INTRODUCCIÓN AL CAD CAM CNCINTRODUCCIÓN AL CAD CAM CNC

Fernando Pastén Fernández- 2014 - pasten.fernando@yahoo.es

CAD/CAM/CNC Introducción

Glosario

CAD : Diseño Asistido por Computador.CAM : Fabricación Asistida por Computador. CNC : Control Numérico Computarizado.MHCN: Maquina Herramienta de Control Numérico.

Orígenes del CNC En 1947 John Parsons comienza a experimentar con la idea de generar los

datos de una curva a través de un eje y usar esos datos para controlar los movimientos de una maquina herramienta.

En 1949 la Corporación Parsons gana un contrato para investigar un método de producción acelerado.

En 1952 el MIT (Massachussets Institute of Technology) demuestra exitosamente un modelo de máquina de Control Numérico.

En 1955 se exhiben modelos comerciales de máquinas de control numérico para la aceptación de los usuarios.

En 1957 el Control Numérico es aceptado por la industria.

Hoy día las computadoras son cada vez más pequeñas y económicas, con lo que el uso del CNC se ha extendido a todo tipo de maquinaria: tornos, fresadoras, rectificadoras, corte de metal, rectificado etc.

CNC significa Control Numérico Computarizado

El control numérico CNC es una forma de automatización programable en base a una serie de instrucciones codificadas (Programa).

El CNC es apropiado para volúmenes de producción bajos o medios, dado que es más fácil escribir nuevos programas que realizar cambios en los equipos de procesado.

En una máquina CNC, a diferencia de una máquina convencional o manual, una computadora controla la posición y velocidad de los motores que accionan los ejes de la máquina.

Las máquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo en los tres ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales, las que se requieren para el mecanizado complejo de moldes y troqueles.

En una máquina CNC una computadora controla el movimiento de la mesa, el carro y el husillo. Una vez programada la máquina, ésta ejecuta todas las operaciones por sí sola, sin necesidad de que el operador esté manejándola. Esto permite aprovechar mejor el tiempo del personal para que sea más productivo.

Ciclo de Control Numérico

Factores que favorecen la incorporación del CNC en la Industria

• Mayor exigencia en la precisión de los mecanizados• Diseños cada vez mas evolucionados y complejos• Diversidad de productos, lo que ocasiona la necesidad de

estructuras de producción más flexibles y dinámicas.• Necesidad de reducir errores en la producción para no

encarecer el producto.• Plazos de entrega cada vez más exigentes, lo cual requiere

mantener altos niveles de producción (tiempo de entrega).• El abaratamiento de los sistemas CNC en el mercado, favorece

la adquisición de los mismos.

Ventajas de la utilización de Sistemas Control Numérico CNC

• Mejora de la precisión, así como el aumento de la calidad de los productos.

• Una mejor uniformidad en la producción.• Posibilidad de utilización de varias máquinas simultáneamente

por un solo operario.• Capacidad para realizar piezas con contornos de geometría

compleja.• Fácil intercambio de la producción en intervalos cortos.• Posibilidad de servir pedidos urgentes.• Reducción de la fatiga del operario.• Aumento de los niveles de seguridad en el puesto de trabajo.• Simular los procesos de mecanización o de corte antes de

fabricar la pieza.

Desventajas de la utilización de Sistemas Control Numérico CNC

• Elevado costo de accesorios y maquinaria (3 a 5 veces mas caro que una maquina convencional).

• Necesidad de cálculo, programación y preparación de la maquinaria para un funcionamiento eficiente.

• Elevado costo de mantenimiento, ya que el sistema de control y mantenimiento de los mismos es mas complicado, generando la necesidad de contar con técnicos altamente capacitados.

• Necesidad de mantener grandes volúmenes de pedidos para una mejor amortización del sistema (recuperar la inversión).

Conocimientos para operar los Sistemas CNC

• Conocimientos en geometría, algebra y trigonometría.• Conocimiento para la elección y diseño de las diferentes

herramientas de corte.• Conocimiento de los diferentes sistemas de sujeción de las

herramientas de corte.• Uso de instrumentos de medida y conocimientos de metrología.• Interpretación de planos.• Conocimientos de la estructura de la máquina CNC.• Conocimiento de los diferentes procesos de mecanización,

velocidades de corte, velocidades de avance, revoluciones por minuto.

• Conocimientos de la programación CNC.• Conocimientos del mantenimiento y operación CNC.• Conocimientos generales de Computadores.

Máquinas convencionales y Sistemas CNC

Máquina Herramienta Convencional Máquina Herramienta CNC

Un operario, puede manejar una sola máquina

Un operario, puede manejar varias maquinas

Es necesario consultar constantemente el plano

No es necesario consultar el plano (solamente se consulta cuando se realiza la programación).

Se necesita una amplia experiencia No es necesario una amplia experiencia

El operario tiene el control profundidad, avance, etc.

El programa tiene todo el control de los parámetros de corte.

Mecanizados imposibles de realizar Posibilidad de realizar prácticamente cualquier mecanizado

Torno CNC

Fresadora CNC

Ejes de Torno CNC

Ejes Fresadora CNC

Tipos de Controles

FAGOR SIEMENS

FANUC HEINDENHAIN

Diseño de una Máquina CNC

• Mecanismos de Posicionamiento.– Accionadores: Motores, Válvulas etc.

– Sistemas de Control: Bucle abierto (Computador ordena), Bucle cerrado (PLC verifica).

• Sistemas de Medidas.– Sensores : Inducción, Fotoeléctricos, Ópticos.

• Diseño de Máquinas.– Precisión y repetitividad.

– Refrigeración (Aire o Aceite)y eliminación de virutas.

• Sistemas de cambio de herramientas (Optativo, Automático o Manual).– Torreta giratoria.

– Almacén de herramientas.

Movimiento de una Maquina CNC

• Motores paso a paso (muy utilizados,bajo costo, poco torque para trabajo pesado, mas precisión.

• Servomotores o motores encode o con sensor (alto costo, mas torque para procesos de trabajo.

• Motores lineales (desplazamientos lineales de ejes).

Funciones del Husillo Principal en Torno y Fresadoras CNC

Husillo PrincipalHusillo Principal

Realiza las siguientes funciones

Realiza las siguientes funciones

El husillo puede ser accionado por

El husillo puede ser accionado por

• En Tornos: El movimiento rotativo de la pieza.

• En Fresadoras: La rotación de la herramienta.

• En Tornos: El movimiento rotativo de la pieza.

• En Fresadoras: La rotación de la herramienta.

• Motores de corriente alterna de tres fases (380V).

• Motores de corriente continua (220V).

• Motores de corriente alterna de tres fases (380V).

• Motores de corriente continua (220V).

Posición de Husillos Principales

Horizontal Rotativo Vertical Rotativo 5 Ejes

Componentes de un Sistema CNC

• UCP o CPU (Unidad central de procesos).• Periféricos de Entrada.• Unidad de almacenamiento de datos.• Periféricos de Salida.• Unidad enlace con PLC (Interfaz de conexión

con la maquina).

Funciones de la CPU o UCP

• Calcular la posición de los Ejes y los desplazamientos de la máquina.

• Controla los diferentes modos de funcionamiento de la máquina (en manual o automático).

• Dirige todas las señales de entrada y salida de los diferentes periféricos (controla el trafico de información entre la CPU y el PLC).

Periféricos de Entrada

• Teclado y Panel de Mandos.• Conexión con el Computador

(Interfaz de Red RS232 o Ethernet en equipos mas modernos).

• Reglas ópticas o posicionadores.• Ratón o Mouse en equipos mas

modernos.

Unidades de Almacenamiento de datos

• La información se guarda en el computador y se transfiere a la máquina mediante la conexión RS232 o Ethernet utilizando DNC.

• En el disco duro del propio control en maquinas CNC mas modernos (hay que considerar que la memoria que dispone el Control no tiene tanta capacidad).

• Servidor de Red que este conectado a una serie de maquinas CNC.

• Dispositivo portátil USB (Pendrive).

Periféricos de Salida

• Monitor o Pantalla.  • Comunicaciones RS232. • Conexión con Intranet.• Control de Movimiento de los ejes y demás

elementos móviles de la máquina.

Función del Monitor• Visualizar la información que se suministra desde el teclado.  • Controlar las comunicaciones entre otros sistemas

informáticos. • Informarnos de todos los sistemas que la máquina tenga

activados (falta de aire, aceite refrigerante).• Informarnos de las diferentes condiciones tecnológicas que

se estén usando, RPM, velocidad de corte, velocidad de avance, tipo de herramienta.

• Realizar la simulación de mecanizado por pantalla (computador o maquina).

• Indicar los posibles errores que se detecten en el sistema.• Etc.

Control de ejes y accesorios de máquina (PLC)

Sistemas de Torretas Portaherramientas para Tornos

Sistemas de Torretas Portaherramientas para

Fresadoras

Carrusel de herramientas16 herramientas aprox.

Cadena de herramientas 50 herramientas aprox.

Tambor de herramientas 10 herramientas aprox.

Cambio de Herramientas Fresado

Definición de Programa CN• Un programa CN es un conjunto de datos entendible tanto por el hombre

como por la máquina, necesarios para la mecanización de una pieza. • Al conjunto de datos que corresponde a una misma fase del mecanizado

se le denomina bloque o secuencia.• Los bloques de un programa se numeran para facilitar su búsqueda.• Una secuencia o bloque de programa debe contener todas las funciones

geométricas, funciones máquina y funciones tecnológicas del mecanizado. De tal modo, un bloque de programa consta de varias instrucciones.

• Este conjunto de bloques es interpretado por el intérprete de órdenes.

Creación de Programas

• Programación Manual a Pie de Máquina.

• Programación en Computador.

• Programación mediante sistema CAM

A pie de Máquina

• Ingreso de Datos

– Por Teclado– Por Software– Por Pendrive

Tipos de Programación• Programación Manual

– A partir del plano, se calcula de forma manual las trayectorias de las herramientas y a continuación, se codifican dichas trayectorias utilizando el lenguaje de programación estructurado contenido en el manual de la MHCN.

• Programación Pseudoasistida por computador– Este tipo de programación se realiza cuando se dispone de un

programa de Diseño Asistido por Computador CAD, pero no del Modulo de Fabricación Asistida CAM correspondiente

• Programación Asistida por Computador. • Programación Conversacional

– Por este nombre se entiende una forma de programar en la que el usuario solamente ingresa parámetros a una función o bloque para mecanizar un proceso rápidamente sin tener mucho conocimientos de programación (Ciclo fijo).

Programación Manual

Información Necesaria

– Información Geométrica– Cálculo de contornos y trayectorias compensadas de

radios de herramienta (Izquierda-Derecha).– Información Tecnológica: datos y condiciones de

mecanizado relacionados con el material, tipo de herramientas y características de la máquina.

– El programador debe determinar las trayectorias de las herramientas definidas de acuerdo a con el sistema de referencia de la máquina, las condiciones de trabajo y traducir estos datos a lenguaje máquina.

Programación Manual• Características de la programación del CN

– Posibilidad de dialogo mediante menú con el operador para la entrada de datos.

– Introducción de programas en código ISO, EIA y ASCII.– Programación en radios o diámetros.– Cotas absolutas o incrementales.– Programación del contorno de la pieza; compensación de radio de corte.– Ciclos fijos de mecanizado y medida.– Temporización programable.– Número de programas y subprogramas (o subrutinas).– Saltos de programas condicionales e incondicionales.– Operaciones matemáticas y lógicas.– Simetría.– Memoria para programas, parámetros de máquina, ficheros de

herramientas.

Definición del Proceso• Estudio del plano de la pieza a fabricar.• Análisis de las operaciones elementales.• Selección de máquinas.• Selección de herramientas.• Definición de las condiciones técnicas del mecanizado.• Diseño de utillajes y sujeción.• Secuencia de fases de trabajo (Hoja de Proceso).• Fase de codificación.• Pruebas y puesta a punto.• Ejecución en vacío.• Ejecución bloque a bloque.• Correr el mecanizado.

Programación Asistida por Computador• La programación asistida por computador intenta que

la realización de los programas de control numérico sea mas cómoda, utilizando el computador como herramienta de trabajo.

• Etapas:

– Programa de diseño CAD.– Utilización de librerías de herramientas (CAM).– Generar el camino o trayectoria de la herramienta sobre la

pieza (CAM).

Estructura de un Programa CNC

Estructura de un Programa CNC

%001

N10 T1.1

N20 M06

N30 G0 G90 X0 Y0 Z0 S 1500 F 150

N40 G01 X120 Y0 Z25

N50 G01 X120 Y45 Z25

N60 G01 X120 Y45 Z10

N70 G01 X110 Y45 Z10

N80 G01 X40 Y45 Z10

N90 G01 X40 Y45 Z30

N100 M30

INSTRUCCIONES GEOMETRICAS

INSTRUCCIONES TECNOLOGICAS

INSTRUCCIONES TECNICAS

Instrucciones de Movimientos Preparatorios Códigos G(Modal) G00 * Posicionamiento rápido

(Modal) G01 Interpolación Lineal

(Modal) G02 Interpolación Circular en sentido horario

(Modal) G03 Interpolación Circular en sentido anti horario

G04 Temporización

(Modal) G05 Trabajo en arista matada

G06 Interpolación Circular con centro en absolutas cartesianas

(Modal) G07 * Trabajo en arista viva

G08 Trayectoria circular arco tangente a la trayectoria anterior

G09 Trayectoria Interpolación circular definida por tres puntos

(Modal) G10 * Anulación de la imagen espejo

(Modal) G11 Imagen espejo en eje X

(Modal) G12 Imagen espejo en eje Y

(Modal) G13 Imagen espejo en eje Z

(Modal) G17 * Selección de Plano XY

(Modal) G18 Selección de Plano XZ

(Modal) G19 Selección de Plano YZ

G20 Llamada a sub-rutina standard

G22 Definición de sub-rutina standard

Instrucciones de Movimientos Preparatorios Códigos GG24 Final de definición de sub-rutina

G25 Salto llamada incondicional

G31 Guardar origen de coordenadas cartesianas

G32 Recuperar origen de coordenadas cartesianas

G36 Redondeo controlado de aristas

G37 Entrada tangencial

G38 Salida tangencial

G39 Achaflanado

(Modal) G40 * Anulación de compensación de radio

(Modal) G41 Compensación de radio a la izquierda

(Modal) G42 Compensación de radio a la derecha

(Modal) G43 Compensación de longitud de herramienta

(Modal) G44 * Anulación de compensación de longitud

G50 Carga de longitudes de herramienta en la tabla

G53-G59

Traslados de origen

(Modal) G70 Programación en pulgadas

(Modal) G71* Programación en milímetros

G72 Factor de escala definido por K

G73 Giro de sistema de coordenadas

Instrucciones de Movimientos Preparatorios Códigos G

G74 Búsqueda automática de referencia de cero máquina

(Modal) G80 * Anulación de ciclos fijos

(Modal) G81 Ciclo fijo de taladrado

(Modal) G82 Ciclo fijo de taladrado con temporización

(Modal) G83 Ciclo fijo de taladrado profundo

(Modal) G84 Ciclo fijo de roscado con macho

(Modal) G85 Ciclo fijo de escariado

(Modal) G86 Ciclo fijo de mandrinado con retroceso en G00

(Modal) G87 Ciclo fijo de cajera rectangular

(Modal) G88 Ciclo fijo de cajera circular

(Modal) G89 Ciclo fijo de mandrinado con retroceso en G01

(Modal) G90 * Programación en cotas absolutas

(Modal) G91 Programación en cotas incrementales

G92 Preselección de cotas. Traslado de origen cartesiano

G93 Traslados de origen polar

(Modal) G98 * Vuelta de la herramienta al plano de seguridad principal (Ciclos fijos)

(Modal) G99 Vuelta de la herramienta al plano de referencia o aproximación (Ciclos fijos)

Funciones Auxiliares M (Misceláneas)

• Las funciones auxiliares M ejecutan distintas acciones en la máquina-herramienta.

• Las funciones auxiliares más utilizadas son:

M00 Parada de Programa (El programa se detiene. Para reanudar el mismo se da marcha)

M01 Parada condicional del Programa (Se ejecuta si el mando de parada condicional esta en I)

M02 Final del Programa (orden de fin de programa dejando la máquina en condiciones iniciales)

M03 Arranque del husillo en sentido horario

M04 Arranque del husillo en sentido anti-horario

M05 Parada del husillo

M06 Cambio de herramienta

M08 Refrigerante ON

M09 Refrigerante OF

M30 Final del programa con reseteo de variables (ES como M02 pero deja el programa en condiciones de volver a ejecutarse)

Programación Pieza Torno

Programación Pieza Fresadora

%003 ; Programa 3N10 G54 ;Traslado de origen X0 Y0N20 T1 D1 ;Fresa 1 mm.N30 M6 ;Cambio de herramientaN40 G0 G90 G43 X10 Y10 Z2; Posicionamiento N50 G1 Z-0.5 F250; Baja herramienta - V corte 250N60 Y40 F500 ; Se desplaza a Y40- V corte 500N70 X50 ; Se desplaza a X50N80 X60 Y20 ; Se desplaza a X60 Y20N90 Y10 ; Se desplaza a Y10N100 X10 ; Se desplaza a X10N110 G0 Z2 ; D. rápido a Z2N 120 X0 Y0 ; Vuelve a origen X0 Y0N130 M30 ; Fin del programa

El CNC en la Industria

Componentes del CAD/CAM

¿Que nos permite hacer?• Las computadoras, en estos sistemas, han alcanzado mucha difusión

por lo siguiente:

– Permiten alcanzar una alta precisión.– Elevan la productividad.– Ejecución de trabajos complejos.– Disminución de tiempos muertos.– Concentración de operaciones.– Almacenamiento de información tecnológica.– Racionalización de personal.– Reducción de áreas de trabajo.– Mejoramiento de las condiciones de trabajo.

Software CAD/CAM

Mecanizado CAD/CAM