2-1_Tecnolgia CNC VBB(1)

© Christian Schindler

TECNOLOGÍAS DE AUTOMATIZACIÓN DE LA MANUFACTURA

Fundamentos y Aplicaciones de la Tecnología CNC:

• Componentes básicos de un sistema CNC

• Control de movimientos e interpolación

• Software NC

• Sistemas de posicionamiento NC

Integración de Sistemas de Manufactura

Tecnologías de Automatización de la Manufactura

Fundamentos y Aplicaciones de la Tecnología NC

Componentes básicos de un sistema NC

Programa NC(Part program)

Contiene la secuencia de instrucciones paso a paso que defina la posición relativo entre la herramienta de corte y la mesa de trabajo e instrucciones adicionales como velocidad del husillo avance tipo de herramienta entre otros

Unidad de control de maquina (Machine Control Unit MCU)

Microcomputadora y hardware de control

que memoriza el programa NC, convertirte

y ejecuta cada comando a una acción

mecánica del equipo de procesamiento

Incluye interfaces con el equipo de procesa-

miento (feedback control), Lector de

programas, Teclado, Monitor, Sistema

operativo, Calculaciones de algoritmo

(Interpolaciones)

Equipo de procesamiento(Processing equipement)

Transforma le pieza con dimensiones iniciales en la pieza terminada




Punzonado / LASER

Inspección

TorneadoCorte con LASER

Corte con Agua

Fresado

Punzonado

Ejemplos de equipos NC de procesamiento




• Reducción de tiempo de preparación (Setup Time)

• Reducción en tiempo de maquinado

• Exactitud y Repetibilidad

• Contorneado de geometrías complejas

• Simplificación por uso de herramientas estandarizadas y sistemas de sujeción para CNC

• Aumento de la productividad general: Menor perdida por defectos en las piezas, Changeover time”

reducido, Menor esfuerzo en inspección

• Tiempo de procesado (cycle time) consistente y constante

• Posibilidad de integración

Comparando el proceso convencional con el proceso CNC se pueden observar siguientes puntos comunes:

1. Obtener y estudiar el dibujo técnico

2. Selección de método de maquinas mas adecuado

3. Decisiones del Setup (método de sujeción, herramientas de sujeción)

4. Establecer avances (feed) y velocidad de corte (speed)

5. Remoción del material, Maquinado

Que ventajas principales tiene CNC?



Ejes y Grados de libertad

X

Y

Z

A B

C

?

Grados de Libertad (Degrees of Freedom, DOF)

Cuantos grados de libertad tiene un cuerpo

rígido en el espacio?

Designación de ejes y regla de la mano derecha

+



Fresadoras CNC Maquinas CNC

Las maquinas Fresadoras se puede dividir en categorías:

• Numero de ejes: dos, tres o mas ejes

• Orientación de los ejes : vertical, horizontal



Maquinas CNC

Ejes lineales: X, Y, Z

Ejes de rotación: A, B, C

Ejes auxiliares lineales: U, V, W

Centro de Maquinado Vertical (VMC)

Para maquinado de piezas planas como platos donde la mayoría de las operaciones se hace en una

sola cara.



Maquinas CNCCentro de Maquinado Horizontal (HMC)

Para maquinado de piezas grandes como carcasa

de bombas, caja de engranes o bloques de motor.

Están normalmente equipados con un cambiador

de pallet

XZ

Y



Maquinas CNCTonos CNC (Lathe)

Los torno se clasifican según el eje principal:

• Torno horizontal

• Torno vertical

En el torno horizontal (mas común) se diferencia

• Torno tipo delantero (front lathe) y

• Torno tipo trasero (Rear lathe)



Maquinas CNC

+X

+Z

-X

-Z

Werkzeug

Werkstück

Werkstück

WERKZEUG VOR DER DREHACHSE WERKZEUG HINTER DER DREHACHSE

Werkzeug

Herramienta de corte delante del eje del huisillo

Herramienta

Pieza

Pieza

Herramienta

Herramienta de corte atrás del eje del huisillo

-Z

+Z

+X

-X -Z

+Z-X

+X

Sistema de coordenadas NC en piezas rotacionales (torno)



Maquinas CNC

El sistema de coordenadas se refiere siempre a la pieza a maquinizar

ZX

Y

Taladros CNCSistemas de coordenadas NC en piezas planas y prismáticas (taladros)



Control NC

1) Sistema punto a punto (Point-to-Point Systems)

Para maquinas procesadoras en puntos discretos:

• Taladros,

• Soldador de punta

• Troquelado

2) Sistemas de paso continuo (Continuous-Path NC)

• Movimientos solamente a lo largo de un eje paralelo a un

eje principal : Staight Cut NC

• Movimiento simultaneo de dos o mas ejes: Contorneado

(Contourning NC)

Para maquinas que procesan durante el moviente en líneas

rectas, círculos o otros líneas curveadas

• Fresadora

• Tornos

• Cortador LASER

Tipos de control NC

Línea recta(Straight-Cut NC)

Contoneado 2D Contorneado 3D

Control punto a punto

Maquinizar

Posicionar

Maquinizar



Control NCMétodos de interpolación NC

• Con la interpolación NC se aproximan perfiles y formas continuos con un sistema NC, que es digital.

• Cortando un contorno curvilínea o circular se aproxima el contorno dividiéndolo entre pequeños

segmentos lineales para coincidir estrechamente con el contorno deseado

El error máximo entre la superficie nominal

deseada) y el actual (maquinado) se controla a

través de las longitudes de los segmentos

individuales

Los aproximaciones están controlados por la

desviación máxima (tolerancia):

a) Tolerancia definido adentro de una curva

nominal

b) Tolerancia definido afuera de la curva nominal

c) Tolerancia definido en ambos lados de un

contorno curveado



Control NCTipos de interpolación CNC

Interpolación lineal

Interpolación cúbica

Interpolación circular

Interpolación helicoidal



Control NCInterpolación CNC

El módulo de interpolación de una MCU efectúa los cálculos de los

puntos y dirija la herramienta a lo largo de la ruta.

Métodos de interpolación NC para controles de paso continuo:

• Lineal ( Linear interpolation): para generar una línea recta en un

sistema NC de paso continuo

• Circular (Circular interpolation): aproximación de un circulo

matemáticamente definido con x2+y2=r2 en un plano paralelo a

un plano definido por dos ejes del sistema NC (Planos: X-Y, X-Z

ó Y-Z)

• Helicoidal (Helical interpolation): Combinación de la

interpolación circular con el movimiento lineal en un tercer eje.

• Parabólica (Parabolic interpolation) y Cúbica (Cubic

interpolation): Aproximaciones de curvas de formas libres

definidos por ecuaciones de mayor orden.



Control NC

Investigación/ Tarea #2: Descripción matemática de diferentes curvas

Investigación sobre la descripción analítica de conjunto de puntos (geometría analítica) de:

• Hélice en el cilindro

• Espiral cónica

• Parabólica

• Curvas de orden mayor 2 (Curvas Bezier, Splines)

Entregar por impreso:

Explicación de las formulas que describe el conjunto de puntos de diferentes curvas

Programar formulas en Matlab

Graficar cada uno de las curvas dentro de un cierto rango en Matlab



Tecnología NC

Configuración de la unidad de control NC (Machine control Unit, MCU)

Control de comandos y datos entre componentesEjecuta cálculos y funciones lógicas Memoria temporal que están procesando al momento

ROM; Sistema operativo, Interfaces con la maquina

RAM: Programas NC

Comunicación entre varios elementos del sistema CNC:Transmite y recibe señales de unidades externos del sistema CNC

Componente de hardware que controla posición (open loop / closed loop) y velocidad de cada uno de los ejes Controla la velocidad rotacional del husillo de la maquina herramienta

Control binario de funciones auxiliares Liquido de enfriamientoSistema de SujeciónInterlocksContadores

Los MCU consisten normalmente de PC’s equipados con una tarjeta de control de movimientos y otro hardware para operar la maquina herramienta



LAN

Tecnología NC

Control Numérico Distribuido (Distribuited Numerical Control DNC)

• DNC permite que se envía programas NC completos de una central a los diferentes unidades CNC conectados en una red

• DNC permite comunicación bidireccional entre la fabrica en la computadora central:• Programas NC• Lista de herramienta requeridos• Instrucciones para el operador• Información sobre la programación (scheduling)

• Numero de piezas fabricadas• Tiempo de ciclo • Estadísticas sobre la vida útil de herramientas• Datos sobre la calidad del la pieza

RS-232

Posibles configuraciones DNC



Tecnología NC

Sistemas de Posicionamiento de Control Numérico (control point-to-point)

La mesa de trabajo se mueve de forma lineal propulsionado por grupo del motor-reductor (motor paso a paso) y un eje sinfín .El eje sinfín esta acanalado y el acoplamiento donde se fija el conjunto mecánico desplaza la mesa.

Bucle abierto (open loop)No verifica la posición actualPara sistemas donde ya míniales fuerza que resisten al movimiento

Bucle cerrado (closed loop) Mide la posición actual para confirmar si la mesa llego a la posición deseadaPara maquinas de paso continuo como fresadoras, tornos etc.

http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_mecanica/controlnumericocnc/default2.asp

http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_mecanica/controlnumericocnc/default3.asp



Tecnología NC

Regla de vidrio

con lectorMotor paso

a paso

Encoder montado en el eje sinfín

Motor paso a paso

Sistema de Medición en Maquinas de Control Numérico: Sistema de medición directo e indirecto(NC-Closed-Loop Positioning)



Tecnología NC

DEZIMALCODIERTER MASSSTAB

BINÄRCODIERTER MASSSTAB

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 18 19 20 21 101

102

12 13 14 15 16 17 29 30 31

0

98 99 1000

103 0 00

200

201

198

199

202 0 0

300

298

299

01234567890

20

0

10

200

90

3000

100

300

100

101

102

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 18 19 20 21 31 3212 13 14 15 16 17 23 24 2522 28 29 3026 33 34 3527 38 3936 37 40 41 42 4543 44

20

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24

25

Escala de Código binario

Escala de Código decimal

Sistema de Medición en Maquinas de Control Numérico: Regla(NC-Closed-Loop Positioning)



Tecnología NC

Sector

Encoder incremental Encoder absoluto

Sistema de Medición en Maquinas de Control Numérico: Encoder(NC-Closed-Loop Positioning)



Tecnología NC

Clutch

Medición de Posición

Sinfín de bolas

Codificador rotario

Control

Freno Tacómetro

Velocidad husillo

ParámetroVelocidad

Señal de corrección

Control

Velocidad

Parámetrovelocidad Parámetro

Posición

Control con retroalimentación

Closed-Loop



Tecnología NC

Actividad: Ejercicios de cálculo del sistema de posicionamiento

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