1 Manufactura Avanzada

Manufactura Avanzada. R.H Borbón

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UNIDAD 1 INTRODUCCIÓN A LA MANUFACTURA AVANZADA.


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1.1 CONTROL NUMÉRICO Y LOS PROCESOS DE MANUFACTURA.

El control numérico por computadora (CNC) ha transformado a la industria que

emplea máquinas – herramienta. Con la incorporación de la computadora en este tipo de sistemas se han logrado elevar la velocidad de fabricación y la precisión en piezas que en sistemas convencionales no se alcanzarían. Basta con elaborar el programa de manera apropiada para la pieza y este se podrá replicar las veces que sean necesarias, lo que se traduce en el incremento de la productividad. Es por ello que cada vez es más frecuente encontrar que los sistemas convencionales están siendo reemplazados por maquinas – herramientas de control numérico (MHCN).

Los tornos convencionales han cambiado para convertirse en centros de

torneado, como el que se muestra en la figura 1.1.

Estos tornos modernos son capaces de maquinar piezas redondas en cuestión de minutos, lo que a un mecánico experimentado le tomaría horas. Estos centros de torneado están diseñados principalmente para piezas de trabajo de barra de eje, que deben quedar sujetas mediante algún tipo de contrapunto.

Figura 1.1 Centro de torneado marca Hass

Figura 1.2 Vista interior Centro de torneado


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Por otra parte, se encuentran los centros de maquinado (figura 1.3), que son el equivalente en CNC de las maquinas fresadoras.

Existen dos clases de centros de maquinado, el vertical (figura 1.3a) y el horizontal (figura 1.3b). En el centro de maquinado vertical el husillo está dispuesto de manera vertical y es utilizado principalmente para piezas planas donde se requiere un mecanizado en 3 ejes. El centro de maquinado horizontal, cuyo husillo está en posición horizontal, permite que las piezas sean trabajadas en cualquier lado en una disposición, si la maquina está equipada con una mesa orientable.

Algunos centros de maquinado tienen husillos verticales y horizontales, que permiten a la maquina pasar de uno a otro con mayor rapidez.

Existen también un conjunto de máquinas – herramientas de control numérico diseñadas especialmente para llevar a cabo operaciones para producir un solo componente. En estas máquinas especiales se incluyen:

Generadoras de engranes.

Rectificadoras sin centro.

Rectificadoras de levas.

Rectificadoras de roscas.

Tornos de torreta multi-herramienta.

Roscado y fileteado automático.

Todas y cada una de estas máquinas controladas por computadora han venido a revolucionar los procesos de fabricación por arranque de viruta.

Figura 1.3 Centros de maquinado Haas. a) Vertical. b) Horizontal

(a) (b)


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1.2 PARTES PRINCIPALES DE UNA MÁQUINA DE CNC.

En esta sección se verán todos los mecanismos y dispositivos que controlan los

diferentes movimientos y acciones que realizan las maquinas CNC. Para llevar a

cabo el conjunto de instrucciones asociadas a un programa CNC, que realizara la

pieza propuesta, las herramientas usadas en estas máquinas, las funciones

programables con CNC y los componentes del sistema.

Los dispositivos y sistemas de las maquinas herramientas de control numérico

(MHCN), son:

Ejes de movimiento.

Sistemas de transmisión.

Sistemas de control de posición y desplazamientos.

Cabezal.

Sistemas de sujeción.

El principal estudio de los diferentes dispositivos y componentes se realizara sobre

la base de los centros de torneado y en los centros de maquinado verticales, dado

que son estas dos máquinas – herramientas de control numérico de mayor

utilización en las empresas de mecanizado.

Figura 1.4 Máquinas – Herramienta de Control Numérico. a) Centro de torneado. b) Centro de maquinado vertical.

(a) (b)


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1.2.1 EJES PRINCIPALES.

En la MHCN se aplica el concepto de “eje”, a las direcciones de los diferentes

desplazamientos de las partes móviles de la máquina, como la mesa porta piezas,

carro transversal, carro longitudinal, etc.

TORNO.

La estructura de un torno de control numérico se conserva sin grandes cambios,

con referencia a los tornos convencionales. Es por esto que los ejes principales en

un torno de control numérico serán los mismos que los de un torno convencional.

Eje Z: el eje “Z” es el que realiza el movimiento longitudinal en el sentido del eje

principal de la máquina.

Eje X: el eje “X” es el que realiza el movimiento transversal perpendicular al eje

principal de la máquina. (Basado en un torno con la herramienta trabajando desde

el lado del operario).

Figura 1.5 Ejes principales para centros de torneado.


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FRESADORA.

Los ejes de una fresadora de control numérico permanecen sin cambio

significativos con relación a las fresadoras convencionales, esto quiere decir que

una fresadora CNC tendrá tres ejes principales.

Eje Z: El eje “Z” es el que realiza el movimiento perpendicular de la herramienta

hacia el suelo.

Eje Y: El eje “Y” es que realiza el movimiento transversal de la herramienta.

Eje X: El eje “X” es que realiza el movimiento longitudinal de la herramienta.

Aunque en la fresadora convencional se puede mover indistintamente los carros o

la herramienta (según su estructura), en la programación de control numérico se

considera que la herramienta en la que se mueve, aunque esto no sea realmente

cierto.

Las fresadoras de control numérico pueden llegar a tener como mínimo tres ejes

principales, con los que se realizan la mayoría de las operaciones de fresado de

materiales. Existen también fresadoras de control numérico de hasta 5 ejes con

los que se realizan maquinados más complejos.

Las siglas MHCN corresponden a Máquina Herramienta de Control Numérico. Las siglas CN corresponden a: Control Numérico.

Figura 1.6 Ejes principales para centros de maquinados.


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EJES DE TRABAJO.

Las MHCN disponen de diferentes órganos de movimiento lineal (generalmente

ejes), para poder programar el movimiento de dichos elementos, se les asigna una

letra (ver figura 1.7), que será la que después se utilizara en la programación. Esta

asignación de letras está normalizada, no pudiendo ser cambiada en ningún caso.

Los signo “+” y “-“no tienen sentido matemático sino de dirección.

Los tornos disponen de un mínimo de dos ejes, mientras que las fresadoras

están dotadas de un mínimo de tres.

En los tornos los ejes X y Z se asocian al desplazamiento del carro transversal y

carro principal respectivamente, que se deslizan ortogonalmente entre ellos, no

siendo necesario el carro orientable. Mediante la combinación de movimiento

simultáneo de ambos se pueden describir trayectorias oblicuas o curvas

(interpolaciones).

Las fresadoras disponen de un mínimo de tres ejes X, Y y Z. Dos de ellos X e Y

se asocian al movimiento en el plano horizontal (longitudinal y transversal) de la

mesa de trabajo, mientras que el tercero es el desplazamiento vertical del cabezal

de la máquina.

En trabajos de mecanizado de formas complejas se requieren MHCN dotadas

de más ejes de desplazamiento. En la figura 1.7 se muestra un ejemplo de

funcionamiento de una máquina de 5 ejes. Existen diferentes constituciones, el

dibujo de la figura 1.7 es solo una de ellas.

Figura 1.7 Designación de los ejes de trabajo.


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DISPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS EJES EN LA MHCN.

La disposición de los carros móviles en las MHCN puede ser muy sofisticada,

dando origen a una gran variedad de diseños y modelos tanto en fresadoras como

en tornos.

Los fabricantes de MHCN construyen diferentes composiciones para poder

cubrir las necesidades de cada caso, siendo estas determinadas por el tipo de

mecanizado a realizar. Esta disposición viene condicionada por:

El perfil y orografía de las piezas a construir.

El tamaño de las piezas a mecanizar.

La precisión necesaria en el mecanizado.

Los diferentes tipos de materiales a mecanizar.

Las exigencias de apriete o sellado.

Etc.

La denominación de la MHCN según su capacidad de interpolación, se refleja

en la siguiente tabla.

Interpolación: Movimiento simultaneo de dos o más ejes de forma controlada, realizando trayectorias perfectamente definidas tanto lineales como curvas.

Tabla 1.1 Denominación de ejes en CNC.


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EJES COMPLEMENTARIOS.

Algunas MHCN disponen de mesas giratorias y/o

cabezales orientables. En ellas la pieza puede ser

mecanizada por diferentes planos y ángulos de

aproximación. 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 rotación. Su velocidad y

posición se regula también de forma autónoma.

Los ejes complementarios de rotación se designan en la programación CN

como A, B, C, estos ejes se asocian con los lineales tal como se indica en la figura

1.8.

Existe una composición típica de 5 ejes en las fresadoras, que actualmente está

generando un sistema de mecanizado propio, llamado así mecanizado en 5 ejes.

Los tornos con tres ejes disponen de un eje rotativo

(angular) con la capacidad de mover el plato de forma

controlada, además del giro normal para el corte, este

eje se suele denominar con la letra “C” y su utilización es

parecida a la de un cabezal divisor de fresadora

controlado por sistema CNC.

.

Figura 1.8 Ejes complementarios.

Figura 1.9 Eje de giro controlado C.

Eje rotativo angular: Son ejes que realizan su movimiento en forma circular y la medida que se utiliza para indicar su movimiento, esta expresada en grados.


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1.2.2 SISTEMAS DE TRANSMISIÓN.

Los recorridos de la herramienta se originan por la acción única o combinada de

los desplazamientos de cada uno de sus ejes.

En la figura 1.10 se puede observar como la herramienta para realizar el

mecanizado de la pieza, tiene que desplazarse simultáneamente o

interpoladamente en los ejes X, Y, Z.

Los sistemas de transmisión son los encargados de realizar los movimientos en

los ejes a partir del giro básico generado por el grupo del motor - reductor.

HUSILLO DE BOLAS.

El movimiento a los ejes a partir de los motores lo realizan los husillos de bolas

que funcionan por el principio de recirculación de bolas. Consiste en un tornillo sin

fin acanalado y un acoplamiento a los que se fija el conjunto mecánico a

desplazar. Cuando el grupo motor gira, su rotación se transmite al sinfín y el

cuerpo del acoplamiento se traslada longitudinalmente a través de este,

arrastrando consigo a la mesa de trabajo en el sentido oportuno, tal como se

puede ver en la figura 1.11

Figura 1.10 Generación de trayectoria de herramienta

Figura 1.11 Husillo de recirculación de bolas.


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El accionamiento contiene un conjunto de bolas de recirculación que garantiza

la transmisión de esfuerzos del sin fin a la mesa con pocas perdidas por fricción.

Las dos partes de su cuerpo están sujetadas con una precarga para reducir el

mínimo el juego transversal entre ellas con lo que se mejora la exactitud y

repetitividad de los desplazamientos. Esto se traduce en un movimiento con muy

poca resistencia y una exactitud elevada en el desplazamiento total.

Para disminuir los daños del mecanismo de transmisión frente a colisiones

transversales o sobrecargas, el grupo motriz incorpora un embrague en su

conexión con el sin fin. Este dispositivo desacopla la transmisión cuando el

conjunto de la mesa choca contra algún obstáculo.

MOTORES DE TRANSMISIÓN.

Para realizar los movimientos de los diferentes ejes se utilizan habitualmente

motores eléctricos de corriente continua controlados mediante señales

electrónicas de salida y entrada. Estos actuadores pueden girar y acelerarse

controladamente en ambos sentidos.

Los movimientos de estos mecanismos tienen que ser de gran rigidez y resistir

los esfuerzos generados por las fuerzas de corte o por los desplazamientos a alta

velocidad que generan los diferentes mecanismos en su movimiento en vacío

(grandes inercias).

Las transmisiones deben producir movimientos regulares, estables y ser

capaces de reaccionar rápidamente en las aceleraciones y deceleraciones.

Los factores que más afectan al control de estos movimientos son:

Uso de la herramienta inadecuada.

Restricciones anómalas en el movimiento.

Velocidades d avance en la operación de trabajo inapropiadas.

Fuerzas de inercia excesivas durante el frenado o aceleración.

Figura 1.12 Husillo de bolas instalado en una maquina CNC.


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Uno de los factores a determinar en la aplicación de motores es el par motor

que puede dar en toda la gama de velocidades.

Los tipos de motores más usuales actualmente usados son:

Motores paso a paso.

Servomotores o motores con encoder.

Motores lineales.

MOTORES PASO A PASO.

Son motores con gran precisión pero con pares de potencia relativamente

bajos, por lo que se suelen utilizar en máquinas de poca capacidad de trabajo.

La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos en

paso por cada pulso que el microprocesador le aplique. Este paso puede variar

desde 90° hasta pequeños movimientos de tan solo 1/8°, es decir, que se

necesitan 4 pasos en el primer caso (90°) y 200 para el segundo (1/8°) para

completar un giro completo de 360°.

Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posición

o bien totalmente liberes. Si una o más de bobinas esta energizada, el motor

estará enclavado en la posición correspondiente y por el contrario quedará

completamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas.

Par motor: Capacidad que tiene un motor para producir trabajo. Cuanto mayor sea esa

capacidad, más capacidad de trabajo tiene.

Figura 1.13 Motores paso a paso.


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SERVOMOTORES.

Estos motores acostumbran a ser los más utilizado dad su alta potencia y alto

par conseguido a bajas vueltas, lo que permite trabajar a pocas revoluciones con

grandes cargas de trabajo. El funcionamiento del motor es prácticamente el mismo

que un motor de C.A convencional, pero con un encoder conectado al mismo.

El encoder controla las revoluciones exactas que da el motor traspasando los

datos al control para que tenga registro exacto del mismo.

El mismo encoder es el encargado de frenar en el punto exacto que ordena el

control del motor. Los controles numéricos en si comunicación con los motores

tienen calibrada su parada por medio de lo que técnicamente se llama rampa de

deceleración para evitar los desplazamientos no deseados motivados por las

inercias de los diferentes carros.

Desde hace varios años los sevoaccionamientos se han venido utilizando en los

sistemas CNC, empleando principalmente servomotores de corriente alterna.

Figura 1.14 Servomotores de corriente alterna.


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MOTORES LINEALES.

La aplicación habitual de lo que es motor lineal es que se trata de un motor

rotatorio “desenrollado”, es decir que se ha cortado por uno de sis radios y se ha

estirado hasta dejarlo plano.

Hablando de un modo más preciso, un motor lineal consiste en un elemento

primario, donde se encuentran los devanados, y un elemento secundario que se

extiende a lo largo de la distancia que se va a recorrer, aportando como ventaja la

posibilidad de poder disponer de varios primarios sobre un mismo secundario.

Al igual que n caso de motores rotatorios, pueden existir modelos síncronos y

asíncronos. Junto con las guías lineales, el sistema de medida lineal y el regulador

electrónico forman el conjunto activo de accionamiento lineal.

Son motores de nueva generación que tiene la capacidad de generar grandes

aceleraciones, lo que reduce de forma considerable los tiempos de mecanizado en

los desplazamientos de trabajo en vacío. Actualmente está poco implementada su

utilización por tener que adaptarse las maquinas a los requerimientos del mismo.

Primario Secundario

Lector

Figura 1.15 Esquema simplificado de un motor lineal.

Figura 1.15 Motor lineal cilíndrico


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1.2.3 CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS.

Los movimientos de los diferentes ejes y sistemas se realizan tal como hemos

visto anteriormente por medio de las órdenes que envía el control numérico a los

diferentes motores, pero eso no garantiza que la posición real que tienen los

carros sea exactamente la deseada, debido a posibles percances que pueden

producirse durante su movimiento ocasionadas por:

Falta de engrase.

Colisiones con obstáculos durante el recorrido.

Juegos producidos por el desgaste de los elementos móviles.

Inercias no controladas, etc.

Para corregir estos posibles problemas, se tienen que utilizar sistemas de

control de la posición.

Los controles de posición son elementos que sirven para indicar con gran

exactitud la posición de los ejes de una máquina. Normalmente son ópticos y

funcionan por medio de una o más reglas de cristal con una cabeza lectora que

mede el desplazamiento de cada uno de ejes, o electromagnéticos basados en la

inducción de una corriente sobre una regla magnética.

CONTROL DE POSICIONES.

El control de las posiciones de los elementos móviles de la MHCN, se realiza

básicamente por dos sistemas:

Directo.

Indirecto.

El sistema directo utiliza una regla media situada en cada una de las guías de la

máquina. Los posibles errores producidos en el giro del eje o en su acoplamiento

no afectan a este método de medida.

Un resolver óptico controla constantemente la posición por conteo directo en la

regla graduada, transformando esta información en señales eléctricas y las envía

para ser procesadas por el control numérico. En la figura 1.16 se muestra un

resolver óptico por conteo directo.


16

En el sistema indirecto la posición de la mesa se calcula por la rotación en el

sinfín. Un resolver registra el movimiento de un disco graduado solidario con el sin

fin. El control numérico calcula la posición mediante el número de pasos o pulsos

generados durante el desplazamiento.

Para conocer la posición exacta de cualquier elemento móvil de una MHCN a lo

largo de un de desplazamiento se emplean un conjunto de dispositivos

electrónicos y un método de cálculo. Estos elementos constan básicamente, de

una escala graduada (similar a un escalimetro) y el resolver capaz de “leer” dicha

escala. Atendiendo al método de lectura y forma de la escala se distinguen entre:

Medición de posiciones absolutas.

Medida de posiciones por incrementos.

Figura 1.16 Sistema directo para la medición de posición.

Figura 1.17 Sistema indirecto para la medición de posición.


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La utilización del adjetivo “absoluto” para la medición de los desplazamientos

supone que las posiciones estimadas son independientes del estado puntual de la

maquina o de su control al estar referidas a un punto invariante conocido como

“origen absoluto” o “cero maquina” (ser vera esto último en un capitulo posterior).

El término “incremental” (incremento = desplazamiento pequeño de longitud fija)

se emplea para designar los movimientos relativos a algún punto significativo

distinto del origen absoluto y que, además puede variar. Durante el movimiento el

control numérico lleva a cabo un conteo del número de incrementos (divisiones) en

las que la nueva posición difiere de la anterior.

HUSILLO PRINCIPAL.

El husillo principal realiza en las MHCN las siguientes funciones:

En los tornos: realiza el movimiento rotativo de la pieza.

En las fresadoras: realiza la rotación de la herramienta.

El husillo puede ser accionado por:

Motores de corriente alterna trifásicos.

Motores de corriente continua.

Las principales características del uso de estos dos motores se exponen a

continuación.

Algunas fresadoras de tipo universal disponen de dos husillos principales en

disposición horizontal o vertical que pueden ser empleados de forma opcional y

alternativa. Como se ve en la figura 1.16.

Figura 1.18 Diferentes disposiciones del husillo a) horizontal b)vertical c)5 ejes


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1.2.4 ESTRUCTURAS Y TIPOS DE CONTROL.

Cuando se hace referencia a las MHCN, se debe diferencia entre lo que es la

máquina y lo que es el control, dado que son dos partes perfectamente

diferenciadas. De hecho al comprar la maquina el fabricante de la misma permite

la elección de diferentes controles, tanto en el ámbito de modelo, dentro de lo que

es la misma marca comercial, o incluso diferentes marcas.

TIPOS DE CONTROL SEGÚN SU FUNCIÓN.

Fundamentalmente existen tres tipos de control contemplándolos desde la

perspectiva de la función que realizan. Los tres tipos son:

Control punto a punto.

Control paraxial.

Control interpolar o continuo.

CONTROL PUNTO A PUNTO.

Tal como indica su nombre, solo controla puntos

definidos por programación, no teniendo ningún control

del recorrido de la herramienta de un punto a otro, ni

de mecanizado ya que se controlan con comandos

diferentes. Esto quiere decir que un control punto a

punto no se puede control la velocidad de

posicionamiento ni tampoco la velocidad de

mecanizado.

Las flechas de la figura 1.19 indican solo el punto a acudir, durante el recorrido

sin que exista control de velocidad.

El control punto a punto es el más sencillo de todos los tipos de controles

existentes, lo que le convierte en el más barato, no obstante tiene una función

clara dentro del mercado de las maquinas – herramientas de tipo taladradora,

semi punteadoras, punzonadoras, etc.

Figura 1.19 Mecanizado punto a punto.


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CONTROL PARAXIAL.

En el ámbito de velocidad de desplazamiento, el

recorrido lo realiza de forma controlada pero solo

paralela u ortogonalmente, tal como indican las

flechas de la figura 1.20. Esto quiere decir que el

control paraxial realiza desplazamientos a

velocidades controladas solo en los ejes descritos por

la figura.

Esto es así debido que no se tiene la capacidad de interpolación, es decir el

control solo puede mover y controlar un motor a la vez. Este control se aplica para

algunas fresadoras, perfiladoras, aserradoras, etc.

CONTROL INTERPOLAR O CONTINUO.

Este control tiene la capacidad de controlar varios ejes simultáneamente,

pudiendo realizar cualquier recorrido en un plano, tantas líneas curvas como

líneas rectas con cualquier tipo de inclinación. Tal como se muestra en la figura

1.21.

Esta capacidad de mover dos o más motores simultáneamente, se llama

interpolación, es decir cuando dos motores se mueven simultáneamente, de

manera controlada por el control se dice que están interpolando.

El control interpolar es el más completo de todos, pues puede realizar todas las

funciones de los anteriormente citados y además la suya propia, por lo que es, con

mucho, el más utilizado.

Figura 1.20 Mecanizado paraxial.

Figura 1.21 Movimiento interpolar.


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1.2.5 UNIDAD CENTRAL DE PROCESOS (CPU).

La unidad central de procesos o CPU es el corazón del sistema, está

compuesto por una estructura informática donde el microprocesador es el

elemento central. La capacidad u potencia de cálculo del microprocesador

determina la capacidad real de la maquina CNC (capacidad de interpolación).

Entre las funciones que tiene que realizar están las siguientes:

Calcular la posición de los ejes y los desplazamientos de la máquina.

Controlar los diferentes modos de funcionamiento de la máquina.

Dirigir todas las señales que van o vienen de los diferentes periféricos.

Controlar el tráfico entre el microprocesador y el PLC.

Las exigencias modernas, obligan a trabajar con potentes microprocesadores,

para multiplicar la potencia y la velocidad de cálculo necesaria.

Otro componente destacable de la CPU son las diferentes memorias que

integran el sistema, existen memorias EPROM, ROM, RAM, memoria tapo, etc., la

única que se tratara desde en este documento, es la memoria tapón.

En alguno CN la memoria tapón forma parte de la memoria RAM y es la parte

destinada a almacenar los programas (actúa como un disco duro de ordenador) y

demás datos importantes de la máquina. Como, cualquier tipo de memoria RAM,

los datos solo los almacena mientras tenga tensión eléctrica, lo que quiere decir

que si apagamos la entrada de energía eléctrica al control, se borrarían los daos

almacenadas en ella, para que esto no suceda este tipo de controladores tiene

unas pequeñas baterías eléctricas o pilas para mantener la tensión en la memoria

al apagar la máquina.

Algunos controles actuales, disponen de disco duro para almacenar los daros igual

que en un ordenador PC, incluso disponen de sistema operativo.

Figura 1.22 CPU de un control moderno.

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://www.pcbheaven.com/blogpages/Repairing_NUM_controller_on_BIMA_CNC_center/&ei=QabyVJiyGcGrNqrkgfAK&psig=AFQjCNEIGr028fxqfAVQmRiJC42sPwtk6A&ust=1425274753001533


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1.2.6 PERIFÉRICOS DE ENTRADA.

Los periféricos de entrada son todos aquellos elementos que sirven para

suministrarle información a CPU. Entre los más importantes existen los siguientes:

Teclado y panel de control.

Conexión con ordenador (sistema de red o RS-232).

Sensores de posición o reglas ópticas.

Ratón.

TECLADO Y PANEL DE CONTROL.

Los teclados incorporados en los controles (panel de control), son diferentes

incluso dentro de los mismos fabricantes, no existe una unificación tal como

sucede con las computadoras de escritorio. Además existen controles con la

programación diferente, por lo que puede tener teclados intercambiables para el

mismo control.

No obstante todos están diseñados por áreas para realizar la programación y el

control de máquina de forma sencilla y poder maquinar de forma manual.

Su construcción suele ser de a prueba de ambientes agresivos que es lo que

normalmente encontrara en los talleres.

Figura 1.23 Panel de control Hass.

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://www.origincadcam.com/origin-haas.html&ei=zqfyVKeIJYanggTeo4PgDA&psig=AFQjCNHbHm7FSyuxBqxRWp4dmjqzNNEFdQ&ust=1425275181862713


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MANDOS PARA EL CONTROL DE LA MÁQUINA.

Permiten el gobierno manual o directo de la MHCN en actividades similares a

las ejecutadas con una máquina – herramienta convencional mediante manivelas,

interruptores, etc.

Dependiendo del control, algunos de estos mandos pueden estar integrados en

el propio teclado o insertados por el fabricante, en alguna zona de la máquina de

forma que estén accesibles y claros. Estos mandos suelen estar priorizados a los

mandos del propio control, para un mejor control de la máquina.

Estos controles pueden ser empleados de forma alternativa durante las

operaciones programadas para modificar puntualmente el proceso, por ejemplo

aumentar o disminuir la velocidad de avance.

Es habitual que estas funciones aparezcan representadas mediante un icono

inscrito en el botón correspondiente.

El movimiento de los ejes de la maquina se puede realizar de manera manual

desde el panel de control o de manera automática. Básicamente existen los

siguientes formatos o sistemas para el desplazamiento de los ejes:

Botonera integrada en el control numérico.

Movimiento controlado continúo.

Movimiento controlado por impulsos.

Botonera integrada en los mandos de control de la máquina.

Volante electrónico.

Figura 1.24 Mandos para control de movimientos manual de los ejes .


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BOTONERA INTEGRADA EN EL CONTROL NUMÉRICO.

Los paneles de algunos controles numéricos llevan integrados los botones de

movimiento de ejes en su propia botonera, suelen intercalar un botón de avance

rápido para y simultanear con el eje y dirección apropiado, estos mando pueden

actuar con movimiento continuo o con movimiento por impulsos controlados. En el

caso de movimientos continuo, suele controlar la velocidad de avance de los ejes

por medio de un potenciómetro o por medio del valor introducido por

programación.

En el caso de movimiento por impulsos, se desplaza a la máxima velocidad,

pero en una distancia exacta, elegida por medio del potenciómetro adecuado. En

la escala de dicho potenciómetro suele viene indicada el desplazamiento que

realizara por cada impulso que se le aplique al correspondiente botón.

Existen también las botoneras integradas en los mandos de control de la

máquina, las cuales realizan la misma función que las botoneras integradas en el

panel del control, con la diferencia de que no existe una unificación clara. Lo que

lleva a que cada fabricante disponga como mejor crea a la hora de situar y

dimensionar la botonera

VOLANTE ELECTRÓNICO.

Figura 1.25 Botoneras integradas al control Hass.


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Es un accesorio del que actualmente disponen la mayoría de máquinas y tiene

como objetivo el imitar los movimientos de giro de los volantes tradicionales pero

con la máxima precisión posible. El volante dispone de posibilidad de ajustar

diferentes escalas, lo que permite que con el mismo giro, podamos conseguir

diferentes desplazamientos. Por ejemplo, si se escoge la escala de 1mm, el giro

completo del volante hará que el eje recorra 1mm, lo que quiere decir que las

divisiones del tambor serán proporcionales a 1mm.

Existe la posibilidad de colocar un volante por eje o un único volante que

conmute con los diferentes ejes de la máquina. En este último caso el volante

puede ser móvil, pudiendo acercar a la posición que el operario ocupe, lo que

facilita su operatividad.

CONEXIÓN CON ORDENADOR.

Figura 1.26 Volantes electrónicos. a) Fijo b) Móvil

Figura 1.27 Volantes electrónicos control Haas.


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Los controladores suelen tener una capacidad de almacenamiento no muy

grande, por lo que es totalmente necesario poder comunicarse con algún

ordenador que tenga la capacidad superior. Igualmente, existen programas,

generalmente realizados en un sistema CAM, que no caben en la memoria de

control, por lo que se tiene que establecer un sistema de conexión constante con

el ordenador, este sistema se llama DNC.

La conexión más habitual que suele encontrarse es la que utiliza la norma de

comunicación en serie RS-232.

A partir de aquí se tiene que unificar unos parámetros que se conocen como

“códigos de protocolo”. En caso de no coincidir estos códigos entre ambos

sistemas, no se podrá establecer la comunicación.

Otro sistema de comunicación, que se suele utilizar es la conexión mediante red

informática. Para que esta comunicación se pueda establecer se debe contar con

las tarjetas de comunicación de red.

Figura 1.28 Sistemas de conexión para controles CNC.


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1.2.7 PERIFÉRICOS DE SALIDA.

Son todos aquellos elementos que sirven para recibir la información que

suministre el CPU. Entre los más importantes se encuentran los siguientes:

Monitor.

Sistema de comunicación RS-232.

Conexión con intranet.

Control de ejes y accesorios de maquina (PLC).

MONITOR.

Es el encargado de mostrar todos los sucesos que se estén produciendo entre los

diferentes procesos de comunicación, tanto de datos de entrada como datos de

salida. La información más relevante que se muestra en la mayoría de los

monitores en las MHCN destacan:

Estado de la comunicación entre los diversos dispositivos.

Estado de activación o desactivación de diferentes elementos en la

máquina.

Información sobre velocidades de avance, de corte o posición de la

herramienta.

Mostrar posibles errores de operación.

En las MHCN más actuales el monitor viene incorporado en el mismo sistema,

mientras que en otros sistemas se aprovecha el monitor de una computadora de

escritorio para desplegar la información necesaria.

Figura 1.29 Monitor control Haas.


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CONEXIÓN RS-232 E INTRANET.

La conexión más habitual que suele encontrarse es la

que utiliza la norma de comunicación en serie RS-232.

A partir de aquí se tiene que unificar unos parámetros

que se conocen como “códigos de protocolo”. En caso

de no coincidir estos códigos entre ambos sistemas, no

se podrá establecer la comunicación.

Otro sistema de comunicación, que se suele utilizar

es la conexión mediante red informática. Para que esta

comunicación se pueda establecer se debe contar con

las tarjetas de comunicación de red.

CONTROL DE EJES Y ACCESORIOS DE MAQUINA (PLC).

Una vez que el control procesa los datos, este transmite la información a los

diferentes órganos de la máquina, para que procedan a su ejecución. Estos datos

no son enviados directamente a la maquina (giro del cabezal, cambio de

herramienta, encendido del refrigerante, etc.), sino que lo hace a través de un

autómata programable o PLC.

Un PLC es un módulo programable en sistemas de automatización, que no se

estudiaran en este tratado, sin embargo es importante mencionar su relación con

las MHCN. El PLC funciona a través de un lenguaje de programación propio de

este tipo de elementos, mediante este lenguaje se programa el dispositivo para

mandar la información necesaria a los elementos de la máquina. En otras palabras

el PLC ejecuta las órdenes mandadas por el control funcionando como un eslabón

entre el control de la máquina y los actuadores.

Figura 1.30 Control PLC.


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1.2.8 SISTEMAS DE SUJECIÓN.

Los sistemas de sujeción de piezas permiten amarrar la pieza a la mesa de

trabajo para el fresado o al eje principal para el caso del torno.

SISTEMA DE SUJECIÓN EN TORNO.

En los tornos de CN se suelen emplear sistemas rápidos de agarre de pieza y

que tengan sistemas de auto centrado de buen nivel de precisión.

No obstante realizaremos una selección de la mayoría de los mecanismos más

utilizados para sujetar la pieza en los tornos de CN:

Platos universales de dos, tres o cuatro garras auto centrado.

Platos frontales para colocación de sargentos para agarre de formas

irregulares.

Pinzas para la sujeción de piezas cilíndricas pequeñas.

Puntos y contra puntos con arrastre para piezas esbeltas.

Lunetas escamoteables para apoyo intermedio.

Sistemas de conos.

En los platos hidráulicos y neumáticos se pueden controlar la apertura y el cierre

de las garras, mediante instrucciones programadas de CN, así como la presión de

apriete.

La elección de la fuerza de apriete depende generalmente de la velocidad de giro

del cabezal; velocidades elevadas demandaran presiones mayores. Como es

habitual que las MHCN trabajen a velocidades de giro elevadas se hace necesario

controlar la presión de agarre de los contrario se podría suponer presiones que

dañasen la pieza.

El diseño del sistema de agarre hidráulico o neumático en los tornos de CN se

basan en mantener una presión constante de apriete cuando las velocidades de

giro son elevadas.

Figura 1.31 Tipos de platos de agarre automáticos.


29

El mecanizado de piezas largas con torno, puede necesitar 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 programación CN:

Posicionar el contra punto.

Aproximar el contra punto.

En casos de que por excesiva longitud de la pieza, no sea suficiente con el

contrapunto la estacada de la pieza, necesita la instalación de una o más lunetas

de apoyo lateral. Las lunetas de CN utilizan las siguientes funciones de

programación:

Abrir luneta.

Cerrar luneta.

Posicionado transversal.

Aproximación / retirada.

SISTEMA DE SUJECIÓN EN FRESADORAS O CENTROS DE MAQUINADO.

En las fresadoras o centros de mecanizados, suelen emplear los mismos

sistemas que en las maquinas convencionales, pero con tendencia a poder

realizar las funciones más rápidas y precisas.

El número de funciones controlables que están relacionadas con estos sistemas

depende de la forma de alimentación de piezas (manual o automática) y de la

complejidad del sistema de sujeción. En el fresado con CN se emplean de forma

más frecuente los siguientes sistemas de sujeción:

Mordazas.

Mordazas auto centrables, mecánicas, hidráulicas o neumáticas.

Sistema de bridas.

Placa angular de apoyo.

Figura 1.32 Sistemas auxiliares de agarre


30

Platos o mesas magnéticas.

Mesas y dispositivos modulares de uso universal.

Utillajes de diseño específico o especial.

En las mordazas hidráulicas o neumáticas, se pueden controlar la apertura y

cierre mediante instrucciones programadas de CN así como la presión de cierre de

la misma. En el fresado las presiones apriete no resultan críticas. El aspecto más

crítico en la sujeción en estas máquinas es la rapidez de montaje /desmontaje y la

precisión en el posicionado de la pieza en sobre la mesa de trabajo.

El sistema de amarre debe permitir una fácil carga/descarga de la pieza de

trabajo y garantizar la repetitividad en la colocación estable y precisa

Los sistemas de bridas normalizados y modulares se utilizan frecuentemente.

Estos dispositivos deben permitir, a ser posible, el mecanizado completo son

operaciones de montaje / desmontaje.

En numerosas ocasiones es conveniente equipar las fresadoras con un sistema

dual de mesas de trabajo intercambiable, que permite realizar operaciones de

transporte y amarre de pieza incorporado a la misma máquina.

La colocación o el giro de la mesa en la posición de trabajo pueden realizarse

con funciones CN específicas así como las paradas y comienzo de los bloques de

programación.

Figura 1.33 Sistemas de sujeción en fresadora. a) Prensa. b) Por bridas. c) Bridas altas

Figura 1.34 Sistemas adicionales de sujeción en fresadora.


31

1.2.9 CAMBIADORES AUTOMÁTICOS DE HERRAMIENTAS.

La mecanización moderna exige mecanizados en la misma estacada, tano por

la precisión de la pieza como por los tiempos de maquinado. Las herramientas

precisan de cambios rápidos y precisos, lo que nos lleva a tener que recurrir a

sistemas de anclaje de herramientas y sistemas automáticos de cambio de

herramientas más veloces.

El cambio de herramienta puede ejecutarse manualmente por el operario o de

forma automática por medio de programación, no obstante, esto solo se realiza en

la práctica con fresadoras y taladradoras dotadas de cabezales con adaptadores o

portaherramientas de acceso rápido y sencillo, en general todos los tornos suelen

equipar, los sistemas automáticos.

Los tornos de CN y centros de mecanizado de gran producción utilizan

cambiadores automáticos de herramientas que albergan un número variable de

útiles dependiendo del diseño. Los cambiadores de herramienta reciben el nombre

de:

Tambor de herramienta (tornos).

Carrusel de herramientas (fresadoras /centro de maquinados).

CAMBIADORES EN EL TORNO.

Básicamente el sistema de cambio de herramienta en los tornos se clasifica en

dos grandes categorías:

Cambiadores manuales.

Cambiadores automáticos.

El cambio manual en torno de CN, prácticamente no se utiliza, sin embargo en

los pocos sistemas en que se encuentran, se recurren a sistemas similares a los

de los tornos convencionales.

CAMBIADORES MANUALES TORNO.

El sistema manual de cambio de herramienta en un torno consta básicamente

de un torreta en donde se colocan el juego de herramientas que se van a utilizar y

el operario realiza el cambio a la herramienta que desee.


32

CAMBIADORES AUTOMÁTICOS TORNO.

El cambio automático de herramienta se controla por programación,

caracterizándose por el giro del tambor hasta que se coloca en la posición de

trabajo, en dicha posición se encuentra la herramienta a utilizar.

Las capacidades de los tambores de herramientas oscilan entre las 6

herramientas para los tambores más pequeños y 20 herramientas para tambores

más grandes.

TIPOS DE TAMBORES.

Como ya se menciono es mediante el tambor como se realiza el cambio de

herramienta en los tornos de CN. Los tambores se clasifican según la forma en

que se sujetan las herramientas sobre el mismo, los más usuales son:

Tambores de agarre clásico.

Tambores sistema VDI.

Sistemas propios del fabricante.

Figura 1.35 Cambiador automático torno CNC.


33

TAMBORES DE AGARRE CLÁSICO.

Son tambores en los que el sistema de anclaje de la herramienta no difiere de

los sistemas clásicos, recurriendo al apriete de las herramientas por el sistema de

tornillos, y sin garantizar una posición exacta de la herramienta lo que obliga a

tener que ajustar la herramienta después de cada cambio, estando la maquina

parada durante el proceso, esto representa una mayor cantidad de tiempo con la

maquina parada y una mayor imprecisión en las medidas de las piezas a

maquinar.

El tambor dispone de posiciones fijas y numeradas, para que el sistema CNC

controle su situación en cada movimiento. Estas posiciones suelen estar

perfectamente indicadas por el fabricante del mismo, normalmente en el costado o

el frontal del tambor. También están divididos en posiciones para herramientas de

mango cuadrado y herramientas de mango cilíndrico de sistema clásico.

Este tipo de tambores apenas se usa en las industrias actuales, reservando su

uso a trabajos esporádicos o en la enseñanza, esto debido a si bajo coste

comparado con otros sistemas.

Figura 1.36 Tambor de agarre clásico.


34

TAMBORES SISTEMA VDI.

Probablemente sea el más utilizado actualmente, el sistema se basa en colocar

siempre en la misma posición y con la máxima precisión posible las herramientas,

para ello el tambor dispone de unos mecanismos accionados por sistema de llave

Allen en cada una de las posiciones. Dichos mecanismos disponen de un pequeño

engranaje que tiene como misión colocar el portaherramientas en la posición

correcta y conseguir el apriete del mismo.

La otra parte del sistema, son los portaherramientas o

soportes que se dividen en dos partes, el mango

cilíndrico y el cuerpo, destinado a la sujeción de la

herramienta. El mango cilíndrico dispone de un rebaje

plano a lo largo de su perfil, con una cremallera que

servirá para el centrado y apriete del mismo. Todos los

mangos de todos los portaherramientas tienen que ser

exactamente iguales.

El cuerpo es el que puede ser diferente, adaptándose

a los diferentes sistemas de herramientas que existen en

el mercado.

Este sistema así como parecidos son bastante caros, pero la inversión suele

ser rentable dado que los soportes VDI son para siempre, siendo la herramienta la

que asume todo el esfuerzo de trabajo.

Los tambores VDI suelen tener incorporados el sistema de taladrina para

direccionarlo a la herramienta que está en la posición de trabajo, tanto

externamente a la herramienta, como internamente para aquellas herramientas

que disponen del sistema adecuado. Igualmente pueden incorporar sistemas de

giro para las herramientas motorizadas.

Figura 1.37 Tambor VDI

Figura 1.38 Módulos VDI


35

SISTEMAS PROPIOS DEL FABRICANTE.

Algunos fabricantes de herramientas han desarrollado sistemas propios de

anclaje. En la mayoría de los casos los sistemas funcionan perfectamente e

incluso superan al sistema VDI, sin embargo tiene el inconveniente añadido de

tener que realizar una ampliación del sistema o una modificación del mismo,

siempre al mismo fabricante.

CAMBIADORES EN LA FRESADORA.

Básicamente el sistema de cambio de herramienta en las fresadoras o centro

de maquinado se clasifica en dos grandes categorías:

Cambiadores manuales.

Cambiadores automáticos.

Figura 1.39 Tambor sistema NC2000. Sandvik

Figura 1.40 Módulos VDI con herramienta.


36

CAMBIADORES MANUALES FRESADORA.

El cambio manual en fresadora, recurre sistemas clásicos de amarre con

tirante roscado o por sistemas de apriete mecánico o neumático, estos últimos son

las más utilizados por la rapidez en que se realiza la operación.

CAMBIADORES AUTOMÁTICOS FRESADORA.

El cambio automático de herramienta en una fresadora de CN, se controla

por programación, caracterizándose por un giro de tambor, hasta que coloca en

la posición de trabajo, aquella herramienta que se solicita. La posición de trabajo

coincide con la posición seleccionada del tambor. Las capacidades de los

tambores oscilan de entre 6 y 20 herramientas.

Existen básicamente los siguientes sistemas de cambio de herramienta

automáticos:

De tipo carrusel.

De tambor giratorio.

Sistemas de cadenas.

CAMBIADOR DE HERRAMIENTA TIPO CARRUSEL.

Los carruseles (almacenes) de herramienta tienen la forma de disco, lo que origina

que su movimiento sea siempre girando sobre su eje. Emplean un manipulador o

garra adicional que intercambia las herramientas, preparando previamente el

cambio.

La unidad central de la maquina interrumpe el mecanizado para que el

manipulador extraiga del carrusel, que ha girado hasta colocar el útil deseado en

la posición de cambio, la nueva herramienta. Simultáneamente la garra opuesta

del manipulador extrae la herramienta que este en uso en el cabezal. Un volteo del

manipulador coloca la nueva herramienta en el cabezal y a la usada en hueco

(estación) dejando la primera en el almacén.

Existen en el mercado diferentes tipos, teniendo en la actualidad a realizar los

cambios de forma más rápida posible. La capacidad de almacenaje de

herramientas se mueve entre 6 y 20.


37

.

SISTEMAS DE CADENAS.

Si la cantidad de herramientas a utiliza es mucha, se tiene que recurrir a este

sistema, dado que permite mayor cantidad de herramientas en su almacén

El sistema de cambio de herramienta es similar al del carrusel, es decir

recorriendo el brazo de cambio. La velocidad de cambio es bastante más lenta

que en los sistemas, pero compensa por no tener que preparar ni galgar

herramientas.

Figura 1.41 Carrusel de herramientas.

Figura 1.42 Cambiador de tipo cadena


38

1.3 ANÁLISIS DE LAS OPERACIONES DE MAQUINADO.

La variedad de formas que pueden tomar las piezas que se trabajan en

máquinas – herramientas de control numérico dependerá en gran medida del tipo

de operación de corte utilizada para la máquina – herramienta en la que se esté

trabajando. De tal forma que para lograr la geometría deseada con las medidas

establecidas es muy importante analizar y planear las operaciones para el

maquinado de cualquier pieza, cuidando que se puedan producir rápidamente y

con exactitud.

Durante el proceso de manufactura con MHCN se puede llegar a dañar incluso

arruinar una pieza por no haber seleccionado la operación de maquinado

adecuada. Aunque es prácticamente imposible enunciar la secuencia exacta con

las que se deben aplicar las operaciones de maquinado a todo tipo y forma de

piezas, si se pueden seguir ciertas consideraciones generales, que junto con el

conocimiento de las diferentes operaciones de maquinado, se pueden realizar

mecanizados con precisión y rapidez.

Independientemente del tipo de operación que se esté utilizando, por lo general

en el proceso de fabricación con MHCN se utilizaran primeramente las

operaciones necesarias para retira la mayor cantidad de material posible, a estas

operaciones se les conoce como operaciones de desbaste. Después se aplican

las operaciones necesarias que definen las medidas y acabado superficial final

deseado, a estas operaciones se les conoce como operaciones de acabado.

Tanto las operaciones de desbaste como las de acabado, requieren tener un

conocimiento sobre los materiales que se van a mecanizar así como del tipo de

herramienta a utilizar

A continuación se presentan las diferentes operaciones de mecanizado (que

pueden ser de desbaste o acabado dependiendo lo que se pretenda) o maquinado

junto con sus consideraciones de tal manera que se puedan aplicar en un torno y

en una fresadora de control numérico.

Figura 1.43 Operaciones de mecanizado.


39

1.3.1 OPERACIONES DE MAQUINADO PARA TORNO CNC.

La variedad de formas de las piezas que se trabajan en un torno CNC

dependerá de la operación de corte utilizada. Según que las piezas sean

trabajadas exterior o interiormente se puede hablar de un torneado de exteriores

o de un torneado de interiores.

Durante cualquier operación de corte en el torno se deben considerar tres

factores:

1. El material a mecanizar.

2. El tipo el de herramienta.

3. El enfriamiento de la herramienta.

De manera general; la herramienta a utilizar debe tener una dureza mayor que

el material de la pieza a mecanizar, lo que permite penetrar la superficie en una o

varias pasadas y retirar material en forma de viruta o rebaba. Algo importante es

que durante el proceso de corte, se necesita un medio de enfriamiento, el cual

absorba el calor generado por el maquinado. La correcta disipación del calor

permitirá prolongar la vida útil de la herramienta de corte y de igual manera

proporcionar protección a la pieza mecanizada para que no sufra corrosión u

oxidación. En un torno CNC, se suelen utilizar las siguientes operaciones de corte.

TORNEADO DE EXTERIORES O CILINDRADO.

Este proceso de maquinado consisten en hacer rotar la pieza de trabajo y

mediante el avance a lo largo del eje “Z” (movimiento axial) de la herramienta se

modifica la geometría externa del material, tomando en cuenta la calidad de la

superficies. La figura 1.44 muestra lo anterior.

Figura 1.44 Torneado de exteriores.


40

TORNEADO DE INTERIORES O MANDRINADO (BORING).

Este proceso de maquinado es similar al torneado de exteriores, solo que la

forma de herramienta está diseñada para maquinar el interior de la pieza, es decir,

el maquinado se realiza en el núcleo o diámetro interior de la pieza, en lugar de

que se realice en la superficie exterior de la misma. Tal como se muestra en la

figura 1.45.

Esta operación está enfocada principalmente para ampliar, dar forma y mejorar

la calidad de un agujero existente.

REFRENTADO O CAREADO.

Esta operación es un caso especial del torneado de exteriores, donde la

herramienta avanza axialmente hacia el centro, desde el extremo de la pieza. La

figura muestra este proceso.

De tal manera que se pueden cambiar las superficies externas de un pieza

mediante torneado externo o cilindrado y por refrentado o careado.

Figura 1.45 Torneado de interiores.

Figura 1.46 Careado de piezas.


41

TRONZADO

El tronzado es una de las operaciones de torneado que requieren el uso de

herramientas especializadas. Esta operación es similar al refrentado donde la

herramienta avanza axialmente desde la parte exterior hacia el centro de la pieza.

La única diferencia es el tipo de herramienta y su función. En el tronzado la

herramienta avanza desde el exterior hacia el centro de la pieza tronzando o

cortando toda la barra. La figura 1.47 muestra esta operación.

Por lo general el tronzado suele ser una de las últimas operaciones en la pieza,

por lo que la seguridad tiene una gran importancia. Si la herramienta se rompe

durante el tronzado, suele dañar la pieza y también puede provocar una parada

más larga de la máquina. Para evitar daños en la pieza se recomienda:

Reducir el avance antes del centro: El mecanizado del centro crea

exigencias de tenacidad innecesarias que pueden provocar la rotura de

la plaquita. La plaquita quedará expuesta a fricción porque la pieza

empezará a moverse en sentido opuesto al del corte y dejará la plaquita

expuesta a esfuerzos de tracción que acaban en rotura. Reduzca

siempre el avance un 75 %, 2 mm (0.08 pulg.) antes del centro.

Detenga siempre el avance antes de llegar al centro: Para evitar

roturas, detenga el avance 0.5 mm (0.02 pulg.) antes de llegar al centro y

la pieza tronzada caerá debido a su peso y longitud.

Utilizar refrigerante durante el tronzado.

Figura 1.47 Operación de Tronzado.


42

RANURADO (GROOVING).

La operación de ranurado consiste en generar un canal estrecho (Ranura)

sobre la superficie externa o interna de la pieza. También se pueden hacer

ranuras frontales, con el uso de herramientas de ranurado axial.

El ranurado de exteriores es una operación que suele ser menos exigente que

las demás (operaciones de exteriores) por lo que la convierte en una operación

segura. Se recomienda efectuar el ranurado en un solo corte. Sin embargo, si la

profundidad de la ranura es superior al ancho de la plaquita, es posible utilizar

ranurado múltiple, torneado con avance axial, mecanizado en rampa o perfilado

para crear la ranura.

Por el contrario en el ranurado interior se presenta la problemática cuando la

ranura es muy larga, esto dificulta la evacuación de la viruta y provoca problemas

de desviación y vibración. Las vibraciones y los problemas de evacuación de la

viruta pueden provocar la rotura de la plaquita y acabados superficiales

deficientes. El método más habitual para producir ranuras interiores es el ranurado

radial, pero también pueden utilizarse el ranurado múltiple y el torneado con

avance axial.

Ranura en múltiples

cortes.

Ranura en rampa. Ranura en perfilado.

Ranura en un solo corte.

Figura 1.48 Diversas formas para ranuras.


43

Finalmente en el ranurado frontal la evacuación de la viruta puede dar

problemas por la curvatura de la ranura. La viruta atascada en la ranura puede

provocar una rotura de la plaquita y poner en peligro la seguridad del proceso.

Como se puede observar las diferentes operaciones de ranurado exigen

herramientas especializadas. Además conviene tener en cuenta los siguientes

factores:

Tipo de aplicación (ranurado exterior, interior, frontal)

Profundidad de corte.

Anchura del corte.

Radio de la punta.

Calidad en el acabado y tolerancias.

Analizando estos cinco factores se puede elegir el tipo de operación para

ranurado y la herramienta adecuada.

Figura 1.49 Ranurado de interiores.

Figura 1.50 Ranurado frontal.


44

ROSCADO (THREAD).

El torneado de roscas por corte de metal es el método más habitual para

producir roscas. El proceso exige de una herramienta de plaquita intercambiable

que realiza varias pasadas a lo largo de la sección de una pieza que requiere una

rosca de tornillo. La herramienta es estacionaria y la pieza es la que gira. El

roscado puede aplicarse en la parte externa o interna de la pieza tal como se

muestra en la figura 1.51.

Dependiendo del perfil de la rosca será el tipo de plaquita o inserto que se debe

seleccionar. En la siguiente figura se muestran los perfiles de roscas más

habituales en la actualidad.

Aplicación. Forma de la rosca. Tipo de rosca.

Para unión Uso general

Métrica (ISO) Americana(UN)

Tuberías

Whitworth, British Estándar (BSPT), American National, Roscas de tubería, NPT, NPTF

Alimenticio y contraincendios

Redonda DIN 405

Aeroespacial

MJ, UNJ

Petróleo y Gas

API Redonda, API Buttress, VAM

Transmisión de movimiento y fuerza

Trapezoidal/DIN103, ACME, Stub ACME

Figura 1.50 Roscado de exteriores e interiores.

Figura 1.51 Perfiles para roscado.


45

Para generar roscas de tornillo existen diversos métodos y aplicaciones que a

continuación se enlistan.

Por corte de metal.

Por moldeado.

Por laminado.

La elección de alguno de estos métodos se basa en el tiempo necesario para

generar una rosca con el nivel de precisión necesario. En la figura se muestran los

métodos antes mencionados.

En este manual se cubre la forma en que se generan rosca para unión de uso

general (ISO, UNC y UNF), con el método de corte de metal. Dentro del método

por corte de metal, existen tres formas de generar una rosca.

Torneado de roscas Exterior o Interior.

Fresado de roscas.

Roscado por machuelo.

Figura 1.52 Métodos de roscado

Figura 1.53 Roscado por corte de metal


46

RECOMENDACIONES GENERALES EN MAQUINADOS EN TORNO.

Corte el trozo de material a trabajar a 0.125 pulgadas (3 milímetros) más

largo y a 0.125 pulgadas (3 milímetros) de diámetro mayor necesario.

Sostenga la pieza en el mandril y realice un Refrentado en el extremo. Si se

va a utilizar contrapunto realice la perforación central.

Desbaste todos los diámetros a 0.030 pulgadas (0.79 milímetros) del

tamaño requerido.

Maquine el diámetro mayor primero y avance hacia el diámetro menor. Si

se desbasta primero los diámetros menores, es muy posible que la pieza se

doble al maquinar los diámetros mayores.

Desbaste todos los escalones y hombros a 0.030 pulgadas (0.79 milímetros)

de la longitud requerida.

Deje pasar un tiempo (enfriar la pieza) antes de comenzar con las

operaciones de acabado.

Termine los diámetros y longitudes. Dando acabado a los diámetros

mayores primero y siga con los menores.

Termine el hombro de un escalón a su longitud correcta y después corte el

diámetro a su tamaño.

Si se requiere de alguna operación especial (ranurado, roscado, moleteado,

etc.) se realiza a continuación.


47

1.3.2 OPERACIONES DE MAQUINADO PARA FRESADORA CNC.

Las operaciones que se pueden realizar en una fresadora CNC o centro de

maquinado vertical, son un tanto más complejas que para un centro de torneado o

torno CNC. En un centro de maquinado vertical se pueden ejecutar muy

eficientemente las operaciones de taladrado, fresado, mandrinado, machuelado o

roscado de interiores y perfilado con precisión.

El tipo de operación a efectuar dependerá en gran medida de los siguientes

factores:

El material a mecanizar.

La geometría que se quiere alcanzar.

La geometría de la herramienta.

El enfriamiento de la herramienta.

De manera general; las operaciones que se pueden realizar en un centro de

maquinado dependerá en gran medida de la herramienta a utilizar, porque esta,

determinara la forma que se puede alcanzar. Por lo anterior la gama de

herramientas es mucho mayor que para los centros de torneado.

Algunas de las operaciones de maquinado más comunes para un centro de

maquinado vertical son:

Fresado planeado.

Fresado en escuadra.

Fresado periférico.

Fresado de ranuras.

Agujeros y cavidades.

FRESADO PLANEADO.

Esta operación usualmente se utiliza para trabajar superficies o caras planas.

Es importante mencionar que durante esta operación la herramienta trabaja en un

solo plano de corte y que en todo momento la trayectoria de la herramienta se

mantendrá normal al plano de corte, es decir, que una vez que se empiece a

maquinar con estas operaciones la herramienta no podrá cambiar su orientación.

Las herramientas para la operación de planeado están diseñadas para remover

una delgada capa de material de la parte superior de la pieza a mecanizar antes

de alcanzar la medida en la parte plana tal como se puede ver en la figura 1.54.


48

Sin embargo por los grandes diámetros en que se fabrican las herramientas

para planeado, permiten remover material en un área más grande que las fresas

convencionales.

SUGERENCIAS PARA FRESADO PLANEADO.

El fresado convencional es la primera elección y especialmente importante

para fresado planeado.

El mecanizado se debe realizar de manera que las fuerzas de corte se

dirijan hacia los puntos de apoyo de la fijación siempre que sea posible.

utilice parámetros de corte bajos, poca profundidad y bajo avance por

diente.

Utilice fresa de paso grande para reducir al mínimo el número de filos que

actúan en el corte.

Utilice un diámetro de fresa que sea entre un 20 y un 50% mayor que la

pieza.

Figura 1.54 Fresado de planeado.


49

FRESADO EN ESCUADRA.

Esta operación es similar al fresado planeado solo que las fresas son más

pequeñas y están diseñadas para trabajar con profundidades más grandes. Su

principal aplicación es para generar superficies en escuadra, talñ como se muestra

en la figura 1.55.

Es posible realizar fresado en escuadra con fresas para escuadrar tradicionales

y también utilizando fresas de ranurar, fresas de filo largo y fresas de disco.

SUGERENCIAS PARA FRESADO EN ESCUADRA.

El mecanizado se debe realizar de manera que las fuerzas de corte se

dirijan hacia los puntos de apoyo de la fijación siempre que sea posible.

Si la profundidad de la escuadra es inferior al 75% de la longitud del filo, la

calidad de la superficie vertical no suele necesitar acabado adicional.

Elija herramientas con filos de metal duro de calidad más tenaz que para

planear.

Si utiliza fresas de filo largo, las condiciones son exigentes y, por tanto, es

posible que se requiera una calidad aún más tenaz.

Cuanto más profundo sea el mecanizado, más importante resulta elegir una

velocidad de corte baja que permita evitar la vibración.

Es esencial que las entradas en el corte sean uniformes para evitar

vibraciones y prolongar la vida útil de la herramienta, especialmente en

fresado de escuadras.

Figura 1.55 Fresado en escuadra.


50

FRESADO PERIFÉRICO.

Este proceso de maquinado consisten en el mecanizado de un canto, que en la

práctica, es una operación de fresado lateral aplicado en pasadas de herramienta

de contorneado. El fresado lateral y el recanteado son opciones del fresado

periférico.

FRESADO DE RANURAS.

Este proceso de maquinado está enfocado para realizar ranuras cortas y

superficiales, especialmente las cerradas y cavidades, y para fresas chaveteros.

Las fresas de ranurar son las únicas que pueden mecanizar ranuras cerradas.

Ranuras más profundas se realizan a menudo con fresas de filos largos.

Figura 1.56 Fresado periférico.

Figura 1.57 Fresado de ranuras.


51

SUGERENCIAS PARA FRESADO DE RANURAS.

Utilice fresas de ranurar de corte ligero, y duración prolongada y

homogénea, montadas en portaherramientas de alto rendimiento.

Minimice la distancia desde el portaherramientas hasta el filo para que el

voladizo sea lo más corto posible.

Utilice el tamaño de herramienta más grande posible para conseguir la

mejor relación diámetro/longitud, que incrementa la estabilidad.

Utilice fresado hacia abajo siempre que pueda para que la acción de corte

sea más favorable.

Verifique que la viruta puede ser evacuada correctamente de la ranura.

Utilice aire comprimido para evitar acumulación de viruta.

El fresado de ranuras es una operación exigente. La profundidad de corte

axial se debe reducir por regla general hasta cerca del 70% de la longitud

del filo. También se deben tener en cuenta la rigidez de la máquina y la

evacuación de la viruta para determinar el mejor método para ejecutar la

operación.

MÉTODOS PARA ABRIR UNA RANURA O CAVIDAD CERRADA.

Debido a las exigencias al momento de realizar un ranurado es importante

tomar en cuenta los siguientes métodos de preparación para fresar ranuras.

FRESADO DE RANURAS EN RAMPA.

Este es el método más habitual, después del taladro, para abrir una cavidad. El

mecanizado en rampa lineal se utiliza habitualmente como aproximación eficaz a

la pieza cuando se van a mecanizar canales/alojamientos/cavidades cerradas ya

que elimina la necesidad de taladrar.


52

El mecanizado en rampa lineal está definido por el avance simultáneo en

dirección axial (Z) y en una dirección radial (X o Y), es decir, una rampa de dos

ejes.

Siempre es preferible el mecanizado circular al mecanizado recto (ranurado),

porque se reduce el corte radial y permite realizar fresado hacia abajo (en

concordancia) puro, con mejor evacuación de la viruta.

La rotación en sentido contrario al de las agujas del reloj garantiza el fresado

hacia abajo.

FRESADO DE RANURAS EN RAMPA CIRCULAR.

El mecanizado en rampa circular se utiliza para fresar

ranuras y cavidades más anchas. Este tipo de mecanizado

(también llamado interpolación helicoidal, interpolación

espiral, taladrado orbital, etc.) es una alternativa al

taladrado.

Se define como el desplazamiento simultáneo de un

recorrido circular (X e Y) y de un recorrido de avance axial

(Z) con un paso determinado.

Si se compara con el mecanizado en rampa lineal

(ranurado), la interpolación helicoidal es un proceso mucho

más uniforme porque se reduce el corte radial, se consigue

fresado hacia abajo (en concordancia) puro y mejora la

evacuación de la viruta.

La rotación en sentido contrario al de las agujas del reloj

garantiza el fresado hacia abajo.

Figura 1.58 Fresado en rampa.

Figura 1.59 Fresado

en rampa circular

Figura 1.60 Fresado

en rampa exterior.


53

Finalmente se tienen la opción de realizar un movimiento circular en rampa solo

que en este caso el circulo se genera por fuera de una trayectoria programada, el

resultado se muestra en la figura 1.60.

MÉTODOS DE ATAQUE PARA ABRIR UNA RANURA

Debido a las exigencias al momento de realizar un ranurado es importante

tomar en cuenta los siguientes métodos de preparación para fresar ranuras

FRESADO DE RANURAS CONVENCIONAL.

El fresado de ranuras convencional se puede definir como un fresado de ataque

directo en dirección la figura 1.61 muestra este método.

Este método tienen las siguientes características:

Se pueden utilizar máquinas convencionales de 3 ejes.

Alto régimen de arranque de viruta en condiciones estables.

Programación simple.

Amplia selección de herramientas.

Genera alta fuerza de corte radial.

Sensible a la vibración, las ranuras profundas requieren varias pasadas

Debido al sentido de las fuerzas de corte y a la tendencia de la herramienta a

flexar, una ranura fresada en una sola operación no tendrá una forma

perfectamente cuadrada.

La profundidad de corte radial se debe mantener baja en operaciones de

acabado para evitar la desviación de la fresa, que suele ser la causa principal del

acabado superficial deficiente y/o de que la escuadra no tenga 90° reales.

Figura 1.61 Fresado de ranura convencional.


54

FRESADO TROCOIDAL.

El fresado trocoidal se puede definir como un fresado

circular que incluye desplazamiento simultáneo hacia delante.

La fresa elimina sucesivos "recortes“del material en una serie

de recorridos continuos en espiral siguiendo la dirección

radial. Tal como se muestra en la siguiente figura.

Este método tiene las siguientes características:

Genera baja fuerza de corte radial, menos sensible a las vibraciones.

Mínima desviación al fresar ranuras profundas.

Método productivo para: mecanizar acero templado.

Apropiado para aplicaciones sensibles a las vibraciones.

Buena evacuación de viruta.

Poca generación de calor.

Requiere más programación.

La anchura de la ranura debe ser un 70% como máximo del diámetro de la

Fresa.

FRESADO EN “PLUNGE”.

En el fresado en "plunge", el mecanizado se realiza en el extremo de la

herramienta en lugar de la periferia y esto supone una ventaja porque cambia la

dirección de las fuerzas de corte predominantes de radial a axial. En general, el

fresado en "plunge" es un método alternativo cuando no se puede utilizar fresado

lateral debido a la vibración.

Figura 1.62 Fresado trocoidal.

Figura 1.63 Fresado en plunge.


55

Se recomienda utilizar este método cuando:

Se presentan aplicaciones sensibles a las vibraciones.

Se realiza ranurado profundo.

La máquina (potencia o par) o montajes son débiles.

Se requiere un semi acabado en las esquinas.

El material es de difícil mecanización como el titanio.

FRESADO DE CAVIDADES.

Este fresado es muy parecido al fresado de perfiles, solo que este fresado es de

tipo multieje, lo que permite generar superficies cóncavas y convexas en dos y tres

dimensiones tal como se muestra en la figura 1.64

Debido a la gran cantidad de material que se retira de la pieza, el mecanizado

de este tipo se hace un tanto más complejo, por lo que es importante que se

planifique este el proceso.

Se recomienda dividir el proceso de mecanizado de cavidades en tres tipos de

operaciones como mínimo:

Desbaste/semidesbaste.

Semi – acabado o primer pasada de acabado

Acabado final.

A veces se requiere superacabado, realizado a menudo mediante técnicas de

mecanizado a alta velocidad.

Para conseguir la mejor precisión y productividad, se recomienda realizar el

desbaste y el acabado en máquinas separadas, y utilizar herramientas de

mecanizado específicas para cada operación.

Figura 1.64 Fresado de cavidades cóncavas y convexas.


56

La operación de acabado se debería realizar en una máquina - herramienta de

4/5 ejes con software avanzado y técnicas de programación. De esta manera se

puede reducir considerablemente, o incluso eliminar completamente, el laborioso

trabajo de acabado manual. El resultado final será un producto con mejor precisión

geométrica y mayor calidad de la estructura superficial.

RECOMENDACIONES EN EL FRESADO DE CAVIDADES.

Extender gradualmente la longitud de la herramienta: Para mantener la

máxima productividad en operaciones de desbaste, en las que la pasada

final se ubica a mayor profundidad de la pieza, es importante trabajar con

series de extensiones para la fresa.

Comience con la herramienta de extensión más corta, herramientas largas

limitan la productividad y tienden a generar vibración.

Cambie la extensión de la herramienta en posiciones predeterminadas en el

programa. La geometría de la cavidad determinará los puntos adecuados

para el cambio.

Adapte los datos de corte a cada longitud de herramienta para mantener la

máxima productividad.

El fresado en "plunge" es un método alternativo para fresar con

herramientas muy largas.

En desbaste y semiacabado de piezas grandes, por regla general, se

consigue más productividad con herramientas y métodos convencionales.

Una excepción de esta regla es el aluminio, para el que también se utilizan

altas velocidades de corte en desbaste.


57

1.4.1 PRECAUCIONES Y CUIDADOS AL PREPARAR UNA MAQUINA CNC.

Antes de empezar con la elaboración del programa para CNC, se debe realizar

la inicialización de la Máquina – Herramienta de Control Numerico, esto quiere

decir que, se deben cumplir ciertos requisitos indispensables en la máquina para

que pueda funcionar.

En este punto de la inicialización también integraremos las fases previas a la

elaboración de un programa que tienen como objetivo determinar el proceso más

adecuado para el mecanizado. No se puede determinar de una manera tajante

cual es el proceso idóneo para el mecanizado de una pieza y la elaboración del

programa, ya que intervienen varios factores, entre los más destacados están:

La interpretación del plano de taller.

Las maquinas – herramientas disponibles con su capacidad y

características tecnológicas (potencia, velocidades de avance, esfuerzos,

etc.).

El tipo de trabajo a realizar.

Las dimensiones de la pieza y las cantidades a fabricar.

El tipo de control numérico integrado.

Utillaje y herramientas necesarias.

Determinación del cero pieza.

Velocidades de avance.

Velocidades de corte.

El tipo de material a trabajar.

Todo lo expuesto nos llevara a elaborar un proceso de trabajo, el cual nos

permitirá estructurar un programa con los cálculos precisos y las trayectorias de la

herramienta o pieza.

Básicamente todos los aspectos mencionados anteriormente, son

indispensables para la elaboración del programa que controla el maquinado de

una pieza en una Máquina - Herramienta de Control Numérico y se pueden

englobar en dos grandes grupos:

Datos geométricos.

Datos técnicos.


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PREPARATIVOS CENTRO DE TORNEADO.

Es importante que cuando se vaya a trabajar por primera vez en el centro de

torneado, este se deberá inicializar correctamente. Dentro del proceso de

inicialización se encuentran los preparativos previos, los cuales se enlistan a

continuación:

Encendido del torno.

Referenciar la máquina.

Montar las herramientas.

Ajustar el corrector de herramientas.

ENCENDIDO Y REFERENCIAR EL CENTRO DE TORNEADO.

A continuación se mencionan los pasos a seguir para el correcto encendido e

inicialización del centro de torneado Haas ST-10.

1. Verifique que el botón Emergency Stop (Paro de emergencia), desde el panel

colgante, este activo.

2. Encienda la maquina pulsando el botón Power – On (Encendido), en el panel

colgante. La máquina empezara a cargar el sistema operativo y después

realizara un auto prueba. En la pantalla de mensajes se mostraran varias

alarmas. Libere el paro de emergencia.

3. Pulse la tecla RESET (Restablecer) para cancelar cada alarma.

4. Una vez que se hayan borrado las alarmas, pulse la Power – Up/Restart

(Encendido/Reinicio). Los elementos de la maquina se moverán al punto de

referencia, a este punto se le conoce como “Home” (Origen maquina), desde

el cual, la maquina puede comenzar todas las operaciones.

Al pulsar esta tecla se producirá un movimiento automático.

Por lo que deberá vigilar los siguientes puntos para evitar una

colisión.


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Esto se aplica al palpador de herramientas, contrapunto, recogedor de

piezas y la torreta portaherramientas.

En la siguiente figura se muestra una imagen son la ubicación de los botones

que se utilizan para el encendido e inicialización del centro de torneado. Se

muestran en el orden descrito anteriormente.

MONTAR HERRAMIENTAS Y APLICAR CORRECTOR (OFFSET).

A continuación se describe el procedimiento para montar las herramientas en

una ubicación específica y como aplicar el corrector (offset) a cada una de estas

herramientas.

1. Ubicar una posición en la torreta porta – herramientas:

1.1 Asegúrese de que la puerta de acceso esté cerrada.

1.2 Presione la tecla MDI/DNC (Entrada Manual de Datos/Control Numérico

Directo) desde el control colgante.

1.3 Escriba Tnn, donde, la letra “T” (Tool) es la orden de cambio de

herramienta y nn es el número de la herramienta.

1.4 Pulse TURRET FWD o TURRET REV, inmediatamente la torreta se

moverá a la posición seleccionada.

1.5 Abra la puerta de acceso y coloque la herramienta en la posición actual.

Una vez que se hayan colocado todas las herramientas necesarias en la torreta

porta – herramientas, estas, se deberán calibrar, mediante el correcto de

herramientas.

3


60

2. Ajuste el corrector de herramientas (Offset) para cada una de las herramientas

montadas. Este procedimiento define la distancia que hay desde la punta de la

herramienta hasta el lado del material a mecanizar. Para ello:

I. Mande llamar a la herramienta que desea calibrar primero, esto,

mediante el procedimiento descrito en el paso anterior.

II. Pulse la tecla HANDLE JOG (Volante de avance).

III. Pulse la tecla 0.1/100. (los ejes se moverán a una gran velocidad

cuando se gire el volante de avance).

IV. Cambie entre las teclas de desplazamiento X y Z hasta que la

herramienta toque el lateral de la pieza alrededor de 1/8 de pulgada

desde el borde frontal.

V. Coloque un trozo de papel entre la herramienta y la superficie de la

pieza después aproxime la herramienta (con un movimiento lento) lo

más cerca posible, hasta que la herramienta toque el trozo de papel

pero que permita moverlo.

VI. Pulse la tecla OFFSET (Corrector), hasta que se muestre la tabla tool

Geometry (geometría de la herramienta).

VII. Presione el botón X DIA MESUR (Medida del diámetro en X). el control

le solicitar que introduzca el valor del diámetro de la pieza, al realizar

esto último presione la tecla WRITE/ENTER (Escribir

/Introducir).Desplace hacia atrás la herramienta de tal forma que la

punta de la herramienta toque la cara frontal del material.

VIII. Pulse la tecla Z FACE MESUR (Medida de la cara en Z), el control

automáticamente guardara la posición en “Z” actual en el corrector de la

herramienta.

IX. Cambie a la siguiente herramienta a calibrar y repita los pasos que se

acaban de describir.

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1 Manufactura Avanzada