Formas de viruta Datos de corte en torneado En los siguientes apartados se revisan los parmetros de corte en el torneado y la forma de trabajo de estas mquinas-herramienta. Los parmetros esenciales de corte que el programador debe incorporar para operaciones de torneado son: el avance, la profundidad de corte o pasada, velocidad de giro del plato de agarre o cabezal, velocidad de corte. Estos datos se pueden estimar teniendo presente tres criterios de produccin: Ciclo de operacin corto: Tambin conocido como de mxima produccin. El parmetro a optimizar ser el volumen de material removido por unidad de tiempo (minuto). Este dato se puede calcular de la multiplicacin directa del avance, la profundidad de pasada y la velocidad de corte (en unidades homogneas). Si se desea maximizar su valor se deber incrementar cualquiera de los tres factores. No obstante, este criterio conlleva un mayor desgaste de las herramientas, lo que reduce el periodo transcurrido entre el reafilado o cambio de la plaquita.
47. 47. J.F.T. 47 Coste mnimo por pieza: Cualquier aumento de los parmetros esenciales de corte supone una reduccin del tiempo de mecanizado lo que a su vez produce una disminucin de ciertos costes directos (mano de obra y coste horario mquina). Sin embargo se produce un aumento de otros (coste en herramientas, por reafilado o cambio). El anlisis de los parmetros debe llevarse tenido presente los costes de herramienta para que no excedan de un determinado nivel. En este contexto se debe utilizar refrigerantes para maximizar la vida de la herramienta. Mxima calidad: Restringe los parmetros esenciales a los valores que garantizan los mejores acabados superficiales y que ajustan las tolerancias al rango demandado. La eleccin de los mismos depender: Tipo de herramienta (forma y material). Resistencia a la fatiga de la MHCN. Vibraciones caractersticas de la MHCN, material pieza y herramienta. Fig.9: Resumen de los criterios para el clculo de los parmetros esenciales de corte Avance y profundidad de pasada en torneado Consideraciones: En torneado se conoce como avance al movimiento de la herramienta en la direccin de mecanizado. Es, por tanto, un desplazamiento (generalmente expresado en mm) que generalmente se calcula de forma relativa. El programador puede asignar este valor en dos unidades en funcin de: revoluciones pieza (giro completo) (ejemplo: 0,2 mm/rev), minutos. (ejemplo: 40 mm/min En los programas CN este valor viene precedido de la letra "F" ( de "feed rate" en ingls) El avance se relaciona directamente con la velocidad de la operacin de mecanizado. Por esta razn su valor se determina teniendo presentes la fuerza de corte disponible y el estado superficial deseado. La profundidad de corte se mide, tomando como referencia al plano de trabajo, desde la punta de la herramienta hasta cara externa de la pieza. Cuando la pasada se realiza de forma longitudinal (horizontal), este parmetro equivale a la diferencia entre la coordenada vertical del punto cero herramienta y el tamao de la pieza despus del corte.
48. 48. J.F.T. 48 En las operaciones de desbaste, la profundidad del corte depende del nmero de pasadas establecidas. Para conseguir un aprovechamiento eficiente de la herramienta con un desgaste uniforme conviene asignar los valores de la profundidad de corte en funcin de la altura disponible de filo. Si se emplea un gran avance en materiales de baja maquinabilidad la profundidad de corte no debe ser excesiva a fin de no generar fuerzas de corte elevadas que generen altas temperaturas o superen las posibilidades del motor. Fig.10: Avance y profundidad de corte Informacin adicional: El avance y la profundidad de pasada determinan el tamao de la seccin transversal de viruta. Suele ser un paralelogramo afectado por el ngulo de montaje, c. Se calcula como: Siendo: Av.: seccin transversal de viruta, mm2 pc: profundidad de corte, mm F': avance por vuelta, mm El volumen de viruta removido se define como: Siendo: Vv: volumen de viruta removido, mm3 / min. Av.: seccin viruta, mm2 s: velocidad de corte, mm/min .
49. 49. J.F.T. 49 Fig.11: Seccin transversal de viruta Fig.12: Ejemplos de ngulos de montaje en torneado Velocidades de giro y corte en torneado Consideraciones: La velocidad de giro del cabezal se puede expresar: directamente, con un valor en revoluciones por minuto (rpm.), con la ayuda de un cdigo de letras que hace alusin a uno de los valores establecidos en tornos con velocidades preestablecidas y fijas. La velocidad de giro del cabezal en programacin CN aparece acompaando a la letra "S": S1200, significa velocidad de giro cabezal a 1200 revoluciones por minuto. S09, denota que se emplear la novena velocidad del cabezal (por ejemplo, 400 rpm.) Cuando se consigna la velocidad de giro del cabezal es imprescindible establecer previamente el sentido de giro (horario o antihorario). La velocidad de corte es la velocidad tangencial instantnea que existe en el punto de contacto entre la herramienta y la pieza de trabajo. Se puede deducir a partir de la velocidad de giro del cabezal y del dimetro instantneo de torneado. (Un giro rpido y un dimetro pequeo generan las velocidades de corte mximas).
50. 50. J.F.T. 50 Se expresa en m/min. Existen dos formas de programar las velocidades en CN: El programador determina la velocidad de giro (rpm.) ms favorable para cada dimetro. El programador establece una velocidad de corte constante en m/min. El control ajusta la de giro para mantenerla estable en los diferentes dimetros de trabajo. Fig.13: Velocidades de giro del cabezal y de corte Informacin adicional: La relaciones entre la velocidad de giro del cabezal y la de corte se establecen mediante la siguientes ecuaciones: siendo: vc: velocidad de corte, m/min n: velocidad de giro del cabezal, rpm. d: dimetro de torneado, mm
51. 51. J.F.T. 51 Condiciones de corte en fresado Introduccin: Los siguientes apartados introducen y explican los datos referentes a las operaciones de fresado. Los datos establecidos por el programador para operaciones de fresado son: velocidad de giro, avance, profundidad y anchura de corte, y esfuerzos de corte. Estos factores han de ser coordinados durante la programacin. Para ello han de considerarse tres criterios: Objetivo1: Tiempo de ciclo corto. El factor ms importante que debe ser controlado por el programador en relacin con el tiempo de ciclo es el volumen de viruta extrado por minuto. Esto resulta de multiplicar la velocidad de avance por la accin de corte y la profundidad o anchura de corte; cuanto ms elevados sean dichos factores mayor volumen de viruta ser extrado por minuto. En cualquier caso, debe aclararse que altas velocidades de extraccin de viruta conducen a mayor uso de la herramienta, lo que conlleva un incremento del tiempo medio de ciclo debido a cambios en la herramienta o en la punta. Objetivo 2: Bajos costes de pieza. Cualquier aumento en los datos de corte que conlleven una reduccin en el tiempo de pieza, reducir los costes de mquina. En cualquier caso, los costes de herramienta aumentan a un mayor uso. Los datos de corte de metal debern escogerse de tal forma que los costes de herramienta relativos al uso no exceden de un determinado nivel. En este contexto, es necesario considerar el uso de refrigerante para aumentar la vida de la herramienta. Objetivo 3: Alta calidad de produccin. La eleccin de los datos de corte est restringida a las exigencias en la calidad del producto. Esto afecta particularmente al acabado de la superficie y a las tolerancias dimensionales de la pieza acabada. La eleccin de los datos de corte de metal debe de coordinarse con: el modo de fresado (convencional, en contraposicin o frontal), la forma de la fresa, el tipo de perfiles de corte empleados (forma del filo de corte, material de corte), la capacidad de carga de la mquina, Los desplazamientos en fresado son generalmente generados por desplazamientos y rotacin de cortes simultneos. Sin embargo, el fresado se programa como si la bancada estuviera quieta y la fresa se desplazara (movimiento de herramienta relativo). Generalidades: La eleccin del avance (con velocidad de giro fijada) afecta al espesor de viruta y al acabado de la superficie. Fig.14: Fresado convencional
52. 52. J.F.T. 52 Fig.15: Fresado en contraposicin La eleccin entre el fresado convencional y en contraposicin afecta a la formacin de la viruta y a la presin de corte. En el fresado convencional, el espesor de viruta y la presin de corte aumentan gradualmente en la raz del diente de fijacin y alcanza un mximo junto antes de que el diente se aparte del material. Cuando la fresa se aparta del material, ocurre lo siguiente: La presin de corte se elimina de repente de forma que la fresa salta hacia delante y el siguiente diente penetra el material con una accin de. Estas operaciones suelen producir marcas de muescas. En el fresado en contraposicin, la viruta se forma en secuencia inversa si lo comparamos con el fresado convencional. Cuando el diente penetra, el espesor de viruta y la presin de corte adoptan su valor mximo. Cuando la fresa se retira de la pieza, la viruta producida es menor y la presin de corte en su valor mnimo. Por lo tanto, se producen pocas muescas y el acabado de superficie es el mejor posible. Si se compara con el fresado convencional, este fresado requiere menos potencia, pero una mquina ms rgida y una bancada que no presente vibraciones. Fig.16: Avance y velocidad de giro Avance y profundidad de pasada en fresado Fig.17: Fresado convencional
53. 53. J.F.T. 53 Fig.18: Fresado en contraposicin La profundidad o anchura de corte describe cuanto se introduce en la fresa en la pieza en la direccin de avance. La profundidad de corte en un fresado con giro vertical. Anchura de corte en fresado con giro horizontal. Los esfuerzos de corte de la fresa es la anchura de la fijacin de la herramienta con la pieza medida en el plano de trabajo en ngulo recto a la direccin de avance. Tanto la profundidad o anchura de corte como la fijacin de la fresa provienen de: el desplazamiento programado de la fresa, tamao y forma de la fresa. Cuando se programa el recorrido de la fresa en la pieza, es necesario coordinar profundidad y anchura de corte, as como la fijacin de la fresa: con la velocidad de mecanizado posible, con la fresa usada y el material ha ser fresado, con el acabado de superficie requerido. Velocidad de giro y corte en fresado La velocidad de fresado se introduce: bien directamente en revoluciones por minuto, por cdigos numricos que se asignan a las varias velocidades disponibles en la mquina. En el programa de control numrico, la velocidad de giro tiene la letra cdigo S. Ejemplos: S = 630 rpm, significa 630 revoluciones por minuto. SII denota una introduccin de velocidad de giro codificada (Por ejemplo, SII = 500 rpm). La eleccin de velocidad de giro determina la velocidad de corte. La velocidad de corte es equivalente a la velocidad en superficie de la fresa. Esto no slo depende de la velocidad de giro, sino tambin del dimetro de la fresa. (Cuanto mayor velocidad de giro y mayor dimetro de fresa, mayor velocidad de corte). Cuando se introduce una velocidad de giro es esencial asegurar que se ha designado el sentido de rotacin correcto.
54. 54. J.F.T. 54 El avance es el movimiento de la cuchilla en la direccin de trabajo. La velocidad de avance es generalmente especificada introduciendo un desplazamiento por minuto. En cualquier caso, tambin puede introducirse como un desplazamiento por revolucin de fresa o por diente de corte. En el programa CN, el avance est caracterizado por la letra de cdigo F. Ejemplos: F = 100 mm/min, significa una velocidad de avance de 100 milmetros por minuto. F = 0,1 mm/rev, significa una velocidad de avance de 0,1 milmetros por revolucin de corte F = 0,02mm/T, significa una velocidad de avance de 0,02 milmetros por diente La cuchilla usada no debera ser mayor que la requerida para la operacin concreta. Cuanto mayor es la herramienta se produce un mayor nmero de desviaciones dimensionales, debidas, en su mayora, a la deflexin por la inclinacin del flanco de corte de la fresa. Otras condiciones de corte El mecanizado en mquinas de CNC se diferencia considerablemente de el mecanizado en mquinas operadas manualmente. Esto se refiere, por ejemplo, a la capacidad mejorada de viruta extrada en las mquinas herramientas modernas. En cualquier caso, hay otras variables que afectan directamente a la calidad de viruta extrada y que son exclusivamente debidas al uso de sistemas de control por computador. Este captulo trata de los siguientes factores: error de redondeo en aristas vivas parada de precisin, reglajes de correccin por uso, limitacin de velocidad, monitorizacin de la vida de la herramienta.
55. 55. J.F.T. 55 Error de redondeo de aristas Informacin preliminar: En una mquina CNC la herramienta y/o las posiciones de cuchilla, velocidades de giro, velocidad de avance son introducidas en el sistema de control como valores de comando. Generalmente hablando, estos valores se dan en nmero variable de nmeros decimales. Cuando se utiliza entrada en milmetros, son aceptables hasta tres dgitos. La unidad de divisin ms pequea es una micra (1 micra = 0.001 mm). Este sistema ofrece resolucin en rango de micras. Cuando se introduce en pulgadas (1 pulgada =25,4 mm) se aceptan hasta 5 dgitos decimales. Si se introducen velocidades de giro, en vueltas por minuto (rpm), o velocidades de avance, en mm/rev o mm/min., las instrucciones de operacin facilitadas al sistema de control determinarn cuntos decimales pueden ser introducidos. Fig.19: Contorno con error de montaje Fig.20: Contorno con parada de precisin Consideraciones: La precisin en la introduccin no debe ser confundida con la precisin de mecanizado. An cuando un sistema de control trabaje con una alta resolucin, el uso de la herramienta, los efectos de aumento de temperatura, la falta de rigidez en la mquina reducirn la precisin de mecanizado. Cuando se controla un desplazamiento de herramienta, las cuchillas de la herramienta se mueven a valores cambiantes. El sistema de medida chequea constantemente la posicin instantnea de la herramienta. El sistema de control recibe realimentacin de la posicin de la herramienta y de ah calcula si sigue en el desplazamiento correcto. El control puede cambiar los valores de desplazamiento de la cuchilla, si lo considera necesario. Durante estas comparaciones entre la posicin comandada y la real de la herramienta pueden ocurrir retrasos de tiempo. Ello se debe a que la posicin real de la herramienta ya ha cambiado mientras el sistema de control todava est calculando la informacin para la siguiente posicin comandada.
56. 56. J.F.T. 56 En otras palabras, para cuando la posicin comandada por el control con la posicin real, la posicin real ya no es correcta. Este efecto de retraso produce un error de montaje cuando se llevan a cabo operaciones en mquinas CNC, y el valor de este error depende de la velocidad de avance. La figura 19 muestra un contorno con error de retraso; las esquinas son redondeadas levemente durante el proceso. Los errores de retraso en el rango de micras son admisibles, ya que los ngulos agudos generalmente no son deseados. En cualquier caso, para evitar errores de retraso algunos sistemas de control incorporan facilidades para realizar una parada de precisin. En este caso, la herramienta se para en cada esquina del contorno para evitar que se produzca el redondeo. Sin embargo, cuando se emplea parada de precisin es absolutamente esencial asegurar que la herramienta tiene una oportunidad de liberarse del corte, una vez que el avance se ha detenido. De lo contrario, apareceran marcas en el contorno debido a que la presin de corte es anulada de manera repentina. Otras consideraciones Informacin preliminar: La monitorizacin de la vida de la herramienta, utilizando el tiempo almacenado en el control en trminos de procesos de mecanizado, es relativamente inadecuada, ya que no tiene en cuenta las cargas alternas y las presiones que actan en el punto de la herramienta durante el mecanizado. Existen ciertos sistemas que miden el uso mediante la calibracin de la fuerza de corte que, poco a poco, estn ganando terreno en el mercado. Dicha tcnica es fundamental en los siguientes principios: Cuando la primera pieza de una serie es producida con una herramienta afilada, las fuerzas de corte que aparecen son almacenadas en memoria para cada uno de los bloques del programa. Por consiguiente, se determina una banda de tolerancia o un valor mximo para la fuerza de corte. Si se reconoce el final de la vida til de la herramienta o una rotura, la mquina se para y el operador tiene que proceder a cambiarla. Fig.21: Relacin entre la fuerza de corte y la vida de la herramienta
57. 57. J.F.T. 57 Fig.22: Correccin de uso
58. 58. J.F.T. 58 TEMA III : EJES DE COORDENADAS EN CN Tema III: Ejes de coordenadas en CN Introduccin: Fig.1: Movimientos durante el torneado Fig.2: Movimientos durante el fresado Las herramientas de una mquina CNC pueden realizar ciertos movimientos segn el tipo de mquina.
59. 59. J.F.T. 59 En un torno (Fig.01), estos movimientos se componen de movimientos longitudinales y movimientos transversales. En una fresadora (Fig.02), hay otro movimiento aadido a dichos movimientos fundamentales, llamado movimiento transversal secundario. Para controlar la herramienta de forma precisa durante estos movimientos, todos los puntos dentro del rea de trabajo de la mquina deben permitir una definicin clara y universalmente comprensible. Los sistemas de coordenadas se usan con este propsito, proporcionando una orientacin al programador durante la confeccin de programas. Las siguientes pginas muestran cmo se utilizan los sistemas de coordenadas para la programacin de mquinas CNC. Sistemas de coordenadas de dos ejes Informacin preliminar: La forma ms simple de un sistema de coordenadas para programacin de control numrico consiste en dos ejes con interseccin en ngulo recto. La interseccin es el punto cero u origen del sistema de coordenadas. Fig.03: Posicin determinada con la ayuda de coordenadas X / Y Consideraciones: Un sistema de coordenadas con dos ejes permite una descripcin / definicin precisa de todos los puntos (vrtices, centros de crculos, etc.) en el dibujo de una pieza. Normalmente, la geometra de una pieza se describe de manera precisa mediante el dibujo de la pieza y sus dimensiones (Fig.04). Si ubicamos la pieza en un sistema de coordenadas (Fig.05), la forma de la pieza queda descrita determinando la posicin de sus puntos. Para esto, las distancias relativas de cada unos de estos puntos a los ejes X e Y tienen que ser ledas en las escalas de cada punto dimensional. La distancia de los puntos desde el eje Y se llama coordenada X porque puede ser establecida utilizando la escala del eje X. La distancia de los puntos desde el eje X se denomina coordenada Y porque puede determinarse en el eje Y. Nota: En un sistema de coordenadas con dos ejes, un punto se determina claramente especificando un par de coordenadas (X, Y).
60. 60. J.F.T. 60 Fig.04: Dibujo dimensionado de una pieza Fig.05: Dibujo de pieza en sistema de coordenadas Informacin adicional: El sistema de coordenadas mostrado en el siguiente apartado se conoce como sistema de coordenadas "de dos dimensiones" porque tiene dos ejes de coordenadas. Si la posicin de la pieza dentro del sistema de coordenadas se modifica, pueden resultar los valores mostrados en la figura 06. Es importante tener en cuenta en cada caso los signos (+,-). Fig.06: Puntos con coordenadas positivas y negativas Sistemas coordenados de tres ejes Informacin preliminar: Cuando el dibujo de una pieza es referido dentro de un sistema de coordenadas, cada punto del dibujo puede ser determinado estableciendo dos coordenadas.
61. 61. J.F.T. 61 El punto central del agujero en la Fig.08 tiene las coordenadas X = 35, Y = 45. Por otra parte, cuando mecanizamos piezas con torno o fresadora, es necesario "imaginar" la pieza en 3-D. En el caso del agujero (taladro) de la Fig.08, no es slo cuestin de dnde se localiza el taladro en la cara de la pieza sino de lo profundo que es. El movimiento de la broca en la Fig.09 no puede ser descrito solamente por sus coordenadas X e Y. Se requiere una tercera coordenada para la profundidad del agujero taladrado: su coordenada Z. Fig.07: Pieza en un sistema de coordenadas Fig.08: Pieza en sistema de coordenadas 3-D Consideraciones: Para ser capaces de representar "piezas 3-D" necesitamos un sistema de coordenadas con tres ejes. Fig.09: Regla de la mano derecha Fig.10: Coordenadas 3-D
62. 62. J.F.T. 62 Los ejes de coordenadas se nombran por la "regla de la mano derecha" (ver Fig.09). Las coordenadas 3D X, Y, Z de una pieza se obtienen estableciendo la posicin de los puntos dimensionales (es decir, los vrtices), en los tres ejes (Fig.10). Los ejes en el sistema de coordenadas presentan ngulos rectos entre s. Cada eje tiene valores y direcciones negativas y positivas. Fig.11: Sistema de coordenadas 3-D con valores negativos en los ejes de coordenadas Informacin adicional: El sistema de coordenadas del siguiente apartado, presentado con la regla de la mano derecha, tambin se conoce como "sistema de coordenadas rotatorio en sentido horario". La razn para esto es la secuencia de la definicin de los ejes: Si el eje X gira hacia el eje Y, el movimiento es el mismo que el de un tornillo girando en la direccin Z (hacia dentro con la regla de la mano derecha). Fig.12: Sistema de coordenadas rotatorio en sentido horario Sistema de coordenadas de la mquina Informacin preliminar: El sistema de control de la mquina-herramienta convierte los valores de coordenadas dentro del programa de CN: en movimientos de herramienta. (Fig.13) y/o en movimientos de pieza (Fig.14) La direccin de trabajo es la misma en ambos casos. Cuando se programa una operacin de contorneado, generalmente se asume que la pieza es fija y que slo se mueve la herramienta.
63. 63. J.F.T. 63 Esta forma de ver la situacin se denomina "movimiento relativo de herramienta". Fig.13: Pieza fija Fig. 14: Herramienta fija Consideraciones: El mecanizado de una mquina mediante un programa de CN requiere aplicar un sistema de coordenadas a la mquina herramienta (Fig.15) Fig.15: Sistema de coordenadas para trabajos de fresado Cuando se programa, se debe asumir que la pieza es estacionaria y que las herramientas se mueven en el sistema de coordenadas. nicamente este enfoque posibilita que el control de la herramienta de trabajo sea claro y universalmente aceptado, fijando las coordenadas correspondientes. Incluso en operaciones de torneado se asume que la pieza es fija (Fig.16). La pieza se posiciona con el sistema de coordenadas de forma que el eje Z coincide con la lnea central de torneado (eje de rotacin) y los ejes X e Y siempre tienen la misma direccin. Por tanto, el eje Y no se usa en torneado. El eje transversal es el eje X y el eje longitudinal el eje Z. Los valores de X se dan frecuentemente en dimensiones de dimetros. Fig.16: Sistema de coordenadas para operaciones de torneado (herramienta posicionada tras la lnea central)
64. 64. J.F.T. 64 Informacin adicional En mquinas-herramienta, el eje Z de coordenadas coincide con el eje del husillo de trabajo y corre paralelo a l. Fig.17: Ejemplos de posiciones de sistemas de coordenadas en mquinas. ngulo de rotacin y coordenadas polares Informacin preliminar: Con los sistemas de coordenadas tambin es posible describir la posicin de los puntos estableciendo ngulos y distancias. Fig.18: Representacin de un punto mediante un ngulo y coordenadas polares Consideraciones: Algunas operaciones de mecanizado requieren la programacin de ngulos de rotacin sobre uno o varios ejes de coordenadas. Fig.19: ngulos de rotacin de eje A, B y C
65. 65. J.F.T. 65 Fig.20: Direccin de los ejes de rotacin La rotacin sobre los ejes de coordenadas se identifica por los ngulos de rotacin A, B y C (ver Fig.19). La direccin de rotacin ser positiva (+) cuando la direccin de rotacin sea en sentido horario vista desde el origen de coordenadas, mirando en la direccin del eje positivo (ver Fig.20). Los ngulos de rotacin pueden utilizarse, por ejemplo, para programar coordenadas polares en un nico plano Las coordenadas polares de un punto (ver punto P en Fig.21) consiste en la distancia del origen al punto (por Ej. R = 30 mm), as como el ngulo (por Ej. C = 30) formado entre esta distancia y un eje de coordenadas fijo (por Ej. el eje X). Los ngulos de coordenadas polares se identifican por A, B y C. Esta asignacin se deriva de la "regla de la mano derecha" como se muestra en la Fig.19: Si el punto pertenece al plano X/Y del sistema de coordenadas, el ngulo de la coordenada polar es igual al ngulo de rotacin sobre el eje Z: C (Fig.22). Si se encuentra en el plano Y/Z, el ngulo es igual al ngulo de rotacin sobre el eje X: A. Si est en el plano X/Z, el ngulo es igual al ngulo de rotacin sobre el eje Y: B Fig.21: Coordenadas polares (R, C) en el plano X/Y Fig.22: ngulo de coordenada polar como el ngulo de rotacin sobre el tercer eje de coordenadas Informacin adicional: En las mquinas-herramienta con movimiento de rotacin de la pieza o las herramientas, los ejes de