TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CIUDAD JUÁREZ

CONTROL NUMÉRICO POR COMPUTADORA (CNC)

TRABAJO PARA LA MATERIA DE PROCESOS DE FABRICACIÓN

JOEL ALEJANDRO DELGADO REYES - 14111153RUBEN DOMÍNGUEZ QUIROZ - 14111174JESÚS ALBERTO LEO SÁNCHEZ 14111304RAFAEL AARÓN LOYA LÓPEZ - 14111254

INGENIERÍA MECATRÓNICAPROFESOR: ING. GISELA HARO ESQUIVELCLASE DE 9 A.M. A 10 A.M. – 21 DE OCTUBRE DE 2015

CONTROL NUMÉRICO

El control numérico es un sistema de automatización de máquinas herramienta que son

operadas mediante comandos programados en un medio de almacenamiento, en

comparación con el mando manual mediante volantes o palancas.

El CNC tuvo su origen a principios de los años 50 en el Instituto de Tecnología de

Massachusetts (MIT), en donde se automatizo por primera vez una gran fresadora. En

esa época las computadoras estaban en sus inicios y eran tan grandes que el espacio

ocupado por la computadora era mayor que el de la máquina, por lo que seguían las

instrucciones dadas en un microscopio de tarjeta perforada.

En la actualidad se usa el término control numérico para referirse a este tipo de

sistemas, con o sin computadora. Este sistema ha revolucionado la industria debido al

abaratamiento de microprocesadores y a la simplificación de la programación de las

máquinas de CNC.

COMPONENTES DE UN SISTEMA DE CN

Un sistema de control numérico tiene tres componentes básicos: 1) un programa de

piezas, 2) una unidad de control de máquina y 3) el equipo de procesamiento.

El programa de piezas es el conjunto detallado de comandos que va a seguir el equipo

de procesamiento. Cada comando especifica una posición o movimiento que realizará

la cabeza de trabajo en relación con el objeto procesado.

La unidad de control de máquina es una microcomputadora que almacena el programa

y lo ejecuta, convirtiendo cada comando en acciones mediante el equipo de

procesamiento, un comando a la vez.

El equipo de procesamiento realiza una secuencia de pasos para transformar la pieza

de trabajo inicial en una pieza terminada, y funciona bajo el control de la unidad de

control de máquina de acuerdo con el conjunto de instrucciones que contiene el

programa de piezas.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Para mecanizar una pieza se usa un sistema de coordenadas que especificarán el

movimiento de la herramienta de corte.

El sistema se basa en el control de los movimientos de la herramienta de trabajo con

relación a los ejes de coordenadas de la máquina, usando un programa informático

ejecutado por un ordenador.

Para especificar las posiciones en el control numérico se usa un sistema de ejes de

coordenadas estándar. El sistema consiste en los tres ejes lineales (x, y, z) del sistema

de coordenadas cartesianas, además de tres ejes rotatorios (a, b, c). Los ejes rotatorios

se usan para que la pieza de trabajo gire y presente diferentes superficies durante el

maquinado, o para orientar la herramienta o cabeza de trabajo de algún ángulo en

relación con la pieza.

En el caso de un torno, hace falta controlar los movimientos de la herramienta en dos

ejes de coordenadas: el eje de las X para los desplazamientos longitudinales del carro

y el eje de las Z para los desplazamientos transversales de la torre.

En el caso de las fresadoras se controlan también los desplazamientos verticales, que

corresponden al eje Y. Para ello se incorporan servomotores en los mecanismos de

desplazamiento del carro y la torreta, en el caso de los tornos, y en la mesa en el caso

de la fresadora; dependiendo de la capacidad de la máquina, esto puede no ser

limitado únicamente a tres ejes.

APLICACIONES DEL CONTROL NUMÉRICOEl control numérico se usa ampliamente para operaciones de maquinado, tales como el

torneado, el taladrado y el fresado. El uso del CN en estos procesos ha motivado el

desarrollo de máquinas herramientas altamente automatizadas, llamadas centros de

maquinado, las cuales cambian sus propias herramientas de corte para realizar

diversas operaciones de maquinado bajo un programa de CN.

Entre los beneficios del CN relacionados con el equipo que se opera manualmente en

estas aplicaciones están: 1) menor tiempo improductivo, lo que resulta en ciclos más

cortos, 2) tiempos de manufactura más cortos, 3) reparaciones más sencillas, 4) mayor

flexibilidad de manufactura, 5) mayor exactitud y 6) menos errores humanos.

El maquinado es un área importante de aplicación para el control numérico, pero el

principio de operación del CN también se aplica a otras actividades, como en la

fabricación de muchos otros productos de ebanistería, carpintería, etc.

PROGRAMACIÓN

Actualmente muchas de las máquinas modernas trabajan con lo que se conoce como

"lenguaje conversacional" en el que el programador escoge la operación que desea y la

máquina le pregunta los datos que se requieren. Cada instrucción de este lenguaje

conversacional puede representar decenas de códigos numéricos. Por ejemplo, el

maquinado de una cavidad completa se puede hacer con una sola instrucción que

especifica el largo, alto, profundidad, posición, radios de las esquinas, etc. Algunos

controles incluso cuentan con graficación en pantalla y funciones de ayuda geométrica.

Todo esto hace la programación mucho más rápida y sencilla

También se emplean sistemas CAD/CAM que generan el programa de maquinado de

forma automática. En el sistema CAD (diseño asistido por computadora) la pieza que

se desea maquinar se diseña en la computadora con herramientas de dibujo y

modelado sólido. Posteriormente el sistema CAM (manufactura asistida por

computadora) toma la información del diseño y genera la ruta de corte que tiene que

seguir la herramienta para fabricar la pieza deseada; a partir de esta ruta de corte se

crea automáticamente el programa de maquinado, el cual puede ser introducido a la

máquina mediante un disco o enviado electrónicamente. Hoy día los equipos CNC con

la ayuda de los lenguajes conversacionales y los sistemas CAD/CAM, permiten a las

empresas producir con mucha mayor rapidez y calidad sin necesidad de tener personal

altamente especializado.

Programación manual

La programación nativa de la mayoría de las máquinas de Control Numérico

Computarizado se efectúa mediante un lenguaje de bajo nivel llamado G & M.

Se trata de un lenguaje de programación vectorial mediante el que se describen

acciones simples y entidades geométricas sencillas junto con sus parámetros de

maquinado (velocidades de husillo y de avance de herramienta).

El nombre G & M viene del hecho de que el programa está constituido por

instrucciones Generales y Misceláneas.

Si bien en el mundo existen aún diferentes dialectos de programación con códigos

G&M, se dio un gran paso adelante a través de la estandarización que promovió la ISO.

Esta estandarización fue adoptada por la totalidad de los fabricantes industriales serios

de CNC y permite utilizar los mismos programas en distintas máquinas CNC de manera

directa o con adaptaciones menores.

Los caracteres más usados comúnmente, son, entre otros, los siguientes:

N: es la dirección correspondiente al número de bloque o secuencia. Esta dirección

va seguida normalmente de un número de tres o cuatro cifras. En el caso del

formato N03, el número máximo de bloques que pueden programarse es 1000.

X, Y, Z: son las direcciones correspondientes a las cotas según los ejes X, Y, Z de

la máquina herramienta.

G: es la dirección correspondiente a las funciones preparatorias. Se utilizan para

informar al control de las características de las funciones de mecanizado, como por

ejemplo, forma de la trayectoria, tipo de corrección de herramienta, parada

temporizada, ciclos automáticos, programación absoluta y relativa, etc. La función G

va seguida de un número de dos cifras que permite programar hasta 100 funciones

preparatorias diferentes.

Ejemplos:

G00: El trayecto programado se realiza a la máxima velocidad posible, es decir,

a la velocidad de desplazamiento en rápido.

G01: Los ejes se gobiernan de tal forma que la herramienta se mueve a lo largo

de una línea recta.

G02: Interpolación circular en sentido horario.

G03: Interpolación circular en sentido antihorario.

G33: Indica ciclo automático de roscado.

G40: Cancela compensación.

G41: Compensación de corte hacia la izquierda.

G42: Compensación de corte a la derecha.

M: es la dirección correspondiente a las funciones auxiliares o complementarias. Se

usan para indicar a la máquina herramienta que se deben realizar operaciones tales

como parada programada, rotación del husillo a derechas o a izquierdas, cambio de

útil, etc. La dirección m va seguida de un número de dos cifras que permite

programar hasta 100 funciones auxiliares diferentes.

Ejemplos:

M00: Provoca una parada incondicional del programa, detiene el husillo y la

refrigeración.

M01: Alto opcional.

M02: Indica el fin del programa. Se debe escribir en el último bloque del

programa.

M03: Activa la rotación del husillo en sentido horario.

M04: Activa la rotación del husillo en sentido antihorario, etc.

M05: Parada del cabezal

M06: cambio de herramienta (con parada del programa o sin) en las máquinas

de cambio automático no conlleva la parada del programa.

F: es la dirección correspondiente a la velocidad de avance. Va seguida de un

número de cuatro cifras que indica la velocidad de avance en mm/min.

I, J, K son direcciones utilizadas para programar arcos de circunferencia. Cuando la

interpolación se realiza en el plano X-Y, se utilizan las direcciones I y J.

Análogamente, en el plano X-Z, se utilizan las direcciones I y K, y en el plano Y-Z,

las direcciones J y K.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CN

Las ventajas, dentro de los parámetros de producción son:

Posibilidad de fabricación de piezas imposibles o muy difíciles. Gracias al control

numérico se han podido obtener piezas muy complicadas como las superficies

tridimensionales necesarias en la fabricación de aviones.

Seguridad. El control numérico es especialmente recomendable para el trabajo

con productos peligrosos.

Precisión. Esto se debe a la mayor precisión de la máquina herramienta de

control numérico respecto máquinas herramienta convencionales.

Aumento de productividad de las máquinas. Esto se debe a la disminución del

tiempo total de mecanización, en virtud de la disminución de los tiempos de

desplazamiento en vacío y de la rapidez de los posicionamientos que

suministran los sistemas electrónicos de control.

Reducción de controles de calidad y desechos. Esta reducción es debida

fundamentalmente a la gran fiabilidad y repetitividad de una máquina

herramienta con control numérico. Esta reducción de controles permite

prácticamente eliminar toda operación humana posterior, con la subsiguiente

reducción de costos y tiempos de fabricación.

La principal desventaja de la aplicación de las máquinas de control numérico es que es

sólo rentable para la producción en serie de 5 o más piezas, también teniendo en

cuenta que su fabricación será repetida más de una vez al año. Para una cantidad

menor a 5 piezas, solo es justificable si su geometría es muy compleja, justificando así

el uso de una computadora para su fabricación. En caso que la geometría no sea

compleja, la fabricación de un lote menor a 5 unidades es mucho más económica

usando máquinas herramientas convencionales.

El crecimiento del CNC ha sido rápido; las máquinas herramienta CNC son la fuente de

la mayoría de la producción actual de máquinas herramienta, de la que 40% son

centros de maquinado y otro 40% son tomos. En el maquinado controlado

manualmente se desperdicia mucho tiempo esperando y en el movimiento del material;

el corte real ocurre únicamente cerca de 20% del tiempo. Los avances en la integración

de las máquinas herramientas CNC con dispositivos de movimiento del material, como

robots de propósito especial y cambiadores de plataformas, incrementaron la utilización

de las máquinas herramienta al 40% y, en casos especiales, incluso al 70% del tiempo,

elevando en gran medida la productividad y reduciendo el número de máquinas

requeridas para una cantidad dada de producción.

TORNO CONTROL NUMÉRICO

Torno de control numérico o torno CNC se refiere a una máquina herramienta del

tipo torno que se utiliza para mecanizar piezas de revolución mediante

un software de computadora, siguiendo los ejes cartesianos X,Y,Z. Se utiliza para

producir en cantidades y con precisión debido a la computadora que lleva incorporado

el control para la ejecución de la pieza.

Un torno CNC puede hacer todos los trabajos que normalmente se realizan mediante

diferentes tipos de torno como paralelos, copiadores, revólver, automáticos e incluso

los verticales. Su rentabilidad depende del tipo de pieza que se mecanice y de la

cantidad de piezas que se tengan que mecanizar en una serie.

FUNCIONAMIENTO

Los ejes X, Y y Z pueden desplazarse simultáneamente en forma intercalada, dando

como resultado mecanizados cónicos o esféricos según la geometría de las piezas.

Las herramientas se colocan en portaherramientas que se sujetan a un cabezal que

puede alojar hasta 20 portaherramientas diferentes que rotan según el programa

elegido, facilitando la realización de piezas complejas.

En el programa de mecanizado se pueden introducir como parámetros la velocidad de

giro de cabezal portapiezas, el avance de los carros longitudinal y transversal y

las cotas de ejecución de la pieza. La máquina opera a velocidades de corte y avance

muy superiores a los tornos convencionales por lo que se utilizan herramientas

de metal duro o de cerámica para disminuir la fatiga de materiales.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS TORNOS CNC FRENTE A LOS CONVENCIONALES

Ventajas:

Permiten obtener mayor precisión en el mecanizado.

Permiten mecanizar piezas más complejas.

Se puede cambiar fácilmente de mecanizar una pieza a otra.

Se reducen los errores de los operarios.

Cada vez son más baratos los tornos CNC.

Se reducen tiempos de mecanizado.

Como desventajas se pueden indicar las siguientes:

Necesidad de realizar un programa previo al mecanizado de la primera pieza.

Coste elevado de herramientas y accesorios lo que implica una elevada inversión.

Conveniencia de tener una gran ocupación para la máquina debido a su alto

coste.15

FRESADORA CNC

Las máquinas fresadoras CNC son máquinas en las que la trayectoria de corte se

controla por datos numéricos en lugar de plantillas físicas. Las máquinas fresadoras

CNC están adaptadas especialmente para el fresado de perfiles, fresado de cavidades,

fresado de contorno de superficies y operaciones de tallado de matrices, en las que se

debe controlar simultáneamente dos o tres ejes de la mesa de trabajo. Normalmente se

requiere el operador para cambiar las fresas y cargar y descargar las piezas de trabajo.

Básicamente, las fresadoras CNC son muy similares a las convencionales y poseen las

mismas partes móviles. Sin embargo, no presentan palancas ni manivelas para

accionar estas partes móviles, sino una pantalla inserta en un panel repleto de

controles y una caja metálica donde se alojan los componentes eléctricos y electrónicos

que regulan el funcionamiento de motores destinados a efectuar el mismo trabajo que

hacían las palancas y manivelas de las viejas máquinas.

La función primordial del CNC es la de controlar los desplazamientos de la mesa, los

carros transversales y longitudinales y/o el husillo a lo largo de sus respectivos ejes

mediante datos numéricos. Sin embargo, esto no es todo, porque el control de estos

desplazamientos para lograr el resultado final deseado requiere el perfecto ajuste y la

correcta sincronización entre distintos dispositivos y sistemas que forman parte de todo

proceso CNC. Estos incluyen los ejes principales y complementarios, el sistema de

transmisión, los sistemas de sujeción de la pieza y los cambiadores de herramientas,

cada uno de los cuales presenta sus modalidades y variables que también deben

estipularse adecuadamente.

RECTIFICADORAS CNC

Hoy en día, el avance tecnológico ha introducido en el mercado las rectificadoras con control CNC para todos los tipos vistos más arriba, las cuales reúnen una serie de ventajas con respecto a las convencionales, entre las que podemos mencionar:

unificación de movimientos para el rectificado (superior, frontal e inferior) en una

sola máquina

total automatización, con mínima intervención del operario

mayores dimensiones de la máquina, lo que posibilita rectificar piezas de gran

tamaño

sistemas de sujeción magnética de la pieza

disponibilidad de diversas formas de bancadas o mesas de trabajo

mejoramiento de los tiempos y la precisión del rectificado

incorporación de servomotores para cada eje, lo que permite un posicionamiento

más preciso de la pieza

control automático del estado de las muelas

posibilidad de programar coordenadas cartesianas y establecer la distancia

exacta de rectificado

funcionamiento en un entorno cerrado, sin proyección externa de virutas, polvo o

residuos

CENTROS DE MAQUINADO

Un centro de maquinado es una máquina altamente automatizada capaz de realizar

múltiples operaciones de maquinado en una instalación bajo CNC con la mínima

intervención humana. Las operaciones típicas son aquellas que usan herramientas de

corte rotatorio, como los cortadores y las brocas. Las siguientes características hacen

de estos centros de maquinado una máquina productiva:

-Cambio automático de herramientas. Para cambiar de una operación de maquinado a

la siguiente se debe cambiar las herramientas. Por medio de un programa de control

numérico que controla a un cambiador automático de herramientas diseñado para

intercambiar cortadores entre los husillos de la máquina y un tambor de

almacenamiento de herramientas. Las capacidades de estos tambores fluctúan por lo

general de 16 a 80 herramientas de corte.

-Paletas transportadoras. Algunos centros de maquinado están equipados con dos o

más transportadoras de paletas que pueden transferir automáticamente la pieza de

trabajo al husillo de la máquina. Con dos paletas, el operador puede descargar las

piezas previamente maquinadas y cargar las siguientes, mientras la máquina

herramienta se encarga de maquinar la pieza en turno. Esto reduce el tiempo no

productivo en la máquina.

-Posicionado automático de las piezas de trabajo. Muchos centros de maquinado

tienen más de tres ejes. Uno de los ejes adicionales se diseña frecuentemente como

una mesa rotatoria para poner la pieza en posición, formando un ángulo específico

respecto al husillo. La mesa rotatoria permite a la herramienta de corte desempeñar el

maquinado en cuatro lados de la pieza en una sola instalación.

Los centros de maquinado se clasifican en horizontales, verticales o universales. La

designación se refiere a la orientación de husillo. Los centros de maquinado horizontal

(HMC por sus siglas en inglés) maquinan normalmente piezas de forma cúbica donde

la herramienta de corte tiene acceso a los cuatro lados verticales del cubo. Los centros

de maquinado vertical (VMC, por sus siglas en inglés) están adaptados para piezas

planas en los cuales la herramienta puede maquinar la superficie superior. Los centros

de maquinado universal tienen cabezales de trabajo que pueden girar los ejes del

husillo a cualquier ángulo entre el vertical y el horizontal.

El éxito de los centros de maquinado CNC ha conducido al desarrollo de centros de

torneado CNC. Un centro de torneado CNC moderno, es capaz de desempeñar varias

operaciones de torneado y operaciones relacionadas, torneado de contorno y

secuenciado automático de herramientas, todas bajo control computarizado.

Otro tipo de máquina herramienta relacionada con los centros de maquinado y

torneado es el centro de torno y fresa CNC. Esta máquina tiene la configuración natural

de un centro de torneado, y además puede posicionar una pieza de trabajo cilíndrica en

un ángulo específico, de manera que una herramienta rotatoria de corte (por ejemplo,

una fresa) pueda maquinar formas en la superficie externa de la pieza.

Los avances actuales en cuanto a la tecnología de las máquinas herramienta han

llevado al centro de torneado y fresado un paso adelante, al integrar las facilidades

adicionales en una sola máquina. Dichas capacidades incluyen: 1) la combinación de

fresado, taladrado y torneado con las operaciones de esmerilado, soldado e inspección,

todas ellas en una sola máquina herramienta; 2) el uso simultáneo de múltiples husillos,

tanto en una sola pieza de trabajo o en dos diferentes; y 3) la automatización de la

función de manejo de piezas al incorporar robots industriales a las máquinas. A

menudo se utilizan los términos máquinas multitareas y máquinas multifuncionales para

identificar estos productos.

BIBLIOGRAFÍA Groover, M. (1997). Fundamentos de manufactura moderna: Materiales,

procesos y sistemas. México: Pearson.

Kalpakjian, S y Schmid, S. (2008). Manufactura, Ingeniería y Tecnología. (5a

Ed.). México: Prentice-Hall.

Schey, J. (2002). Procesos de Manufactura. (3ª Ed.). Mexico: McGraw-Hill.

http://www.demaquinasyherramientas.com/mecanizado/fresadoras-cnc

http://www.demaquinasyherramientas.com/maquinas/rectificadoras-tipos-y-usos

http://www.tecnoedu.com/Denford/GM.php