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I FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL CONTROL NUMÉRICO

Objetivo: Exponer los fundamentos teóricos del CN

INGENIERIA DE MANUFACTURA II

martes 11 de abril de 2023

Profesor: Rafael Sánchez

1.1 Definición

Objetivo: Enunciar control numérico


El control numérico (NC) puede definirse como un método de controlar con precisión la operación de una maquina mediante una serie de instrucciones codificadas, formadas por números, letras del alfabeto, símbolos que la unidad de control de la maquina (MCU) puede comprender. Estas instrucciones se convierten en pulsos eléctricos de corriente, que los motores y controles de la maquina siguen para llevar a cabo las operaciones de maquinado sobre una pieza de trabajo

Se considera control numérico todo dispositivo capaz de dirigir posicionamientos de un órgano mecánico móvil en el que las órdenes relativas a los desplazamientos del móvil son elaboradas en forma totalmente automática a partir de informaciones numéricas definidas, bien manualmente (funcionamiento semiautomático), o bien por medio de un programa (funcionamiento automático).

1.2 Antecedentes

Objetivo: Describir los antecedentes de las maquinas herramientas y por los tanto los orígenes del CN


Video 1: Historia de las Maquinas Herramientas

Tiempo para escribir resumen en el cuaderno de notas

Video 2: Maquinas Herramientas Diseño

Tiempo para escribir resumen en el cuaderno de notas

Video 3

El Control Numérico (CN) es el termino original de esta tecnología. Actualmente es intercambiable con el termino Control Numérico por Computadora (CNC)

El CN es uno de los mas importantes desarrollos en manufactura en los últimos 60 años, al desarrollar:

Nuevas técnicas de producción Incrementar la calidad de los productos Reducir costos

Evolución del control computarizado en manufactura

• Siglo XIV.- Se usó el primer aditamento con información secuenciada en los cilindros con pernos en los relojes de las iglesias.

• 1808.- Joseph M. Jacqaurd usó una hoja de metal perforadas para controlar agujas en las tejedoras.

• 1863.- M. Fourneaux patentó el primer piano automático, usando el principio de pasar aire a través de un rollo de papel perforado; llamándola pianola.

• 1842.- Pascal construyó una calculadora mecánica.• 1834.- Babbage construyó una calculadora capaz de

dar seis decimales.• 1940.- Aiken en E.U.A. y Zuse en Alemania usando

relevadores construyeron la primera máquina electrónica computable.

• 1943.- Mauchly and Eckert construyeron la primera computadora electrónica ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), contenía 18000 bulbos, 500,000 conexiones soldadas a mano, pesaba 30 toneladas, ocupaba 160 mts , su carga electrónica era de 174 kw.

• 1948.- Se desarrollo el transistor.• 1959.- Se empezaron a construir circuitos

integrados.• 1960.- Se empezaron a construir computadoras en

forma comercial.• 1965.- Se construyeron circuitos integrados en gran

escala.• 1979.- Microprocesadores.• 1980.- Componentes de superficie

Maquinas de control numérico.

El principal objetivo en el desarrollo de las máquinas de control numérico fue la precisión. Para 1949 la idea ya tenía 500 años en la mente del hombre.

• 1952.- John C. Parsons y el Instituto Tecnológico de Masachussetts desarrollaron la primera máquina fresadora de control numérico, construida con bulbos, usando un código binario y cinta perforadora.

• 1954.- Se desarrolló un lenguaje sinmbólico llamado APT Automatically Programmed Tool, Programación automática de la herramienta.

• 1957.- La Bendix Co. comenzó a construir máquinas en forma comercial, usadas primeramente por la fuerza aérea de E.U.

• 1971.- Hasta este año la AIA (Aerospace Industry Association) el MIT y el ITRI (Illinois of Technology Research Institute) trabajaron en el desarrollo del lenguaje APT. El lenguaje APT inicial era suficiente para operaciones de taladrado, torneado o fresado recto, sin embargo estas no son suficientes para las operaciones de maquinado

• 1976 Cuando en 1976 se aplicó el microprocesador a las computadoras, se dio un enorme salto en el desarrollo del CNC, haciéndose posible las interpolaciones rectas y curvas entre ejes.

• 1982.- Se desarrollaron los primeros sistemas flexibles de manufactura FMS

• 1986.- Se desarrollaron los primeros sistemas de manufactura integrada. CIM

1.3 Funcionamiento de una máquina de C.N.C.

Objetivo: Describir la manera en que funciona una maquina CNC

INTRODUCCION AL CN

Objetivo: Conocer las bases del CNC a través del conocimiento del CN.


GENERALIDADES DEL CNC. DIFICULTADES EN LA INDUSTRIA Entre los problemas industriales que enfrentan los países desarrollados se encuentran los siguientes: • Existe cada vez mayor exigencia en la precisión• Los diseños son cada vez más complejos • La diversidad de productos hace necesario la tendencia a

estructuras de producción más flexibles. • Se tiende a incrementar los tiempos de inspección • Los costos de fabricación de moldes es mayor y se

hace necesario minimizar errores.

EL CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO EN EL DESARROLLO INDUSTRIAL

• El tiempo de entrega de los productos tiende a ser cada vez más reducido

• La formación de instructores es cada vez más difícil, pues se hace necesario personal cada vez más experimentado.

TIPOS DE AUTOMATIZACIÓN. Existen cinco formas de automatizar en la industria moderna, de modo que se deberá analizar cada situación a fin de decidir correctamente la solución más adecuada.

Los tipos automatización son: – Control automático de procesos. – El procesamiento electrónico de datos. – La automatización fija. – El control numérico computarizado – La automatización flexible.

El control automático de procesos, se refiere usualmente al manejo de procesos caracterizados de diversos tipos de cambios (generalmente químicos y físicos); un ejemplo podría ser la refinación del petróleo.

El proceso electrónico de datos frecuentemente se relaciona con los sistemas de información, centros de computo, etc. Sin embargo, en la actualidad también se considera dentro de esto, la obtención, análisis y registros de datos a través de interfases y computadores.

La automatización fija es aquella asociada al empleo de sistemas lógicos tales como: los sistemas de relevadores y compuertas lógicas; sin embargo, estos sistemas se han flexibilizado al introducir algunos elementos de programación como en el caso de los Controladores Lógicos Programables (PLC´s)

Un mayor nivel de flexibilidad lo poseen las máquinas de control numérico computarizado. Este tipo de control se ha aplicado con éxito a máquinas-herramientas CNC. Pudiendo mencionar entre ellas a las siguientes:

– Fresadoras – Tornos – Maquinas de electroerosión – Corte mediante flama – Corte por LASER – Trabajo en madera – Mecanizado hidrodinámico (Water-Jet)

EL FACTOR HUMANO Y LAS MAQUINAS CNC En esta sección se verá el tipo de conocimientos y/o habilidades que debe poseer un operador CNC.

El operador de CNC deberá tener conocimientos de geometría, álgebra y trigonometría, también deberá conocer sobre la selección y diseño de herramientas de corte y dominar las técnicas de sujeción

¿QUÉ ES EL CNC? El término CNC se refiere al control numérico de máquinas, generalmente máquinas-herramientas. Normalmente este tipo de control se ejerce a través de una computadora y la máquina está diseñada a fin de obedecer las instrucciones de un programa dado, lo cual se ejerce a través del proceso siguiente: – Dibujo del producto– Programación – Interfase – Máquinas-herramientas CNC.

La Interfase entre el programador y la MHCN se realiza a través de dispositivos, el cual puede ser: una cinta perforada y codificada, cintas magnéticas con la información del programa, o una computadora a través de la cual se proporciona la información necesaria.

– Μayor precisión y mejor calidad de productos. – Mayor uniformidad en los productos producidos. – Un operario puede operar varias máquinas a la vez. – Fácil procesamiento de productos de apariencia complicada.

– Flexibilidad para el cambio en el diseño y en modelos en un

tiempo corto. – Fácil control de calidad.

– Reducción en costos de inventario, traslado y de fabricación en los modelos y abrazaderas.

– Es posible satisfacer pedidos urgentes. – No se requieren operadores con experiencia. – Se reduce la fatiga del operador. – Mayor seguridad en las labores. – Aumento del tiempo de trabajo en corte por maquinaria. – Fácil control de acuerdo con el programa de producción

lo cual facilita la competencia en el mercado. – Fácil administración de la producción e inventario lo cual

permite la determinación de objetivos o políticas de la empresa.

– Permite simular el proceso de corte a fin de verificar que este sea correcto.

Sin embargo no todo son ventajas y entre las desventajas se pueden citar las siguientes:

– Alto costo de la maquinaria. – Falta de opciones o alternativas en caso de fallas. – Es necesario programar en forma correcta la selección de las

herramientas de corte y la secuencia de operación para un eficiente funcionamiento.

– Los costos de mantenimiento aumentan, ya que el sistema de control es más complicado y surge la necesidad de entrenar al personal de servicio y operación.

– Es necesario mantener un gran volumen de producción a fin de lograr una mayor eficiencia de la capacidad instalada.

PROGRAMACIÓN CNC.

El CNC tuvo su origen a principios de los años cincuenta en el Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT), en donde se automatizó por primera vez una gran fresadora. En ésta época, las computadoras estaban en sus inicios y eran tan grandes que el espacio ocupado por la computadora era mucho mayor que el de la fresadora. Hoy en 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, por ejemplo: tornos, rectificadoras, punzonadoras, electroerosionadoras, etc.

Maquina herramientaConvencional

Maquina herramientaCNC

Un operador, puede manejar unasola maquina

Una operador, puede operar variasmaquinas

Es necesario consultarconstantemente el plano

No es necesario consultar constantemente el plano

Se necesita una ampliaexperiencia

No es necesario una ampliaexperiencia

El operador tiene el control deprofundidad, avance, etc.

El programa tiene todo el controlde los parámetros de corte

Mecanizados imposibles derealizar

Posibilidad de realizarprácticamente cualquier mecanizado

Estándares de Controladores

Existen diferencias entre los controladores que se encuentran en el mercado, inclusive de un mismo fabricante debido a la variedad de modelos existentes

Para entender el CNC, es necesario conocer las diferencias y similitudes que presentan los diferentes controladores así como los estándares que utilizan para su programación.

Normalmente se siguen dos estándares mundiales:

• ISO 6983 (International Standarization Organization)• EIA RS274(Electronic Industries Association)

Estándares

ISO/EIAEstándares de instrucciones de programación (código) permiten a la maquina herramienta llevar a cabo ciertas operaciones en particular

Por ejemplo: Las siguientes líneas ordenan a una fresadora de CNC que ejecute en la línea de código 100 un corte relativo al origen con un avance de 20 in./min a lo largo del eje X 1.25 in. y del eje Y 1.75 in:

N95 G90N100 G01 X1.25 Y1.75 F20

Flujo del procesamiento de CNC

Programación en el control numérico:

Se pueden utilizar dos métodos, la programación manual y la programación automática. Cada una aplicable a todas las maquinas, pero: por ejemplo el programa de una pieza compleja a mecanizarse en una fresadora puede tener alrededor de 500 ordenes, lo que seria un largo trabajo de realizar manualmente, por lo que es mas conveniente la programación automática; en cambio un programa para una pieza a mecanizarse en torno puede resolverse con 10 o 20 ordenes, por lo que es mas rápido de hacer manualmente.

Programación Automática: La programación automática consiste en confeccionar un plano de la pieza utilizando algún programa de CAD (Dibujo Asistido por Computadora) como AutoCad, AlfaCad, SolidWorks, Corel, etc. Luego se abre ese archivo desde un programa CAD-CAM (CAM = Mecanizado Asistido por Computadora), luego se selecciona el Procesador de la maquina que va a realizar el mecanizado (Ingresando el nombre de la maquina) y luego se le da la orden de generar los Códigos Numéricos, en este paso el programa escribe solo todas las ordenes necesarias para que esa maquina determinada mecanice la pieza,

Por ultimo se graba el archivo, todos estos pasos se realizan generalmente en una oficina, escritorio, o estación de diseño; finalmente se traslada por red o por un medio físico ( Disquete, CD o pendrive) el archivo hasta el Control Numérico de la Maquina, se coloca el material en la maquina, se abre el archivo y se lo ejecuta.

Programación Manual: En el comienzo de los CNC cada fabricante tenia sus propios códigos de programación, con el avance de la tecnología se hizo necesario uniformar estos códigos a fin de que el plano de fabricación de una pieza pudiera servir en otra maquina del mismo tipo, por lo que se normalizaron en ISO o DIN

Tendremos como base un torno comandado por un CNC GSK928 TC, que utiliza normas ISO, centraremos la atención en los códigos y sintaxis del mismo, se vera luego que no existen grandes diferencias en los comandos con otros CNC que utilizan Normas DIN. Previamente veremos la simbología de los mandos, palancas y botones del CNC, y a continuación su programación. Todo lo que continua fue extraído del manual provisto por el fabricante.

Nomenclatura de ejes y movimiento

• Estándar EIA-267-C• Define el sistema coordenado de las maquinas y los

movimientos de la misma.• Se utilizan los movimientos de la herramienta relativos

al sistema coordenado de la pieza Estacionaria

Regla de la Mano Derecha

Ejemplo de la Regla

EJES. Un centro de maquinado posee tres ejes: X, Y e Z como se muestra en la figura

El torno cuenta con dos ejes de movimiento: X Y Z como se ilustra en la figura

Programación CNC

Un programa es una lista secuencial de instrucciones de maquinado que serán ejecutadas por la maquina de CNC

A las instrucciones se les conoce como CODIGO de CNC, las cuales deben contener toda la información requerida para lograr el maquinado de la pieza

Programación CNC

Programación CNC

Cada movimiento o acción se realiza secuencialmente

Cada BLOQUE debe ser numerado y usualmente contiene un solo comando.

N5 G90 (Bloque # 5, Absolutas)N15 M03 S1250 (Prender husillo a 1250 rpm CW)N20 M05 (Apagar husillo)N25 M30 (Fin de programa)

Programación CNC

Códigos G´s (Geométricos)

Funciones de movimiento de la maquina (Movimientos rápidos, avances, avances radiales, pausas, ciclos)

Códigos M’s (Misceláneos)

Funciones misceláneas que se requieren para el maquinado de piezas, pero no son de movimiento de la maquina (Arranque y paro del husillo, cambio de herramienta, refrigerante, paro de programa, etc.)

Variables de la Programación CNC

La mayoría de los códigos G´s contienen variables (direcciones). definidas por el programador para cada función especifica.

N Numero de Bloque (Inicio de bloque) G Instrucción de movimiento

X Coordenada X

Y Coordenada Y

Z Coordenada Z

I Localización en X delcentro de un arcoJ Localización en Y delcentre de un arco

K Localización en Z del centro de un arcoS Velocidad del husillo

F Asigna Velocidad de cote

M Función Miscelánea

Fases de un Programa

Inicio: Contiene todas las instrucciones que preparan a la maquina para su operación

N5 G90 Unidades absolutas.N10 T0202 Cambio de herramientaN11 M06 Ejecución del Cambio Herramienta

AutomáticamenteN15 M03 S1200 Prender husillo a 1200 rpm CW

Remoción de material: Contiene las velocidades y movimientos de corte, circulares, lineales, movimientos rápidos, ciclos de corte, etc.


N20 GOO X1 Y1 Movimiento rápido a(X1.Y1)N25 Z0.125 Movimiento rápido a Z0.125N30 G01 Z-0.125 F5 Avance a Z-0.125 a 5rpmN35 GOO Z1 Movimiento rápido a Z1N40 X0 Y0 Movimiento rápido a X0,Y0


Apagar el Sistema: Contiene todos los códigos G's y M´s que desactivan todas las opciones que fueron activadas en la fase de inicio. Funciones como el refrigerante y la velocidad del husillo deberán ser desactivadas antes de remover la pieza de la maquina.

N45 M05 Apagar el husilloN50 M30 Fin del programa


Comandos Modales: Algunos comandos G's permanecen activos una vez que se ejecutan hasta que se sobrescribe en ellos un código G diferente.

Restricciones en los Bloques

Deben contener únicamente un solo movimiento de herramienta

Debe contener únicamente una velocidad de corte

Debe contener únicamente una herramienta o velocidad del husillo

El número del bloque debe ser secuencial

Procedimiento de Programación

Movimiento de la Herramienta

Existen tres movimientos básicos de herramienta

G00 Movimiento rápido

G01 Movimiento de avance lineal

G02/03 Interpolación circular o avances de arcos

- Los demás ciclos son combinaciones de este tipo de movimientos

- Estos movimientos son modales

Se dice que un movimiento libre de la herramienta sin que ésta tenga contacto alguno con la pieza es un movimiento en vacío, y si se desea que éste se ejecute a la máxima velocidad permisible por la máquina, entonces se codifica con la instrucción G00, conociéndose también como interpolación lineal en vacío, ya que los movimientos con este código siempre se realizan en línea recta.

Por otra parte, cuando la herramienta está en contacto con la pieza, se prefiere un movimiento con una velocidad de avance específica. Si el movimiento se realiza en línea recta, se codifica con la instrucción G01, conociéndose como interpolación lineal con corte, como se muestra en la figura

Pero si el movimiento es circular, entonces se codifica con G02 ( a favor de las manecillas del reloj CW) o con G03 (en contra de las manecillas del reloj CCW) y se le llama interpolación circular como se muestra en la figura

Los ejes de movimiento principales se designan con las letras X, Y e Z.

Los códigos G00 y G01 se asocian a uno o varios valores de coordenadas X, Y ó Z según sea el caso.

La instrucción G01 requiere la especificación del valor de avance, el cual se proporciona en el proceso de torneado en unidades de distancia por vuelta, ya sea en mm/rev o pulg/rev.

Por ejemplo: G01 X30.0 Z-10.0 F0.2 (el avance es de 0.2 mm/rev)

Para el proceso de fresado, el avance se proporciona normalmente en unidades de distancia por tiempo, ya sea en mm/min o pulg/min. Por ejemplo: G01 X10.1 Y12.0 Z-5.0 F100.0 (el avance es de 100 mm/minuto)

INTERPOLACIÓN CIRCULAR Es el movimiento similar al movimiento lineal, pero se pueden realizar movimientos circulares a una cierta velocidad de avance, utilizándose como ya se dijo, los códigos G02 y G03, tabla

Los ejes generan planos de trabajo en donde se manejan de manera exclusiva las interpolaciones circulares. Un arco programado con G02 ó G03 se ejecuta solamente en alguno de los tres ejes principales: X-Y, X-Z ó Y-Z, correspondiéndole a cada plano un código de control numérico, como se muestra en la figura

Coordenadas Absolutas

Cualquier punto se ubica por la distancia del origen (0,0) a dicho punto.

Usualmente la localización de un punto se representa de la siguiente manera:

Coordenadas Absolutas

Coordenadas Incrementales

Utiliza a la posición actual como punto de referencia para el siguiente movimiento

Ejemplos de Coordenadas

Aplicaciones de Códigos deMaquinado

G00 Posicionamiento Rápido

Formato: G00 X___Y___Z___;

N05 G00 X150 Y100 Z5;N10 G00 Z0;

G01 Interpolación lineal

Formato: G01 X___Y___Z___F___;

N5 G00 X0 Y0 Z5; N20 G01 X90;N10 G00 X10 Y15 Z0; N25 G01 Z0;N15 G01 Z-2 F100; N30 G00 X0 Y0 Z5;

G02 Interpolación Circular CW

Formato: G02 X__Y__Z__I__J__K__R__F__;

N05 G00 X0 Y0 Z5; N20 G02 X40 Y50 R20;N10 G00 X40 Y10 Z0; N25 G01 Z0;N15 G01 Z-2 F100; N30 G00 X0 Y0 Z5;

G03 Interpolación Circular CCW

Formato: G03 X__Y__Z__I__J__K__R__F__;

N05 G00 X0 Y0 Z5; N20 G03 X80 Y30 I-5 J45;N10 G00 X40 Y5 Z0; N25 G01 Z0;N15 G01 Z-2 F100; N30 G00 X0 Y0 Z5;

G04 Pausa (suspender avance)

Formato: N__G04 P__;

La herramienta permanece estática en una posición particular por un periodo de tiempo. La letra P designa el tiempo de pausa en segundos.

G70 Sistema de unidades enpulgadas (in)

Formato: N__G70;

El sistema de dimensiones y avances se establece en pulgadas

G71 Sistema de unidades en milímetros (mm)

Formato: N__G71;

El sistema de dimensiones y avances se establece en milímetros

G90 Sistema coordenado Absoluto

Formato: N__G90;

Establece al sistema de dimensiones en modo absoluto.Este modo utiliza como punto de referencia el punto cero de la pieza

G91 Sistema coordenado Incremental

Formato: N__G91;

Establece al sistema de dimensiones en modo incremental.Este modo utiliza la posición actual como punto de referencia para el siguiente movimiento.

M03 Giro del husillo a favor de lasmanecillas del reloj (CW)

Formato: N__M03;

Establece el giro del husillo en dirección de las manecillas del reloj (CW)

M04 Giro del husillo en contra de las manecillas del reloj (CCW)

Formato: N__M04;

Establece el giro del husillo en dirección contraria de las manecillas del reloj (CCW)

M05 Paro del husillo

Formato: N__M05;

Formato: N__M06;

Efectúa el cambio de herramienta ubicada en la posición XX del almacén del magazine de herramientas

M06 Cambio de herramienta

Formato: N__M08;

Enciende la descarga del refrigerante

M08 Encendido del Sistema de Refrigerante

Formato: N__M09;

Apaga la descarga del refrigerante

M09 Apagado del Sistema de Refrigerante

Formato: N__M02 / N__M03;

M02 Concluye la ejecución del programa y resetea al Control Numérico (Corta Energía).M30 Termina y Resetea el programa de CNC

M02/M30 Fin de Programa

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