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FECHA NÚMERO RAE PROGRAMA TECNOLOGIA EN ELECTRONICA AUTOR (ES) MORALES SOTO, Hector Javier. TÍTULO DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA RUTEADORA CNC PALABRAS CLAVES
CNC, CAD, CAM, HARDWARE, SOFTWARE, DRIVER BIPOLAR, INTERFAZ. DESCRIPCIÓN
¿Cómo? Aplicar el control numérico computarizado a actividades de carpintería que faciliten y permitan mejor rendimiento a la hora de entrega de los productos. El proyecto se fundamenta en la comunicación de un software (mach 3) y un hardware por medio de una interfaz, que como resultado puede tallar de madera con excelente precisión y presentación. Para facilitar los diseños se realizan en un software (Eagle) que codifica la imagen para llevarla lista a mach 3. FUENTES BIBLIOGRÁFICAS
LASHERAS. José María, tecnología mecánica y metrotecnia, 1996, http://es.wikipedia.org/wiki/Control_num%C3%A9rico G.K, Boon Automatización flexible en la industria ed. LIMUSA-Noriega, 1991 http://www.monografias.com/trabajos14/manufaccomput/manufaccomput.shtml GODINEZ, PADILLA, Claudia Marcela, México D.F http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_mecanica/controlnumericocnc/
http://www.melca.com.ar/info.html
PROGRAMA TECNOLOGIA EN ELECTRONICA CONTENIDOS DESARROLLO DEL PROYECTO. La ruteadora CNC es una maquina capaz de realizar figuras complejas, para su utilización es necesario el manejo de dos software (Eagle, mach 3), su hardware se compone de 3 motores paso a paso, una interfaz, 3 drivers para el control de los motores, una fuente de poder, un motor tool, y estructura o demás partes físicas de la máquina. su orden lógico es Que son
RUTEADORA CNC
SOFTWARE HARDWARE
Se encargan de organizar y de enviar órdenes al hardware para realizar tareas inteligentes por medio de diferentes programas.
Partes físicas de la máquina, tiene el deber de realizar todas las tareas que el software le envié de manera lógica llevándolas a sistema físico.
Eagle Mach 3
Primer Herramienta para el manejo de la máquina y es donde se diseña cada figura
Herramienta necesaria para enviar ordenes al software, y es donde se controla todo el sistema físico por medio de los mandos del programa
1. Interfaz
Su labor es comunicar el software y el hardware, además es quien tomas las ordenes y las envía a cada uno de los drivers según la tarea ordenada.
SOFTWARE (MACH 3 VERSION 3.4) Mach 3 es el software que se utiliza para direccionar la ruteadora CNC, dentro de este software se encuentra una gran variedad de herramientas que facilitaron la programación y el manejo de la máquina, este software facilita el manejo debido al simulador, además se puede aumentar el tamaño de la imagen que se realizara físicamente, paradas en cualquier momento dentro del proceso, ajustes dentro de los diseños, manejo de diferentes herramientas, manejo de otros equipos anexos a la maquina (equipos de refrigeración, equipos de extracción de partículas), etcétera. FUENTE DE PODER. Para el control de la ruteadora CNC fue necesario tener en cuenta la potencia para el manejo de los tres motores, por tanto se utiliza un transformador que se encuentra dentro del rango de 12v a 80 v, este rango depende de la tensión de alimentación de los motores que es de 3 a 25 veces el voltaje nominal del motor. Otro factor que se tuvo en cuenta es la estabilización y regulación de la señal por ello fue necesario insertar 3 condensadores en paralelo de 4700 uF para obtener 14100 uF. INTERFAZ La interfaz está diseñada para trabajar con cualquier driver teniendo en cuenta la configuración de los pines, puntualmente enable, dirección y pasos. Cuenta con un puerto paralelo que se encuentra aislado por medio de un
2. drivers
Para el sistema CNC de 3 ejes es necesario un driver para cada motor o eje (x, y, z). Manejan un alto voltaje para el manejo de los motores, recibe órdenes directas de la interfaz, que le indica cuando y con qué frecuencia debe realizar un movimiento.
array de resistencias que evita las corrientes parasitas que se puedan producir. Relés. Para el manejo de los relés se utiliza un pin del puerto para cada uno, que es recibido por un transistor que se pone en saturación alimentando la bobina del relé, para evitar los daños por la frecuencia de contactos se ubicó un diodo rápido cortocircuitando la bobina del relé y evitar daños al transistor. Sensores. Para la conexión de los sensores es necesario aterrizar cada uno por medio de un array de resistencias que evitan la llegada de señales parasitas al circuito, y de esta manera detectar los movimientos de la maquina Los sensores se instalan con el fin de evitar salidas de la maquina fuera del rango de trabajo, su implementación es muy importante, sin la presencia de los mismos se puede averiar todo el sistema mecánico. Alimentación. Para la protección del circuito se instaló un diodo rápido en la entrada que en caso de cambio de polaridad accidentalmente primero se dañe el diodo y no el circuito. Dentro del circuito se encuentran dos rectificadores de voltaje, uno para alimentación de los relés (12 v) y otro para la lógica de los drivers y la interfaz (5 v) DRIVERS. La máquina se compone por 3 driver, uno para cada eje (x, y, z) sus principales circuitos integrados son el L297 es quien maneja la parte lógica, seguidamente se encuentra el puente H L298 que se encarga de la potencia, esta pareja de circuitos se encuentran interconectados obedeciendo las ordenes enviadas desde la interfaz según la necesidad. Conexión. Se encuentran tres borneras dos de entrada y una de salida, la de salida es para el motor y se compone por cuatro contactos que se direcciona a cada una de las bobinas del motor, las borneras de llegada es de la interfaz y del voltaje de alimentación del motor que no deben superar los 46v recomendados en el datascheet del L298. SISTEMA MECANICO. El sistema mecánico para los 3 ejes se compone de un tornillo sin fin, que se ajusta a cada uno de los ejes del motor por medio de un acople flexible, que permite una tolerancia para evita rupturas de la fresa o demás partes mecánicas por motivos de dureza del material a trabajar. La estructura está conformada por láminas de polipropileno, que hacen más liviana la maquina pero de menor resistencia.
NÚMERO RAE PROGRAMA TECNOLOGIA EN ELECTRONICA METODOLOGÍA
1. Enfoque de la investigación: Empírico - Analítico.
2. Se realizó la consulta de páginas web de proveedores de máquinas
CNC, así como visita a empresas que poseen este tipo de máquinas.
3. Visita a proveedores de este tipo de máquinas para conocer las ventajas de cada uno de los modelos proporcionados.
CONCLUSIONES Para trabajar a nivel industrial es necesario adecuar la maquina con un diseño igual pero con dimensiones mayores, herramientas de mayor potencia y mayor capacidad para manejo de herramientas. Un método que puede ser aplicativo (por captación de imágenes), es posible que su aplicación facilite las necesidades, por motivos de costos no se realizó pruebas con este método. Los elementos electrónicos que se utilizan son extraídos de una gran variedad de posibilidades que se encuentran en el mercado, para esto fue necesario verificar que compensara las necesidades, lo cual no quiere decir que no existan mejores herramientas en el mercado. Hacer la máquina de manera industrial puede salir costosa, pero bastante eficiente.
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DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA RUTEADORA CNC
HECTOR JAVIER MORALES SOTO
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA TECNOLOGIA EN ELECTRONICA
PROYECTO DE GRADO BOGOTA, D.C.
2011
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DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA RUTEADORA CNC
HECTOR JAVIER MORALES SOTO
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA CENTRO DE FORMACIÓN TÉCNICA Y TECNOLÓGICA
TECNOLOGIA ELECTRONICA BOGOTA D.C.
2011
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Nota de aceptación
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Presidente del Jurado
______________________________________________ Jurado
______________________________________________ Jurado
______________________________________________ Jurado
Bogotá D.C _________, ______ de 2011
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TABLA DE CONTENIDO pag INTRODUCCION 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 7 1.1 ANTECEDENTES 7 1.2 DESCRIPCION Y FORMULACION DEL PROBLEMA 8 1.3 JUSTIFICACION 9 1.4 OBJETIVOS 10 1.4.1 Objetivo General 10 1.4.2 Objetivos Específicos 10 1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES 11 1.5.1 Alcances 11 1.5.2 Limitaciones 11 2. MARCO DE REFERENCIA 12 2.1 MARCO TEORICO 12 2.1.1 Sistema Lógico y Físico de CNC 12 2.1.1.1 El hardware 12 2.1.1.1.1 Hardware Básico 12 2.1.1.1.2 Hardware Complementario 12 2.1.1.2 El Software 13 2.1.1.2.1 El software de sistema 13 2.1.1.2.2 El software de aplicación 13 2.1.1.2.3 El software de programación 13 2.1.2 Automatización Industrial 14 2.1.2.1 Sistemas de Transmisión 14 2.1.2.2 Tablero o panel de Control 17 3. TECNICAS DE RECOLECCION DE INFORMACION 22 4. DESARROLLO DEL PROYECTO 23 4.1 Cálculos y selección de la Fuente y Motor 23 4.2 Driver bipolar 25 4.2.1 Control de corriente 26 4.3 Interfaz 29 4.3.1 Puerto paralelo 29 4.3.2 Relé 30 4.3.3 Sensores 31 4.3.4 Alimentación de la interfaz 31 4.4 SOFTWARE QUE SE UTILIZA PARA EL MANEJO DE LA CNC 34 4.5 PROTECCION PARA EL SER HUMANO 36 4.6 PROTECCION DE LA MAQUINA 37 4.7 PLANOS RUTEADORA CNC 38 5. CONCLUSIONES 47 6. RECOMENDACIONES 48
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LISTA DE FIGURAS
Fig
Figura 1 FRESADORA INDUSTRIAL 7 Figura 2 DISEÑO EN CAD 8 Figura 3 COMPONENTES DE HARDWARE 12 Figura 4 COMPONENTES DE SOFWARE 13 Figura 5 DIRECCION DE 3 EJES 14 Figura 6 MESA PRINCIPAL Y ACOPLES 15 Figura 7 AGARRE DE UNA PIEZA EN UNA MESA DE GARRAS 16 Figura 8 PORTA HERRAMIENTAS 17 Figura 9 MANDO DE CONTROL 18 Figura 10 MANDO PARA CONTROL PORCENTUAL DE GIRO 18 Figura 11 ESQUEMA DE BUCLE COMPARACION–ACCION–RESULTADO19 Figura 12 CONECTOR PARA TRANSMISION DE DATOS 19 Figura 13 TRAYECTORIA DE HERRAMIENTA SIGUIENDO UN SEGMENT 20 Figura 14 MOVIMIENTO CON UN MOTOR EN CADA EJE 21 Figura 15 MOVIMIENTO CON DOS MOTORES AL TIEMPO 21 Figura 16 ENTRADA DE SEÑAL Y RECTIFICACION 24 Figura 17 DESCARGA DE CAPACITOR 24 Figura 18 FUENTE DE VOLTAJE 25 Figura 19 CONECTOR DEL DRIVER 26 Figura 20 CIRCUITO DRIVER DE CONTROL 28 Figura 21 CONECTOR DE LA INTERFAZ 29 Figura 22 CIRCUITO INTERFAZ 33 Figura 23 PANTALLA PRINCIPAL DEL SOFTWARE 35 Figura 24 MANDO DE PORTA HERRAMIENTA 36Figura 25 RUTEADORA CNC 38 Figura 26 PLANO BASE PRINCIPAL 39 Figura 27 PLANO EJE X 40 Figura 28 PLANO EJE Y 41 Figura 29 PLANO EJE Z 42 Figura 30 EJE X 43 Figura 31 BASE PARA MOTOR TOOL DE EJE Z 43 Figura 32 EJE X, Y, Z, PRIMERA PRUEVA 44 Figura 33 INTERFAZ 44 Figura 34 DRIVERS PARA TRES MOTORES 45 Figura 35 FUENTE DE PODER 45 Figura 36 CONEXIÓN DE LA INTERFAZ Y TRES DRIVERS 46 Figura 37 PRUEVAS FINALES 46
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INTRODUCCION
La implementación del control numérico, es uno de los grandes avances que han encaminado a incrementar la productividad, precisión y rapidez dentro de la industria, su aplicación ha permitido realizar pieza complejas, que difícilmente se pueden realizar manualmente, un importante campo en el que influyo fue el aeronáutico, quienes gracias al desarrollo de el control numérico pudieron hacer complicadas piezas. Desde luego la industria se encuentra beneficiada no solo por la precisión de las piezas que fabrican sino por el bajo costo que les implica realizar las piezas con las maquinas, debido al bajo consumo puesto que su control se fundamenta en la microelectrónica y la informática industrial. Su historia se remonta al año 1725, cuando se empieza a realizar maquinas controladas por tarjetas electrónicas y por sistemas mecánicos entre ello hidráulicos y neumáticos, esto hasta el año 1945, es cuando, comienza la investigación y el desarrollo del control numérico, pasando por grandes aplicaciones en la fuerza aérea de los Estados Unidos y en adelante hasta la actualidad. La aplicación del control numérico se ha implementado en muchos campos laborales, desde luego se han realizado aportes al tema, su aplicación ha sido complementada partiendo de las necesidades laborales a las que se enfrentan día a día.
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aun así fue de gran ayuda, luego de esto se constituyó el sistema informatizado con otra herramienta, el sistema CAD/CAM- El sistema CAD (diseño asistido por computador) facilita mucho el trabajo ya que los diseños se realizan de forma gráfica y el computador genera las coordenadas necesarias para la realización de la piezacon la ayuda del sistema CAM ( manufactura asistida por computador)quien toma el diseño y lo pone en términos de coordenadas para que la maquina lo realice.
Figura2. Diseño en CAD
1.2 DESCRIPCION Y FORMULACION DEL PROBLEMA En la actualidad los trabajos de carpintería exigen ciertos parámetros complejos que lo hacen competitivos frente al mercado, un ejemplo claro los muebles, ya que el acabado de cada una de sus piezasdemandan gran cantidad de trabajo, y por tanto mucho tiempo y desgaste físico, aun así las piezas que se encuentran en el mercado no son del todo uniformes ya que su elaboración es con herramientas manuales.
Si el consumidor desea algún acabado con mayor calidad, debe pagar un costo más alto, debido al mayor tiempo de dedicación en la elaboración de las piezas, esto no solo en el mercado de los muebles, además vemos diferentes casos de carpintería que no son todo de nuestro agrado debido a estos factores.
Es por esto que surge un planteamiento ¿es necesario implementar el control computarizado a otros tipos de labores para disminuir el desgaste físico y bajar costos de los productos? Por ello queremos realizar una máquina que realice labores complejas no solo disminuyendo costos y desgaste físico, sino también excelentes acabados en el producto.
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1.3 JUSTIFICACION
Durante el desarrollo del proyecto se analiza varios puntos de aplicación y se plantea una estrategia de solución, basados en los avances tecnológicos que se han venido implementando durante el transcurso de los años, proponiendo y discutiendo los puntos a mejorar y los puntos favorables que nos proporcionan las investigaciones antes realizadas.
Podemos verificar que las aplicaciones CNC se han desarrollado en otros ámbitos, por esto es posible aplicarlo en la solución del problema mencionado, sabemos que los trabajos que se realizan en madera aún no se les ha buscado una solución tecnológica de mayor complejidad, al contrario las industrias tecnológicas siguen sacando al mercado herramientas manuales, sin buscar solución al problema.
La ejecución del proyecto trae consigo los siguientes beneficios.
• Baja los costos en el producto terminado en el mercado • Disminución de desgaste físico de los operarios de fabricación • Calidad de los acabados en el producto • Aplicación de la electrónica en el proyecto.
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1.4 OBJETIVOS
1.4.1 Objetivo General
• Diseñar y construir una maquina CNC, que beneficiará económica y estéticamente los productos hechos en madera, además de aplicar los conocimientos adquiridos.
1.4.2 Objetivos Específicos
• Recopilar información acerca de los procedimientos,manufactura y utilización de la madera.
• Formular estrategias de solución teniendo en cuenta los puntos favorables y puntos a implementar.
• Evaluación delos sistemas mecánicos para su implementación. • Adecuar el software a utilizar en la maquina • Realizar un prototipo de la ruteadora CNC, y con ella hacer todas las pruebas
convenientes para en el futuro fabricarla de manera industrial y con mayor capacidad de trabajo.
• Evaluar la solución al problema por lógica cableada o métodos electromecánicos.
• Comparar posibles soluciones basados en los diferentes componentes del mercado.
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1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES
1.5.1 Alcances
En el presente proyecto se realizó un prototipo de ruteadora CNC, que es capaz de trabajar láminas de madera con unas dimensiones no mayores a 500 mm2, y espesor no mayor a 10 mm, su estructura se encuentra elaborada en polipropileno, el mayor diámetro de la fresa es 3/16.
1.5.2 Limitaciones
• Se debe limitar la velocidad de corte, debido a la resistencia del material con la que se encuentra hecho el prototipo.
• Las revoluciones del motor deben ser controladas de forma manual en el motor tool.
• El material que se trabaje debe ser blando, debido a las características con las que se encuentra hecho el prototipo.
• Se debe implementar el sistema de refrigeración, es recomendable con aire comprimido, por costos no se realizó en el prototipo.
• El prototipo se prueba con una broca para madera, debido al costo de la fresa.
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2. MARCO DE REFERENCIA
2.1 MARCO TEORICO
2.1.1 Sistema lógico y físico de cnc. El eje fundamental de una maquina cnc es el software y el hardware, que al interactuar hacen operativa la máquina, el software siendo el conjunto de datos y programas del pc, es quien envía información al hardware parte física, de la máquina y es quien ejecuta las actividades.
2.1.1.1El hardware. El hardware fundamentalmente se divide en dos, Hardware básico y hardware complementario.
Figura 3.Componentes del hardware
2.1.1.1.1 Hardware Básico.Está compuesto por componentes básicos y necesarios para que la maquina funcione como son placa base, monitor, teclado y ratón.
Placa base o placa madre. Es una de las piezas principales, es un circuito impreso que lleva consigo la unidad central de almacenamiento (CPU) o microprocesador, chipset (circuito integrado auxiliar) y memoria RAM, que además tiene el deber de comunicarlas entre sí.
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2.1.1.1.2 Hardware ComplementarioDispositivos adicionales o no esenciales para el funcionamiento del equipo pueden ser, impresoras, escáner, cámaras de video digital, web cam, etc. 2.1.1.2 El software. Son los componentes intangibles de la máquina que se encargan de organizar y de enviar órdenes al hardware para realizar tareas inteligentes por medio de diferentes programas y se pueden clasificar según las tareas que realizan y son.
Figura 4. Componente del software
2.1.1.2.1 El software de sistema Es el programa o programas que se encarga de dirigir las tareas físicas, dentro de los cuales se encuentra. Sistema operativo.Es un conjunto de programas que administran el equipo y su funcionamiento. Los controladores de dispositivos.es un conjunto de programas que se encarga de permitir el enlace de otros programas de mayor categoría como el sistema operativo con el hardware Programas utilitarios: Se encargan de tareas específicas como el mantenimiento y algunas veces se encuentran integradas en el sistema operativo. 2.1.1.2.2 El software de aplicación. El software de aplicación son todos los programas integrados al equipo por los usuarios donde se pueden contemplar hojas de cálculo, programas de diseño, programas de contabilidad, etc. 2.1.1.2.3 Software de programación. El software de programación es un conjunto de herramientas que utilizan los usuarios para crear su propia
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programación según las necesidades, utilizando los diferentes lenguajes de programación. Por lo general el software contiene compiladores, ensambladores, enlazadores, depuradores, etc. 2.1.2 Automatización Industrial El sistema CNC se encuentra constituida por los tres ejes (x,y,z) conformada por herramientas de corte o mecanizado, estos ejes son controlados por medio de un software, el software se encarga de enviar pulsos al sistema llegando a los motores, sin embargo es necesario un operario para cambios de la herramienta, cambios en el control y se encuentre pendiente del proceso
Figura 5. Dirección de 3 ejes
2.1.2.1 Sistema de Transmisión Sistema de transmisión de la mesa de trabajo. El accionamiento contiene un conjunto de bolas en recirculación que garantizan la transmisión de esfuerzos del sinfín a la mesa con unas pérdidas por fricción mínimas. Las dos partes de su cuerpo están ajustadas con una precarga para reducir al mínimo el juego transversal entre ellas con lo que se mejora la exactitud y repetitividad de los desplazamientos. 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 sinfín. Este dispositivo desacopla la transmisión cuando el conjunto de la mesa choca contra algún obstáculo.
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Figura 6. Mesa principal y acoples
Acoplamiento por accionamiento de bolas recirculantes. Para generar los movimientos de cada eje se usan habitualmente motores eléctricos de corriente continua controlados mediante señales electrónicas de salida y entrada. Estos actuadores pueden girar y acelerarse en ambos sentidos Los desplazamientos longitudinales de los ejes no deben ser afectados, en la medida de lo posible, por los esfuerzos y acciones exteriores (por ejemplo las fuerzas de corte). Por esta razón es esencial que los sistemas de transmisión y guía garanticen la rigidez mecánica. Adicionalmente la transmisión debe producir movimientos suaves y estables y ser capaz de reaccionar rápidamente en las aceleraciones y deceleraciones.
• La sobrecarga de los motores puede presentarse por: • herramienta inadecuada • restricciones anómalas en el movimiento • fuerzas de inercia excesivas durante el frenado o aceleración
. Medida de posiciones por incremento. Se emplea para designar los movimientos relativos a algún punto significativo distinto del origen absoluto y que, además, puede variar. Durante el movimiento la UC lleva a cabo un conteo del número de incrementos (divisiones) en las que la nueva posición difiere de la anterior.
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La medición de posiciones absolutas emplea un sistema de escalas codificadas y ordenadas por múltiplos similares a un escalímetro. Para conocer la posición actual del desplazamiento se hace siempre referencia al cero máquina (origen absoluto). En el primer caso la regulación de la velocidad de giro se lleva a cabo mediante un reductor de engranajes. Dependiendo del diseño y complejidad de este reductor se consigue un rango más o menos variado de velocidades de giro. El elemento que acciona el cabezal es un motor de corriente continua. Esto proporciona una variedad casi infinita de velocidades de giro, las cuales se procesan mediante un tacómetro. Todo ello permite al programador establecer la velocidad de giro de forma casi arbitraria, dentro del rango y capacidad del motor. Sistemas de sujeción En fresado se emplean las siguientes formas de sujeción: • Sargentos y apoyos con formas escalonadas, ajustables en altura o bloques
con varias facetas de contacto, con pernos y resortes de apriete de montaje-desmontaje rápido.
• Placas angulares de apoyo. • Palancas de apriete. Mordazas mecánicas autocentrables • Platos o mesas magnéticas. • Mesas y dispositivos modulares de uso universal. • Apoyos de diseño específico o especial.
Figura7. Agarre de una pieza en una mesa de garras
Carrusel de herramienta Los cambiadores de herramientas incorporan frecuentemente el "posicionado lógico", que se basa en realizar giro de la torreta o el carrusel en el sentido que permite ubicar el útil deseadode forma más rápida desde la posición actual.
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Figura 8. Porta Herramienta
2.1.2.2 tablero o panel de control. Generalmente se presentan como teclados para la edición textual de programas y datos almacenados. Presentan caracteres alfabéticos, números e iconos o símbolos de las funciones que ejecutan. Para garantizar el funcionamiento correcto y la aceptación de las instrucciones por el ordenador, el panel de control presenta un conmutador del modo de operación. Los modos de operación posibles son: • programación (edición y gestión) • modificación datos herramienta • gobierno manual • funcionamiento automático La selección de los modos se lleva a cabo mediante un dial rotativo o con una botonera siendo sencillo el cambio de uno a otro. Cuando un modo esta activado generalmente se constata por una señal luminosa en el panel o por el un mensaje de aviso en la pantalla. La pantalla de datos y los indicadores de un sistema CNC pueden desempeñar las siguientes funciones. • Programación: Muestran el texto de los programas CN (actuando como un
editor sencillo) y el listado de nombres de aquellos que están almacenados en la memoria del ordenador.
• Herramientas: Presentan la configuración (dimensiones y correctores) de un conjunto de herramientas almacenadas en memoria.
• Datos de la máquina: Muestran algunos parámetros esenciales como, la velocidad máxima del cabezal y de los avances.
• Mecanizado: Es habitual presentar de forma continua las coordenadas de la posición actual de la herramienta activa y los datos cinemáticas en uso (velocidad de giro y avances) así como otras variables de status.
• Funciones auxiliares: Como por ejemplo la representación gráfica de la pieza y de las operaciones de mecanizado y herramientas.
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Figura 9. Mando de Control
Figura 10. Mando para control porcentual de giro
Las funciones que ejecuta una máquina-herramienta no pueden ser inicializadas de forma directa por el ordenador de su sistema CNC. Se requiere la intervención de un filtro o elemento intermedio que traduzca las señales que generan y gestionan ambos dispositivos. El nexo de unión entre la máquina-herramienta y el ordenador del sistema CNC está constituido por el interfaz de control, que actúa sobre el control de ejes y sobre el sistema de alimentación auxiliar de potencia. El interfaz de control tiene como cometido la conversión de las señales provenientes del sistema CNC en otras propias de los actuadores de la máquina-herramienta, para de esta forma, ejecutar las acciones o movimientos programados. Por tanto debe seguir el orden.
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Figura 11. Esquena del bucle comparación – acción ‐resultado
Se recibe una señal de arranque del eje X desde el sistema CNC en un torno. El interfaz de control debe verificar un conjunto de requisitos previos como: Que el panel de protección de la zona de trabajo de la MHCN esté cerrado. El control manual de eje (volante, si lo hay) esté desacoplado. El sistema hidráulico de transmisión se encuentre activado. Cuando las condiciones de arranque se cumplen se puede poner en marcha el motor que gobierna el eje X. Esta acción conlleva simultáneamente otras en la máquina. Generalmente las señales electrónicas de los sistemas CNC son de baja potencia para conmutar motores eléctricos, electroválvulas, etc. Por esta causa resulta necesaria la intervención de un sistema de alimentación auxiliar que amplifica esta señal para compatibilizarla la requerida por los dispositivos mencionados. El interfaz de control es un dispositivo físico independiente en los sistemas CNC. Habitualmente se puede programar de forma específica y separada, realizando labores de asistencia sobre todo a la hora gestionar la lógica que integra las funciones máquina más básicas.
Figura 12. Conector para transmisión de Datos
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Interpolación lineal: En este tipo de trayectoria el sistema CNC calcula un conjunto de posiciones intermedias a lo largo de un segmento recto definido entre dos puntos
Figura33.Trayectoria de la herramienta siguiendo un segmento
Durante el desplazamiento de una posición intermedia a otra, los movimientos en cada uno de los ejes afectados se corrigen continuamente de tal manera que la trayectoria no se desvía de la recta prefijada más allá de la tolerancia permitida. Interpolación circular: El sistema CNC calcula un conjunto de posiciones intermedias a lo largo del segmento circular definido entre dos puntos dados. Durante el desplazamiento de una posición intermedia a otra, los movimientos en cada uno de los ejes afectados se corrigen continuamente de tal manera que la trayectoria no se desvía del la circunferencia prefijada más allá de la tolerancia permitida. De acuerdo al tipo de control los sistemas CNC se subdividen en tres categorías en nivelcreciente de prestaciones: Punto a punto, paraxial y continuo. El control punto a punto permite el posicionado de la herramienta de acuerdo a puntosprogramados mediante movimientos simples en cada eje en vacío.Dependiendo del tipo de control los motores de cada eje actúan separada o conjuntamente hasta que se alcanza la posición deseada. El control paraxial permite, adicionalmente a los desplazamientos rápidos en vacío, el avance de la herramienta en carga, según trayectorias paralelas a los ejes básicos En dichas trayectorias sólo actúa un único motor (el que ejecuta el desplazamiento en eseeje) controlándose la distancia a recorrer y la velocidad del avance.
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Figura44. Movimiento con un motor en cada eje
Control continuo. Permite los desplazamientos rápidos de la herramienta en vacío. Avances en carga paralelos a los ejes básicos. Avances en carga hasta cualquier punto arbitrario de la pieza utilizando interpolaciones rectas o circulares.
Figura 15. Dos motores trabajando al tiempo
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3. TECNICAS DE RECOLECCION DE INFORMACION
Se realizó la consulta de páginas web de proveedores de máquinas CNC. Se visito a proveedores de este tipo de máquinas para conocer las ventajas de cada uno de los modelos proporcionados.
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4. DESARROLLO DEL PROYECTO
El diseño de laruteadora CNC es una máquina que permitirá mayor precisión en trabajos de carpintería, esto por diseños complejos, tiempos de entrega de productos reducidos, estructuras de producción más flexibles, etc. La ruteadora CNC está controlada por un software llamado mach 3 versión 3.4, que antecediendo este paso debe ser diseñado cada uno de las figuras en otro software llamado Eagle quien genera una codificación necesaria para que mach 3 pueda enviar las coordenadas al hardware, mach 3 enviara la señal a la interfaz, que a su vez dirige cada una de las señales a los driver para el control de los motores. El sistema mecánico se encuentra diseñado partiendo de algunas aplicaciones y diseños que se encuentran en el mercado, y está basado en el movimiento de los tres ejes fundamentales X, Y, Z. Las posibilidades de solución dependen de factores como el tipo de motor, la precisión que necesitamos, las piezas o herramientas que se encuentran en el mercado, presupuesto, etcétera. El prototipo realizado se encuentra hecho con sistema electrónico, por tanto si se quiere realizarlo de manera industrial se debe mezclar con lógica cableada para manejar otros tipos de motores y sensores con diferente voltaje y presencia de corriente alterna, de igual manera para mayor resistencia la estructura debe ser elaborada con otros tipos de materiales, rodamientos, transmisiones, ejes, sinfines, etcétera. 4.1 Cálculos y selección de la fuente y motor. Es necesario saber el tipo de fuente que se realizara debido que sin la potencia necesaria los motores pueden perder torque y perder pasos en la elaboración de cualquier trabajo. Se tendrá en cuenta una tensión de 12 voltios cd En este caso se selecciona un motor paso a paso bipolar, antes se hizo pruebas con un motor controlado por grados de giro, pero su control es complicado por la inercia del mismo. Para seleccionar el transformador es necesario tener en cuenta que entregue una corriente suficiente para la alimentación al motor. V=24 v ca V* I=W 24* 0.16=4 Factor de transformación 24vcd*1.4142 =33.94vcd
C= I /
: C = 4 Para oobten
( 2 x F x V
4 / ( 2 * 100
obtener madremos 14
Vr )
0 * 1.2 ) = 0
ayor capaci100 uF
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0.08F = 16.
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da de señal y re
000 uF
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en paralelo dde 4700 uF
F y
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Figura78. Fuente de voltaje
Listado de componentes: 2 x Capacitores electrolíticos de 4700uF x 50v 2 x capacitores 0.1uF 2 x Diodos rectificadores 6A. 2 x Borneras Dobles P 1 x Fusible de 6A. 30m.m. 2 x Porta fusible P/ Circuito impreso. 1 x Transformador reductor 110VCA
4.2 Driver Bipolar
En este circuito el integrado principal es el L297 y es quien controla toda la etapa de corriente y secuencia de pasos, y la etapa de potencia es controlada por un puente H L298 (datasheet L297 y datasheet L298). Este driver es conveniente para el manejo de este motor, pero también se puede trabajar con un motor unipolar de 8 cables.
En la conexión del motor al driver se debe tener cuidado con la polaridad, de lo contrario el puente H puede dañarse, por tanto se utilizara un conector que evitara el cambio de las conexiones.
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Figura89, Conector del driver
1-2 alimentación de 5 voltios
3 clok por este se determinaran los pasos del motor
4 dir. Indica cual es la dirección que el motor tomara
5 activara la alimentación al puente H para evitar sobre calentamientos
6 half. Indica si el driver trabajara en medio paso o en paso completo
Los demás pines controlan corriente y sincronismos, pero no son utilizados en este caso.
4.2.1 Control de Corriente
El L297 se encarga de generar una señal cuadrada modulada en ancho de pulsos ( PWM ) para controlar, por medio del puente H, la alimentación del motor. Esta señal de alta frecuencia, genera en el motor una señal similar, pero de una amplitud mucho mayor que la tensión nominal del motor, debido a los altos y bajos de tensión en el motor, se logra regular la corriente,esto para no dañarlo. así conseguimos mayores RPM´S se alimenta motores del orden de 1 a 5 volts, con una tensión mucho mayor, sin dañarlos ya que se regula la corriente máxima que debe fluir hacia las bobinas modulando la amplitud, antes de que se eleve la corriente.
Esta corriente si debe ser la indicada en el motor.(Nominal) pero la tensión puede ser de 10 a 100 veces mayor.
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Vref. = 0.5 x Corriente nominal del motor
Vref= 0.5 x 1.5 Amperes = 0.150 Volts = 150 mv
La tensión de +5V. Debe ser Regulada y Estabilizada, proveniente de la interfaz
Lista de componentes C1 3,3nf C2-C3 220pf Capacitores cerámicos C4-C5 100nf C6 0.1uf C7 470uf x 16V. Capacitores electrolíticos C8 1000uF x 50V. D1-D2-D3-D4-D5-D6-D7-D8 BY 299 // Diodo rápido 3 Borneras dobles para circuito impreso Regleta de pines IC1 L298 MULTIWATT-15 IC2 L297 DIL20 Zocalo DIL 20 Led1 Led 3mm Rojo R1 4k7 R3 22k R6 10k Resistencias de carbón 1/4w R7 10k R9 330 R2 1k Trimpotmultivueltas R10 0.5 ohm 5 W Resistencias Cerámicas R11 0.5 ohm 5 W IDC10 macho para circuito impreso (conector para cable plano ML10 )
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Figura 20.Circuito driver de control
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4.3 Interfaz
Esta interfaz está diseñada para el manejo de los driver’s y también se conecta un puerto paralelo y utiliza 3 pines para dirigir cada eje (enable, dirección y pasos)
4.3.1 Puerto paralelo. Este puerto es aislado eléctricamente por las dos compuertas tipo bufer (74hc244), es necesario aterrizar las señales que van o vienen del puerto paralelo por medio de array de resistencias, para evitar disparos, luego son direccionados a cada eje o a cada driver’s con una señal digital de (0-5V)
Figura219. Conector de interfaz
Se utilizara un conector plano IDC10que lleva la señal de la interfaz a los driver’s: (1-2) Alimentación de 5Volts (3)Clock. Este es el pulso que indica el paso para el motor, se debe tener en cuenta que si se trabaja a paso entero es un pulso y es a medio paso será medio paso del motor
(4) Dir.Dirección de sentido del motor, es donde indica si el L297 debe hacer la secuencia hacia atrás o adelante para cada motor.
(5)Enable. Es quien indica cuando debe encender el driver, incluyendo el puente H
(6)HalfEste pin indica si se trabajara en medio paso o en paso entero para los motores
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(9-10)GND o 0Volts
Configuración de Pines
Configuración de Entradas Digitales
PIN Uso en MACH3 10 X++ / X-- 11 Y++ / Y-- 12 Z++ / Z-- 13 HOME X / Y / Z 15 Parada de emergencia
Configuración de Salida a RELE
Pin Uso en MACH3 16 RELE 2 17 RELE 1
Configuración de Ejes interfaz 3 ejes
Eje X Y Z Paso 2 8 5 Dir 4 9 3 Enable 6 7 14
4.3.2 Relés. Los relés son controlados con una señal diferente en la interfaz y con un pulso se energiza la bobina atreves del transistor llamado Q1 y Q2, cuando se pone en saturación el transistor activa la bobina del relé es cuando se activa el testigo.
Para evitar inconvenientes por cargas inductivas se pone una resistencia entre los contactos NA y NC una resistencia y un condensador, al transistor es necesario poner un diodo rápido (1n4148) cortocircuitando la bobina del relé para evitar daños al mismo.
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4.3.3 Sensores. se utilizan 5 pines de entrada al puerto paralelo y seis necesario aterrizarlos al array de resistencias para evitar falsos disparos se conectara común 5 voltios
4.3.4 Alimentación de la interfaz. Por protección es necesario poner un diodo rectificador (1n4007) que soporta un amperio, consumo necesario para la interfaz y los drivers, su funci8on es que en caso de3 invertir la polaridad se dañe y evite el paso a cualquier componente o puerto paralelo, en el circuito se encuentran dos reguladores uno de 121 voltios para las bobinas de los relés y uno de 5 voltios para los drivers
Listado de componentes ARRAY de resistencias 4k7 SIL 6 ARRAY de resistencias 4k7 SIL 9 C2 100nf CERAMICO C3 100nf CERAMICO C4 100nf CERAMICO C5 100uf/16v ELECTROLITICO POLARIZADO CX1 10nf/400v POLIESTER CX2 10nf/400v POLIESTER CX3 10nf/400v POLIESTER CX4 10nf/400v POLIESTER D1 1N4148 DIODO RAPIDO D2 1N4148 DIODO RAPIDO D3 1N4007 DIODO RECTIFICADOR DB25-LPT Conector macho DB25 A 90º P/ C Cable para el puerto LPT: Cable de 17 hilos con conectores para cable, Uno macho y uno hembra. IC1 74HC244N con zocalo DIL 20 IC2 74HC244N con zocalo DIL 20 IC3 7805T Regulador de 12v. To-220 horizontalcon disipador tipo clip. IDC10 Conector IDC 10 macho y hembra, para cable plano, sin trabas. IDC10, Conector IDC 10 macho y hembra, para cable plano, sin trabas. IDC10. Conector IDC 10 macho y hembra, para cable plano, sin trabas. Cables para conectar los ejes: 50cm de cable plano de 10 hilos. JP1 Half/Full 3 Pines para conectar jumpers sobre C.impreso + jumper JP2 Half/Full 3 Pines para conectar jumpers sobre C.impreso + jumper JP3 Half/Full 3 Pines para conectar jumpers sobre C.impreso + jumper Rele 1 Rele simple inversor. bobina de 12v Rele 2 Rele simple inversor. bobina de 12v LED1 LED5MM Rojoopaco LED2 LED5MM Rojoopaco LED3 LED5MM Verde opaco Q1 BC548 TO92-EBC transistor-npn Q2 BC548 TO92-EBC transistor-npn R1 2K2 Resistencia de carbon 1/4w
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R3 1k Resistencia de carbon 1/4w R4 1k Resistencia de carbon 1/4w R2 100 ohms Resistencia de 1watt. metalfilm o ceramica R5 100 ohms Resistencia de 1watt. metalfilm o ceramica R6 100 ohms Resistencia de 1watt. metalfilm o ceramica R7 100 ohms Resistencia de 1watt. metalfilm o ceramica R8 2K2 Resistencia de carbon 1/4w R9 1k Resistencia de carbon 1/4w Bornera p/RELE Bornera de 3 contactos p/ C.imrpreso Bornera p/RELE Bornera de 3 contactos p/ C.imrpreso Bornera Sensores: 2 Borneras de 3 contactos p/ C.imrpreso Bornera de alimentacion: Bornera de 2 contactos p/ C.imrpreso
Figura22. Circuito interfaz
4.4 SOFTWARE QUE SE UTILIZARA PARA EL MANEJO DE LA RUTEADORA
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Los diseños se deben realizar en el software Eagle, el cual se encarga de codificar la imagen rigiéndose en la norma DIN 66024 Y 66025, esta norma se establece por que los primeros fabricantes de maquinas CNC establecían su propio lenguaje de programación, por tanto no podía ser programado por personas ajenas, entonces se establece un lenguaje único para este tipo de programación, donde
N: dirección correspondiente al número de bloque o secuencia, de acuerdo al formato 3 o 4 es el número de líneas para programar.
X, Y, Z: es la dirección correspondiente a las cotas según los ejes X, Y, Z. Se pueden organizar con respecto al cero o a otro punto dentro del plano tridimensional.
G: es la dirección correspondiente a las funciones preparatorias, donde se enuncia las actividades a realizar.
F: velocidad de avance y se indica en mm/seg.
S: velocidad del husillo, se expresa n rev/min
I, J, K: direcciones utilizadas para programar arcos de circunferencia.
T: numero de la herramienta a utilizar.
Luego de realizar el diseño en Eagle se guarda el archivo y se debe ingresar al software mach 3 versión 3.4, es donde se encarga de enviar las señales al interfaz para las respectivas direcciones que debe tomar el husillo y realizar la figura. Se puede ver el simulacro, además mover cada eje con un control individual.
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Figura103 Pantalla principal del software
La figura anterior es la pantalla principal del software mach3, desde allí se da inicio a la línea de órdenes, se activan los motores, se indiciar desde que línea de operación del programa se iniciara, se puede pausar estando en cualquier línea de mando, se carga el programa, etc.
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Figura114 Mando de porta herramienta
Esta figura es el mando de la herramienta que se encuentra disponible en el porta herramientas para trabajar, en este caso no se utiliza ya que solo esta disponible una sola herramienta.
4.5 Protección para el ser humano.
Como se sabe la mayoría de los accidentes son por causa de los descuidos de los operarios o por imprudencia de los mismos.
El sistema se implementara con sensores ópticos que estarán configurados como normalmente cerrados y en el caso de tomar señal, el sensor pasara a normalmente abierto y de esta manera desenergizara la maquina.
Esto evitara que los operarios pongan en marcha la maquina teniendo las manos dentro de un perímetro de riesgo, o que metan las manos durante el proceso de fabricación.
De igual manera evita la puesta en marcha en caso de caídas de objetos en la maquina, lo cual provocaría problemas físicos a la maquina.
En el caso de ser atrapado por la maquina el sistema eléctrico se encuentra implementado con un paro de emergencia que abrirá el circuito y evitara perjuicios.
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4.6 Protección para la maquina.
El sistema se puede implementar con motores eléctricos por tanto llevara guarda motores, en el caso de sistemas electrónicos el sistema se protegerá con un fusible en la entrada del circuito de 2 amperios, además de varios sistemas de protección integrados en el circuito.
4.7 PLANOS DE LA RUTEADORA CNC
Figura 25. Ruteadora CNC
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Figura 26. Plano base principal
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Figura 27. Plano eje X
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Figura 28. Plano eje Y
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Figura 29. Plano eje Z
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Figura 30. Eje X
Figura 31. Base para motor tool del eje Z
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Figura 32. Ejes X,Y,Z, primera prueba, fue necesario cambiar el diseño.
Figura 33. Interfaz
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Figura 34. Tres driver's para motores
Figura 35. Fuente de poder
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Figura 36. Conexión de la interfaz y tres driver
Figura 37. Pruebas finales.
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5 CONCLUSIONES
Para trabajar industrialmente es necesario adecuar la maquina con un diseño igual, dimensiones mayores, herramientas de mayor potencia y mayor capacidad para manejo de herramientas.
Un método que puede ser aplicativo es por captación de imágenes, es viable que su aplicación facilite las necesidades, por motivos de costos no se realizó pruebas con este método.
Los elementos electrónicos que se utilizan son extraídos de una gran variedad de posibilidades que se encuentran en el mercado, para esto fue necesario verificar que supliera las necesidades, lo que no quiere decir que no existan mejores herramientas en el mercado.
Hacer la máquina de manera industrial puede salir costosa, pero bastante eficiente.
Después de las pruebas para el control de los motores, se considera que se facilita el manejo de motores paso a paso. Es necesario realizar un control de revoluciones del motor de acuerdo al material que se trabaje y a sus dimensiones, de lo contrario las herramientas (fresas) se quemaran o se partirán. Se instalara un paro de emergencia, que abre el circuito
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6. RECOMENDACIONES
Para realizar la ruteadora de manera industrial, es recomendable con motores y elementos eléctricos de mayor voltaje, alimentado con corriente alterna siendo su control por método electrónico. Todas las piezas que son necesarias para la realización de la maquina es adecuado realizarlas con herramientas especiales para ello (torno, fresadora, taladros, etcétera) lo cual nos dará una garantía y eficiencia de la máquina. Para trabajos de muy buena precisión es necesario dar buen ajuste a las guías, para evitar juego Los ejes y tornillos sin fin tienen bastante trabajo, es necesario poner puntos de lubricación. Cualquier cambio que se realice, debe ser muy bien planeado para no tener problemas con el software. Se debe tener cuidado con las corrientes nominales de los motores, de lo contrario se pueden presentar recalentamientos. La conexión de los circuitos impresos se debe hacer con cuidado, el cambio en la polaridad puede causas serios inconvenientes en los circuitos integrados.
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BIBLIOGRAFÍA
LASHERAS. José María, tecnología mecánica y metrotecnia, 1996,
http://es.wikipedia.org/wiki/Control_num%C3%A9rico
G.K, BoonAutomatizaciónflexible en la industria ed. LIMUSA-Noriega, 1991
http://www.monografias.com/trabajos14/manufaccomput/manufaccomput.shtml
GODINEZ, PADILLA, Claudia Marcela, México D.F
http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_mecanica/controlnumericocnc/
http://www.melca.com.ar/info.html
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GLOSARIO RUTEADORA. Maquina industrial utilizada en la industria de la carpintería, que por lo general es controlada por el hombre de forma manual y es utilizada para tallar figuras y relieves en láminas de madera. CNC. (Controlnumérico computarizado) dispositivoelectrónico o eléctrico que se encuentra dirigido por un software de acuerdo a la programación de la mano humana, por lo general maneja los tres ejes fundamentales (x, y, z,). CAD. (Diseño asistido por computador) tipo o tipos de software que se utiliza para crear un listado de órdenes, con códigos establecidos, que al ser direccionados a CAM. (Manufactura asistida por computador) elaboración y seguimiento de órdenesprovenientes del software, transformándolo en materia física. HARDWARE. Conjunto de elementos físicos externos no fundamentales para el funcionamiento del pc y realizan tareas específicas provenientes del software. DRIVER BIPOLAR. Tarjeta de circuitos impresos donde se contemplan dos integrados L297 y L298, se encargan de direccionar el motor según la necesidad o la orden enviada por la interfaz. INTERFAZ. Tarjeta de circuitos impresos, recibe las señales del pc por medio de un puerto paralelo y re direcciona las señales a cada driver o motor.
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MANUAL DEL USUARIO PARA EL MANEJO Y MANTENIMIENTO DE LA
RUTEADORA CNC
RECOMENDACIONES ¡ADVERTENCIA! Lea todas las instrucciones hasta comprenderlas. No seguir las instrucciones siguientes puede causar choques eléctricos, atrapamientos o lesiones graves.
• Mantenga la maquina y el área de trabajo limpia y bien iluminada.
• Mientras opere la máquina, mantenga un rango señalizado para evitar observadores, niños y visitantes.
• Cualquier cambio en la configuración que se realice, debe ser muy bien planeado para no tener problemas con el software.
• Proteja las conexiones o cables de alimentación de la máquina, evite que se deterioren excesivamente.
• Instale la maquina en un lugar alejado de la humedad y el sol excesivo
• Mantenga las guías de la maquina ajustadas para mayor precisión de los trabajos
• Nivele la maquina antes de operar
• No realice cambios de la configuración, sin el previo aviso y supervisión del proveedor, de lo contrario puede ocasionar serios inconvenientes con el software.
• Para la ejecución de los mantenimientos es necesario que los realice personal calificado en este tipo de maquinas
• Cuando la maquina no se utilice se debe des energizar.
• No intervenga ningún sistema eléctrico o mecánico, sin tener previo
conocimiento, su omisión puede causar serios perjuicios.
• La máquina debe ser utilizada para las tareas especificadas y no debe ser utilizada para otras actividades
• No utilice la herramienta si alguno de los mandos no funcionan •
• No utilice ropa suelta ni joyas, recójase el cabello.
• Utilice elementos de protección personal
PUESTA EN MARCHA
1. Ubicar puntos de evacuación de polvos y fuentes eléctricas
2. Despejar las superficies dela máquina principalmente las partesmóviles.
3. Verificar la lubricación de los puntos móviles de la maquina
4. Verificar la conexiones :
• Fuente 110v a fuente de poder de la maquina • Alimentación de la fuente de poder a la caja de circuitos • Cables de conexión (4x16) de la caja de circuitos a los motores • Conexión de los sensores (cable dúplex) • Conexión de los puertos paralelos de la caja de circuitos y la
fuente de poder
5. Conectar la maquina a una fuente eléctrica 110v ca
6. Encender fuente de poder
7. Verificar que los testigos de los drivers enciendan
8. Encender el PC
9. Ingresar al software mach 3
10. Verificar la configuración del programa
11. Cargar programa o figura a trabajar
12. Dar inicio desde mach 3
13. Verificar que el paro de emergencia que se instalara no se encuentre accionado.
14. En caso de emergencia durante el proceso accionar el paro de emergencia (se pondrá en un costado de la maquina donde sea de fácil acceso)
15. Al terminar la actividad limpiar las partículas que quedan en las guías y los tornillos sin fin, se recomienda lubricar las partes móviles.
16. Apagar los equipos
17. Des energizar la maquina después de terminar.
4.6 ESPECIFICACIONES DE MANTENIMIENTO.
Mantener los puntos móviles lubricados.
Cambiar rodamientos delos ejes cuando presenten desajuste
Medir consumos de los motores frecuentemente
Ajuste de terminales del tablero eléctrico y sensores.
Ajuste de todas las partes móviles.
Verificar los hilos del tornillo sinfín que no presenten abolladuras.
Verificar estado de los rodamientos inferiores de la mesa de trabajo.
Verificar nivel de la máquina
Verificar corriente nominal de los motores
FECHA NÚMERO RAE PROGRAMA TECNOLOGIA EN ELECTRONICA AUTOR (ES) MORALES SOTO, Hector Javier. TÍTULO DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA RUTEADORA CNC PALABRAS CLAVES
CNC, CAD, CAM, HARDWARE, SOFTWARE, DRIVER BIPOLAR, INTERFAZ. DESCRIPCIÓN
¿Cómo? Aplicar el control numérico computarizado a actividades de carpintería que faciliten y permitan mejor rendimiento a la hora de entrega de los productos. El proyecto se fundamenta en la comunicación de un software (mach 3) y un hardware por medio de una interfaz, que como resultado puede tallar de madera con excelente precisión y presentación. Para facilitar los diseños se realizan en un software (Eagle) que codifica la imagen para llevarla lista a mach 3. FUENTES BIBLIOGRÁFICAS
LASHERAS. José María, tecnología mecánica y metrotecnia, 1996, http://es.wikipedia.org/wiki/Control_num%C3%A9rico G.K, Boon Automatización flexible en la industria ed. LIMUSA-Noriega, 1991 http://www.monografias.com/trabajos14/manufaccomput/manufaccomput.shtml GODINEZ, PADILLA, Claudia Marcela, México D.F http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_mecanica/controlnumericocnc/
http://www.melca.com.ar/info.html
PROGRAMA TECNOLOGIA EN ELECTRONICA CONTENIDOS DESARROLLO DEL PROYECTO. La ruteadora CNC es una maquina capaz de realizar figuras complejas, para su utilización es necesario el manejo de dos software (Eagle, mach 3), su hardware se compone de 3 motores paso a paso, una interfaz, 3 drivers para el control de los motores, una fuente de poder, un motor tool, y estructura o demás partes físicas de la máquina. su orden lógico es Que son
RUTEADORA CNC
SOFTWARE HARDWARE
Se encargan de organizar y de enviar órdenes al hardware para realizar tareas inteligentes por medio de diferentes programas.
Partes físicas de la máquina, tiene el deber de realizar todas las tareas que el software le envié de manera lógica llevándolas a sistema físico.
Eagle Mach 3
Primer Herramienta para el manejo de la máquina y es donde se diseña cada figura
Herramienta necesaria para enviar ordenes al software, y es donde se controla todo el sistema físico por medio de los mandos del programa
1. Interfaz
Su labor es comunicar el software y el hardware, además es quien tomas las ordenes y las envía a cada uno de los drivers según la tarea ordenada.
SOFTWARE (MACH 3 VERSION 3.4) Mach 3 es el software que se utiliza para direccionar la ruteadora CNC, dentro de este software se encuentra una gran variedad de herramientas que facilitaron la programación y el manejo de la máquina, este software facilita el manejo debido al simulador, además se puede aumentar el tamaño de la imagen que se realizara físicamente, paradas en cualquier momento dentro del proceso, ajustes dentro de los diseños, manejo de diferentes herramientas, manejo de otros equipos anexos a la maquina (equipos de refrigeración, equipos de extracción de partículas), etcétera. FUENTE DE PODER. Para el control de la ruteadora CNC fue necesario tener en cuenta la potencia para el manejo de los tres motores, por tanto se utiliza un transformador que se encuentra dentro del rango de 12v a 80 v, este rango depende de la tensión de alimentación de los motores que es de 3 a 25 veces el voltaje nominal del motor. Otro factor que se tuvo en cuenta es la estabilización y regulación de la señal por ello fue necesario insertar 3 condensadores en paralelo de 4700 uF para obtener 14100 uF. INTERFAZ La interfaz está diseñada para trabajar con cualquier driver teniendo en cuenta la configuración de los pines, puntualmente enable, dirección y pasos. Cuenta con un puerto paralelo que se encuentra aislado por medio de un
2. drivers
Para el sistema CNC de 3 ejes es necesario un driver para cada motor o eje (x, y, z). Manejan un alto voltaje para el manejo de los motores, recibe órdenes directas de la interfaz, que le indica cuando y con qué frecuencia debe realizar un movimiento.
array de resistencias que evita las corrientes parasitas que se puedan producir. Relés. Para el manejo de los relés se utiliza un pin del puerto para cada uno, que es recibido por un transistor que se pone en saturación alimentando la bobina del relé, para evitar los daños por la frecuencia de contactos se ubicó un diodo rápido cortocircuitando la bobina del relé y evitar daños al transistor. Sensores. Para la conexión de los sensores es necesario aterrizar cada uno por medio de un array de resistencias que evitan la llegada de señales parasitas al circuito, y de esta manera detectar los movimientos de la maquina Los sensores se instalan con el fin de evitar salidas de la maquina fuera del rango de trabajo, su implementación es muy importante, sin la presencia de los mismos se puede averiar todo el sistema mecánico. Alimentación. Para la protección del circuito se instaló un diodo rápido en la entrada que en caso de cambio de polaridad accidentalmente primero se dañe el diodo y no el circuito. Dentro del circuito se encuentran dos rectificadores de voltaje, uno para alimentación de los relés (12 v) y otro para la lógica de los drivers y la interfaz (5 v) DRIVERS. La máquina se compone por 3 driver, uno para cada eje (x, y, z) sus principales circuitos integrados son el L297 es quien maneja la parte lógica, seguidamente se encuentra el puente H L298 que se encarga de la potencia, esta pareja de circuitos se encuentran interconectados obedeciendo las ordenes enviadas desde la interfaz según la necesidad. Conexión. Se encuentran tres borneras dos de entrada y una de salida, la de salida es para el motor y se compone por cuatro contactos que se direcciona a cada una de las bobinas del motor, las borneras de llegada es de la interfaz y del voltaje de alimentación del motor que no deben superar los 46v recomendados en el datascheet del L298. SISTEMA MECANICO. El sistema mecánico para los 3 ejes se compone de un tornillo sin fin, que se ajusta a cada uno de los ejes del motor por medio de un acople flexible, que permite una tolerancia para evita rupturas de la fresa o demás partes mecánicas por motivos de dureza del material a trabajar. La estructura está conformada por láminas de polipropileno, que hacen más liviana la maquina pero de menor resistencia.
NÚMERO RAE PROGRAMA TECNOLOGIA EN ELECTRONICA METODOLOGÍA
1. Enfoque de la investigación: Empírico - Analítico.
2. Se realizó la consulta de páginas web de proveedores de máquinas
CNC, así como visita a empresas que poseen este tipo de máquinas.
3. Visita a proveedores de este tipo de máquinas para conocer las ventajas de cada uno de los modelos proporcionados.
CONCLUSIONES Para trabajar a nivel industrial es necesario adecuar la maquina con un diseño igual pero con dimensiones mayores, herramientas de mayor potencia y mayor capacidad para manejo de herramientas. Un método que puede ser aplicativo (por captación de imágenes), es posible que su aplicación facilite las necesidades, por motivos de costos no se realizó pruebas con este método. Los elementos electrónicos que se utilizan son extraídos de una gran variedad de posibilidades que se encuentran en el mercado, para esto fue necesario verificar que compensara las necesidades, lo cual no quiere decir que no existan mejores herramientas en el mercado. Hacer la máquina de manera industrial puede salir costosa, pero bastante eficiente.