INTRODUCCIÓN AL CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO

CNC significa "control numérico computarizado".

En una máquina CNC, a diferencia de una máquina convencional o manual, una computadora controla la posición y velocidad de los motores que accionan los ejes de la máquina. Gracias a esto, puede hacer movimientos que no se pueden lograr manualmente como círculos, líneas diagonales y figuras complejas tridimensionales.

Las máquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo en los tres ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales como las que se requieren para el maquinado de complejos moldes y troqueles. En el caso de tornos, estos se manejan en solo dos ejes de movimiento X y Z.

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

El término "control numérico" se debe a que las órdenes dadas a la máquina son indicadas mediante códigos numéricos. Por ejemplo, para indicarle a la máquina que mueva la herramienta describiendo un cuadrado de 10 mm por lado se le darían los siguientes códigos (ejemplo sobre fresadora):

G90 G71 G00 X0.0 Y0.0 G01 X10.0 G01 Y10.0 G01 X0.0 G01 Y0.0

Un conjunto de órdenes que siguen una secuencia lógica constituyen un programa de maquinado. Dándole las órdenes o instrucciones adecuadas a la máquina, ésta es capaz de maquinar una simple ranura, una cavidad irregular, la cara de una persona en altorrelieve o bajorrelieve, un grabado artístico un molde de inyección de una cuchara o una botella... lo que se quiera.

VENTAJAS DEL CONTROL NUMÉRICO:

Las ventajas, dentro de los parámetros de producción explicados anteriormente son:

• Posibilidad de fabricación de piezas imposibles o muy difíciles. • 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 de las clásicas. • 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 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.

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL NUMÉRICO.

Se dividen fundamentalmente en:

• Equipos de control numérico de posicionamiento o punto a punto. • Equipos de control numérico de contorneo.

ARQUITECTURA GENERAL DE UN CONTROL NUMÉRICO.

Podemos distinguir cuatro subconjuntos funcionales:

• Unidad de entrada – salida de datos. • Unidad de memoria interna e interpretación de órdenes. • Unidad de cálculo. • Unidad de enlace con la máquina herramienta y servomecanismos.

OPERACIONES BÁSICAS EN EL CNC. Un proceso de mecanizado es la sucesión ordenada de operaciones de mecanizado que son necesarias para la obtención de una pieza concreta. Para poder establecer esta secuencia, debemos conocer las operaciones básicas que se pueden ejecutar con la máquina-herramienta en cuestión, en nuestro caso el torno. Una buena combinación de estas operaciones es fundamental para reducir los tiempos y los costos de fabricación. Las siguientes son las operaciones básicas realizables en un torno CNC:

• Cilindrado: torneado longitudinal; es la operación de torneado más común en la que la herramienta se desplaza paralelamente al eje longitudinal de la pieza.

• Refrentado: o frenteado es una operación común en la que la herramienta tornea una cara perpendicular al eje de la pieza.

• Copiado: se puede realizar hacia adentro o hacia afuera y con distintos ángulos. • Cortes perfilados: se realizan con herramientas a las que se les ha dado la forma específica,

por ejemplo: ranuras con fondo recto o curvo, chaflanes, etc. • Roscado: se realiza cuando la pieza requiere una parte roscada interior o exterior. • Taladrado: consiste en realizar un agujero concéntrico con el eje de giro. • Torneado interior: se realiza en una pieza en la que se ha taladrado un agujero.

PROGRAMACIÓN

Así como en una máquina convencional o automática, para realizar una pieza debemos adecuarla eligiendo el tipo de sujeción de la pieza, el empleo o no de contrapunta, las herramientas a utilizar, y el proceso de operaciones para su mecanizado; en una M H C N debemos darle la información a la maquina a través de un PROGRAMA. Cuanto más avanzada sea la máquina, mas operaciones podremos hacer mediante el programa, como ser: cambios de elementos de sujeción de la pieza (plato), alimentación automática de materia prima, cambio de herramientas al producirse su desgaste, etc. La norma más utilizada es la norma ISO. El programa es el conjunto de información geométrica y tecnológica necesaria para fabricar la pieza y será ¨escrito¨ en forma codificada de acuerdo a la norma a emplear.

La información geométrica comprende básicamente: a) Dimensiones de la pieza. b) Cálculos geométricos de empalmes y puntos de tangencia.c) Dimensiones de la materia prima en bruto.d) Acabado superficial. e) Tolerancias de mecanizado. f) Longitud de las herramientas. g) Longitud de la carrera de los carros (alcances). La información tecnológica abarca:

a) Velocidad de avance b) Velocidad de rotación o de corte.c) Características físicas de resistencia o de dureza del material a mecanizar.d) Características de las herramientas: material, ángulos de afilado, forma, etc.e) Empleo o no de refrigerante. f) Sentido de giro del plato.

SISTEMAS COORDENADOS DEL CNC

En su funcionamiento los tornos CNC tienen do

de la herramienta en las operaciones de

La operación de cilindrado se lleva atoda la periferia de la pieza.

herramienta perpendicular al eje principal de la máquina.

El refrentado se lleva acara de la

Los ejes X y Z se muestran como intersección de las dos líneas, un

y encima y debajo de las líneas se llamanbase para lo que se conoceprogramación. Cuadrante 1 se encuentra en la parte superior derecha en X + Z +Cuadrante 2 está en la parte superior izquierda en X +, ZCuadranteCuadrante

comprende básicamente:

b) Cálculos geométricos de empalmes y puntos de tangencia. c) Dimensiones de la materia prima en bruto.

g) Longitud de la carrera de los carros (alcances).

abarca:

. b) Velocidad de rotación o de corte.

físicas de resistencia o de dureza del material a mecanizar.d) Características de las herramientas: material, ángulos de afilado, forma, etc.

SISTEMAS COORDENADOS DEL CNC

miento los tornos CNC tienen dos ejes de referencia, llamados X

• El eje Z es el que corresponde al desplazamiento longitudinal de la herramienta en las operaciones de cilindrado

La operación de cilindrado se lleva a cabo en el eje z ya que desbasta toda la periferia de la pieza.

• El eje X es el que realiza el movimiento transversal de la herramienta y corresponde a las operaciones de perpendicular al eje principal de la máquina.

El refrentado se lleva a cabo en el eje x ya que se desbasta toda la cara de la pieza.

el operador se enfrenta al torno. Tenga en cuenta que en la las dos líneas, un común punto cero está establecido . La

y encima y debajo de las líneas se llaman "Cuadrantes"base para lo que se conoce como coordenadas rectangulares de programación.

uadrante 1 se encuentra en la parte superior derecha en X + Z +Cuadrante 2 está en la parte superior izquierda en X +, ZCuadrante 3 está en la parte inferior izquierda en el XCuadrante 4 está en la parte inferior derecha en el X

físicas de resistencia o de dureza del material a mecanizar. d) Características de las herramientas: material, ángulos de afilado, forma, etc.

s ejes de referencia, llamados X, Z:

El eje Z es el que corresponde al desplazamiento longitudinal cilindrado.

cabo en el eje z ya que desbasta

El eje X es el que realiza el movimiento transversal de la y corresponde a las operaciones de refrentado, siendo

perpendicular al eje principal de la máquina.

cabo en el eje x ya que se desbasta toda la

el operador se enfrenta al torno. Tenga en cuenta que en la Las cuatro áreas a los lados

"Cuadrantes" y constituyen la como coordenadas rectangulares de

uadrante 1 se encuentra en la parte superior derecha en X + Z + Cuadrante 2 está en la parte superior izquierda en X +, Z-

3 está en la parte inferior izquierda en el X-, Z - 4 está en la parte inferior derecha en el X-, Z +

CARACTERES EMPLEADOS EN LA PROGRAMACIÓN S/NORMA ISO: Los siguientes son los caracteres o letras empleados en la programación, con su correspondiente formato, su significado, y sus variantes si las tuviera (a veces una letra se emplea para más de una función):

• N _ _ _ _ numero de bloque (o de línea de programa): Sirve para identificar los números de línea del programa. Estará comprendido entre 0 y 9999. Conviene preferentemente comenzar con la numeración desde N10 y numerar de 10 en 10 por si hubiera que colocar líneas intermedias para corregir errores u omisiones.

• G _ _ funciones preparatorias : Están comprendidas entre G00 y G97, aunque no necesariamente existirán todas correlativamente.

• F _ _ _ _ avance en mm / min. • F _ _ _ . _ _ _ _ avance en mm / rev: Nos permite programar la velocidad de avance de los

carros en 2 unidades distintas: mm /min. Y mm / rev, siendo el máximo programable en cada caso de 9999 mm / min. y de 500 mm / rev; aunque estos valores no los puede ejecutar la máquina por cuestiones de fabricación. De esta manera el avance máximo estará limitado por el valor de 3000 mm / min.

• S _ _ _ _ Velocidad de giro del cabezal: Se puede programar la velocidad en 2 unidades: a) Revoluciones por minuto (r.p.m.). Estará comprendido entre 0 y 9999, aunque el límite superior lo establece la máquina por construcción en 3000 r.p.m.de velocidad de corte (tangencial) constante. En este caso la velocidad estará comprendida entre 0 y 3047 m / min. , siendo el limite real determinado por el diámetro de la pieza y la máxima velocidad del plato (3000 r.p.m.); según la siguiente ecuación: v = 3.14159 x D x n / 1000

• T _ _ código de herramienta Los 2 dígitos indican cual es la herramienta que está colocada en esa posición Ese número varía entre 1 y 32 e indica las dimensiones y la forma de esa herramienta que se encuentran almacenados en una memoria auxiliar de la máquina llamada Tabla de herramientas.

• M _ _ funciones auxiliares: Comprendida entre M0 y M45. Estas funciones auxiliares, definen por ejemplo: sentido de giro del cabezal, señal de fin de programa, selección de la gama de velocidades, etc.

• X +/- _ _ _ _ . _ _ _ cotas según el eje X: Debemos tener presente que si programamos en diámetros (que es lo usual), el valor de X será siempre el valor del diámetro de la pieza en ese punto y no el radio. Deberán colocarse 3 decimales y redondear el último decimal (milésima) según el 4to. Decimal (si es mayor o igual a 5 incrementar en 1 el tercer decimal). Ej. 28.3468 El cuarto decimal 8 es mayor que 5 por lo que el tercer decimal pasará a ser 7, obteniéndose el valor 28.347 En el caso en que el valor sea positivo (lo usual) no es necesario colocar el signo +.

• Z +/- _ _ _ _ . _ _ _ cotas según el eje Z: Cotas longitudinales de la pieza. Tener en cuenta al igual que en el ejemplo anterior, los 3 decimales y el redondeo.

REFERENCIA -MÁQUINA / CERO - MÁQUINA / CERO - PIEZA :

Referencia - máquina es un punto de la máquina fijado por el fabricante de la misma, sobre el que se realiza la sincronización del sistema. Cuando el control se posiciona sobre ese punto, en lugar de tomar las cotas que le correspondan según el movimiento realizado, toma unas cotas concretas que se guardan como parámetros máquina, y que hacen que ese punto no varíe nunca.

En los tornos suele estar situado en el centro de giro de la torreta porta herramientas y sobre su cara frontal (puede variar de acuerdo al criterio del fabricante). El cero - máquina o punto de origen de la máquina es el que está fijado como origen del sistema de coordenadas. En los tornos suele estar situado en la superficie del plato y por supuesto sobre el eje de rotación (puede variar de acuerdo al fabricante). El cero - pieza es el punto de origen de la pieza. Es el punto de origen que se fija para la programación de las medidas de la pieza, puede ser elegido libremente por el programador. Los puntos antes definidos se los suele indicar por letras, siendo la nomenclatura más empleada: M: Cero Máquina W: Cero Pieza R: Referencia Máquina

COORDENADAS CARTESIANAS ABSOLUTAS: La herramienta se desplaza al punto situado a la distancia desde el origen del sistema de coordenadas, que corresponde a la posición especificada por los valores de coordenadas.

COORDENADAS CARTESIANAS

INCREMENTALES: Especifica la distancia desde la posición anterior de la herramienta hasta la siguiente posición de la herramienta.

Ejercicio 1: Ubicar los siguientes puntos en las siguientes figuras como el ejemplo anterior:

PROGRAMACIÓN CON CÓDIGOS La definición de un programa de pieza para cualquier CNC consiste en movimientos de la herramienta y la velocidad de cambios en el RPM. También contiene funciones auxiliares comando como herramienta, cambios, refrigerante o desactivar los comandos o comandos externos códigos M. Las Herramientas de movimientos consisten en la colocación rápida de los comandos, se mueve en línea recta o movimiento a lo largo de un arco de la herramienta a una velocidad controlada. El torno tiene dos (2) ejes lineales define como el eje X y eje Z. El eje X mueve la torreta de herramientas hacia y desde la línea de eje central, mientras que el eje Z mueve la herramienta y la torreta lo largo del eje del husillo. La posición cero de la maquina es donde la herramienta se encuentra en la parte superior esquina derecha de la celda de trabajo más alejado del eje del husillo. El movimiento en el eje X es mover la torreta hacia la línea central del eje con valores negativos y fuera del eje centro, con valores positivos. El movimiento en el eje Z se mueva la herramienta hacia el mandril del husillo con valores negativos y lejos de las tenazas con un valor positivo. Un programa se escribe como un conjunto de instrucciones que figuran en el orden en que han de realizarse. Listado de funciones preparatorias: Estas funciones se emplean para determinar la geometría de la pieza y condiciones de trabajo del CNC. Instrucción Función Formato de

Programación Observaciones

G00 Avance rápido G00X(U)Z(W) G01 Interpolación Lineal G01X(U)Z(W)F F:5-6000 mm/m in G02 Interpolación Circular G02X(U)Z(W)RF F:5-3000 mm/min G03 Interpolación Circular G02X(U)Z(W)RF F:5-3000 m m/min G33 Corte de rosca G33X(U)Z(W)P(E) G32 Ciclo de roscado sólido G32ZP(E) G90 Ciclo de cilindrado

exterior e interior G90X(U)Z(W)RF

G92 Ciclo de corte de rosca G92X(U)Z(W)P(E)LIKR G94 Ciclo de refrenteado

interior/exterior G94X(U)Z(W)RF

G74 Ciclo de agujereado G74X(U)Z(W)IKEF

profundo G75 Ciclo de ranurado G75X(U)Z(W)IKEF G71 Ciclo de desbaste Z G71X(U)IKLF G72 Ciclo de desbaste X G72Z(W)IKLF G22 Inicio de ciclo repetitivo

parcial G22 L

G80 Fin de ciclo repetitivo parcial

G80

G50 Creación del sistemas de coordenadas

absolutas de la pieza de trabajo

G50 X Z

G26 Regreso al punto de referencia en

direcciones X Z

G26 Velocidad rápida

G27 Regreso al punto de referencia en dirección X

G27 Velocidad rápida

G29 Regreso al punto de referencia en dirección Z

G29 Velocidad rápida

G04 Pausa G04 D G93 Offset del sistema G93X(U)Z(W) G98 Avance en mm/min G98 F 1-6000 mm/min G99 Avance en mm/rev. G99 F 0,01~99,99 mm/rev

M Indica que esa función es Modal, o sea que permanece activa hasta que sea anulada por otra modal incompatible, o hasta encontrar un M2, M30, Emergencia o Reset.

• M00: Parada de programa : Cuando el CNC lee un bloque con M00, interrumpe el programa. Para reanudarlo, se oprimirá el botón de inicio de ciclo.

• M01 : Parada condicional de programa: Idéntico al M00 solo que lo tomará en cuenta únicamente si está activada la señal exterior condicional

• M02 : Final de programa : Indica el fin de programa y además realiza un Reset general (vuelta a condiciones iniciales). Además ejecuta M05 (parada del plato).

• M03 : Arranque del cabezal (sentido horario): Este código pone en marcha el cabezal a la velocidad programada mediante ¨S ¨ y en sentido normal de marcha.

• M04 : Arranque del cabezal (sentido anti-horario): Arranca el cabezal en contramarcha. (por ejemplo para agujerear con brocas helicoidales normales o de hélice derecha).

• M05 : Parada del cabezal: Esta función detiene el cabezal • M08 :Encendido de electrobomba: Esta función activa el motor de la electrobomba de fluido

refrigerante (aceite soluble o de corte). • M09 :Apagado de electrobomba: Esta función detiene el motor de la electrobomba de fluido

refrigerante. • M30: Final de programa

Formato de Block

El modo básico de comunicarse con la maquina herramienta es a través de los elementos que forman la estructura de un block de instrucciones, en donde cada uno de los caracteres alfanuméricos tienen un significado y una representación propia.

BLOCKS EN CNC

Estructura de Block

Es el modo de dar órdenes a la máquina para que se los ejecute tiene ciertas características que se debe cumplir.

La maquina ejecuta las ordenes (operaciones) de otra manera por lo que cada orden tiene una estructura definida a cada orden le denominamos block o bloque de programa.

De manera general cada block tiene la siguiente estructura:

a) Numero de operaciones

b) Código de orden de configuración

c) Puntos coordenados o coordenadas

d) Parámetros complementarios

G00 Se emplea para efectuar acercamientos o alejamientos, pero NUNCA para mecanizar. El carro se desplazará con la máxima velocidad disponible. Se puede programar como G00 o G0 indistintamente. Si se colocan las 2 coordenadas X, Z, debemos tener en cuenta que la trayectoria no unirá los 2 puntos en diagonal, sino que la maquina moverá los 2 carros con la máxima velocidad disponible hasta encontrar una de las coordenadas, y luego moverá solo el restante hasta encontrar la otra coordenada. De esta forma, la trayectoria resultante será primero una recta a 45 ° y luego seguirá paralelo a alguno de los ejes. Por ejemplo:

Para moverse en un movimiento rápido del home de maquina al punto 1 y a su vez al punto dos se debe de hacer de la siguiente manera. G00 X0 Z0 Sirve para llevar la herramienta del home de maquina al centro de la pieza. G00 X1 Así llegamos al punto dos tan solo poniendo la coordenada en X. G01 INTERPOLACIÓN LINEAL: Formato: G01 X __ Z __ (coordenadas cartesianas) G01 X __ G01 Z __ Al programar un G01, la máquina se moverá en línea recta a la velocidad ¨F ¨ programada, desde el punto donde esté situada hasta el punto definido mediante X, Z. Este código se utiliza solamente para cortar o desbastar la pieza. G20 Medidas en Pulgadas Formato N5 G70 - Avance F (pulgadas/min., pulgadas/rev) - Valores de decalaje (punto cero, geometría y desgaste: pulgadas) - Desplazamientos. (pulgadas) - Visualización de la posición actual. (pulgadas) - Velocidad de corte. (pies/minuto) Notas: - Para mayor claridad, G70 debe definirse en el primer bloque de programa. - El último sistema de medición programado permanecerá activo, incluso tras la desconexión/ conexión del interruptor principal. - Para volver al sistema de medición original, es preferible utilizar el modo MDI (por ej. MDI G70 Cycle Start) G21 Medidas en Milímetros. Formato N5 G21 - Avance F (pulgadas/min., pulgadas/rev) - Valores de decalaje (punto cero, geometría y desgaste: pulgadas) - Desplazamientos. (pulgadas) - Visualización de la posición actual. (pulgadas) - Velocidad de corte. (pies/minuto) Notas: - Para mayor claridad, G21 debe definirse en el primer bloque de programa. - El último sistema de medición programado permanecerá activo, incluso tras la desconexión/ conexión del interruptor principal. - Para volver al sistema de medición original, es preferible utilizar el modo MDI (por ej. MDI G21 Cycle Start)

COMPENSACIÓN DE RADIO DE HERRAMIENTA. Para la medición de herramientas, la placa de corte se mide solo en dos puntos (tangentes a los ejes X y Z). La medición de herramienta sólo describe, pues, una punta teórica de la plaquita. Este punto es desplazado en las trayectorias programadas de la pieza de trabajo. Para los movimientos en las direcciones de los ejes (torneado longitudinal ó refrenteado), se trabajan con los puntos tangenciales de la placa de corte. Por consiguiente no se producen errores dimensionales en la pieza de trabajo. Para movimientos simultáneos ambas direcciones de ejes (conos, radios), la posición del punto teórico de corte ya no coincide con el punto real de corte de la placa de herramienta. En la pieza de trabajo se producen errores dimensionales. Error máximo de contorno sin compensación de radio de herramienta en movimientos de 45º. Radio de corte 0,4 mm ≅ 0,16 mm, distancia de trayectoria ≅ 0,24 mm en X y Z. Si se utiliza la corrección del radio de herramienta, el control calcula y compensa automáticamente estos errores dimensionales. G50 VELOSIDAD DEL HUSILLO Establece la velocidad máxima del husillo de la superficie de control de velocidad constante, x, z, u o w no debe estar en el bloque. El valor s especifica la superficie de la velocidad de la herramienta. Esto es en metros por minuto. Para mantener la velocidad del husillo se actualizará de manera permanente.- El valor s especifica el numero de revoluciones del husillo de nuevas versiones, si el eje que hay en ella ahora se cambian a esta nueva velocidad. Ejemplo: G50 S2000 G90 CICLO DE CORTE LONGITUDINAL (EJE X) Formato N… G90 R… N… G90 X(U)… Z(W)… P… Q… R… F… Primer bloque R … (mm) altura de retroceso para el arranque de virutas, en incremental sin signo. Seg. Bloque X(U), Z(W) coordenadas del punto K de esquina de contorno. P… (µm) profundidad de corte en dirección X, el avance positivo será menor al ancho de la herramienta. Q… (µm) avance incremental en dirección Z. R… rebaje en el punto final X (en la fig. R2) F… avance. Notas − El avance Q debe ser menor que el ancho de la herramienta. − En este ciclo no se tiene en cuenta el ancho de la herramienta. − En el primer corte no se realizará rebaje. − La medida de rebaje ha de tener siempre un valor positivo.