instituto politécnico nacional · 2017-09-02 · 1.6.1 tipos de torno 13 1.6.2 partes principales...

TESIS DE MAESTRÍA

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS

Sección de Estudios de Posgrado e Investigación

PROGRAMACIÓN DEL TORNO DIDÁCTICO CON CONTROL

NUMÉRICO COMPUTACIONAL BOXFORD 250

TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE

MAESTRO EN CIENCIAS CON ESPECIALIDAD EN

INGENIERÍA MECÁNICA

P R E S E N T A

Ing. Pablo Argumedo Moreno Director de tesis: Dr. Luis Héctor Hernández Gómez

México D.F. Septiembre del 2008



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CARTA CESIÓN DE DERECHOS

En la Ciudad de México, Distrito Federal, el día 28 del mes de Marzo del año 2008, el (la)

que suscribe Ing. Pablo Argumedo Moreno alumno (a) del Programa de Maestría en

Ciencias de Ingeniería Mecánica, opción Diseño) con número de registro B021876, adscrito

a la Sección de Estudios de Posgrado e Investigación de la ESIME, Unidad Zacatenco,

manifiesta que es autor (a) intelectual del presente trabajo de Tesis bajo la dirección de Dr.

Luis Héctor Hernández Gómez y cede los derechos del trabajo intitulado

PROGRAMACIÓN DEL TORNO DIDÁCTICO CON CONTROL NUMÉRICO

COMPUTACIONAL BOXFORD 250, al Instituto Politécnico Nacional para su difusión,

con fines académicos y de investigación.

Los usuarios de la información no deben reproducir el contenido textual, gráficas o datos

del trabajo sin el permiso expreso del autor y/o director del trabajo. Este puede ser

obtenido escribiendo a la siguiente dirección [email protected]. Si el permiso se

otorga, el usuario deberá dar el agradecimiento correspondiente y citar la fuente del mismo.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

SECRETARÍA DE INVESTIGACIÓN Y POSGRADO

mailto:[email protected]



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RESUMEN

En el presente trabajo de tesis se realiza un estudio, de tres diferentes procedimientos

para generar la programación del Torno Didáctico Boxford 250 con Control Numérico

Computacional (CNC), realizando una comparación entre cada uno de ellos, teniendo como

ejemplo práctico el maquinado de una probeta de aluminio, la cual será utilizada para

realizar ensayos a tensión.

El primer procedimiento es de forma manual (utilizando el panel de control, de la

máquina misma), el cual es el intermediario en la operación total, el diagnóstico mostró que

para este primer método, es indispensable el conocimiento de los códigos G y M, cálculos

(velocidad de corte, velocidad de avance, elección de herramienta, etc.). Se requiere de

suficiente tiempo para la aplicación del mismo.

En el segundo procedimiento, trata de la programación asistida por sistemas CAD/

(Diseño Asistido por Computadora, por sus siglas en inglés) / CAM (Manufactura Asistida

por Computadora, por sus siglas en inglés), el cual es el más recomendable para la

programación de dicho torno con CNC. En donde primeramente se diseñó el producto

auxiliado con el programa de Auto CAD. Mediante el programa Máster Cam se realizó la

conversión del dibujo a código G y M automáticamente. De esta manera, la máquina

interpreta las instrucciones del programa. Se simuló el proceso para verificar que no

existieran errores y finalmente se llevó a cabo el mecanizado, obteniendo la pieza deseada.

La aplicación de éste procedimiento produce ahorros significativos en el tiempo y esfuerzo

de programación, ya que todos los cálculos y cambios de herramienta que se requieren, los

realiza la máquina automáticamente.

El tercer modo consiste, en la generación de trayectorias, empleando el programa

Máster CAM (Instalado en la máquina). Aquí se creó el diseño de la pieza por medio de

líneas, con sus respectivas dimensiones, especificando el tipo de material a trabajar. Se

simuló el maquinado de la pieza a obtener, generando en forma automática la programación

requerida para su manufactura

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ABSTRACT

In this works three different programming procedures are analyzed, they are used with the

didactic turning lathe Boxford 250. This machine tool is operated with a Computational

Numerical Control. These procedures are compared when they are used in the production of

aluminum specimens for tension tests.

In first instance, the manual procedure is followed. In this case the control panel of the

machine is used. For this purpose, the G and M codes are required. Besides, the machining

parameters, as cutting speed, feed speed, tool selection, etc., must be determined in

advance. This is a time consuming procedure.

In the second procedure, Computing Aided Design (CAD) is used in conjunction with

Computing Aided Manufacture (CAM). In accordance with the obtained results, this is the

most advisable procedure for this purpose. Initially, the specimen is designed with Auto

CAD. In a second step, Master CAM is used. With the obtained drawings, the machining

instructions of the G and M codes are generated automatically. In this way, the manufacture

process is simulated and at the same it is verified. Thereafter, the required specimens are

machined. In this case, the required time is reduced and the machine programming is easier,

because all the calculations and the sequence of the required tools are performed by the

computer.

In the third case, Master Cam program is used. The specimen is modeled and its material is

specified. The manufacture process is simulated and the machine tool instructions are

generated automatically.

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ÍNDICE GENERAL

Página

RESUMEN i

ABSTRACT ii

ÍNDICE DE FIGURAS viii

ÍNDICE DE TABLAS ix

SIMBOLOGÍA x

OBJETIVO xi

JUSTIFICACIÓN xii

INTRODUCCIÓN 1

CAPÍTULO 1

GENERALIDADES SOBRE MÁQUINAS-HERRAMIENTA

1.1 ENTORNO NACIONAL E INTERNACIONAL DE LA INDUSTRIA

METAL MECÁNICA

5

1.2 CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS–HERRAMIENTA

CONVENCIONALES.

6

1.3 IMPULSIÓN ELÉCTRICA 8

1.4 MECANISMOS QUE INTERVIENEN EN EL MOVIMIENTO

PRINCIPAL Y DE AVANCE.

9

1.5 MODOS DE CONTROL 10

1.6 EL TORNO. 12

1.6.1 TIPOS DE TORNO 13

1.6.2 PARTES PRINCIPALES DE UN TORNO CONVENCIONAL 15

1.7 TRABAJOS QUE SE REALIZAN CON EL TORNO PARALELO 16

1.8 PRINCIPIO DE OPERACIÓN DE LAS MÁQUINAS-HERRAMIENTA

CONVENCIONALES

17

1.8.1 HERRAMIENTAS DE CORTE 18

1.8.2 FLUIDOS DE CORTE 18

1.8.3 VENTAJAS DE LOS ENFRIADORES 19

1.9 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 20

iii



TESIS DE MAESTRÍA

vii

CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DEL CONTROL NUMÉRICO

COMPUTACIONAL APLICADO A MANUFACTURA

2.1 INTRODUCCIÓN AL CONTROL NUMÉRICO COMPUTACIONAL

(CNC) 21

2.2 ANTECEDENTES DEL CONTROL NUMÉRICO COMPUTACIONAL 22

2.3 DEFINICIÓN DEL CONTROL NUMÉRICO COMPUTACIONAL 23

2.4 PROGRAMA DEL CONTROL NUMÉRICO COMPUTACIONAL 24

2.5 SISTEMAS DE UNIDADES Y MODOS DE ENTRADA 25

2.5.1 SISTEMA DEL PROGRAMA 26

2.5.2 CÓDIGO DEL CONTROL NUMÉRICO COMPUTACIONAL 26

2.6 NÚMEROS DE SECUENCIA 28

2.7 LOS GRUPOS G Y M 28

2.8 FUNCIONES PREPARATORIAS 29

2.9 VENTAJAS Y LIMITACIONES DEL CONTROL NUMERICO 29

2.10 PRECISIÓN EN EL POSICIONAMIENTO DEL CONTROL NUMÉRICO 30

2.11 DIFERENCIAS ENTRE UNA MÁQUINA-HERRAMIENTA

CONVENCIONAL Y UNA CON CNC

31

2.12 SUMARIO 34

CAPÍTULO 3 METODOLOGÍA PARA LA MANUFACTURA EN EL

TORNO DE CONTROL NUMÉRICO COMPUTACIONAL

BOXFORD 250.

3.1 MANUFACTURA 35

3.2 CARACTERÍSTICAS DEL TORNO DIDÁCTICO CON CONTROL


36

3.2.1 CARACTERÍSTICAS DEL TORNO 36

3.2.2 REQUERIMIENTOS DEL EQUIPO DE CÓMPUTO 38

3.2.3 PARTES COMPONENTES DEL TORNO CNC 38

3.3 DESCRIPCIÓN DE LA PIEZA A MAQUINAR 43

3.3.1 PLANO DE LA PIEZA 44

3.3.2 SELECCIÓN DE LA HERRAMIENTA 46

3.3.3 SELECCIÓN DE LA VELOCIDAD DE CORTE 47

3.3.4 AVANCE DEL TORNO 49

3.3.5 SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE 50

3.4 PROCESO DE MAQUINADO EN EL TORNO BOXFORD 250 CON

CNC

52

3.4.1 UTILIZANDO MODO MANUAL 52

3.4.2 UTILIZANDO MÁSTER CAM AUXILIADO CON CAD 55

3.4.3 UTILIZANDO CREACIÓN DE TRAYECTORIAS 75

3.5 SUMARIO 83

iv



TESIS DE MAESTRÍA

viii

CAPÍTULO 4 EVALUACIÓN DE RESULTADOS

4.1 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS PROGRAMAS

UTILIZADOS

84

4.2 PROGRAMACIÓN MANUAL DE UN CNC 85

4.3 PROGRAMACIÓN APLICANDO PROGRAMAS CAD/CAM 87

4.4 PROGRAMACIÓN APLICANDO GENERACIÓN DE TRAYECTORIAS 89

4.5 ASPECTOS GENERALES 91

CONCLUSIONES 92

RECOMENDACIONES PARA TRABAJO FUTURO 93

REFERENCIAS 94

ANEXO A: TABLA DE CÓDIGOS GENERALES EMPLEADOS EN LA

PROGRAMACIÓN DEL TORNO BOXFORD 250 CON CONTROL

NUMÉRICO COMPUTACIONAL.

97

ANEXO B: TABLA DE CÓDIGOS MISCELANEOS EMPLEADOS EN LA

PROGRAMACIÓN DEL TORNO BOXFORD 250 CON CONTROL

NUMÉRICO COMPUTACIONAL.

98

ANEXO C: CODIFICACIÓN PARA EL MAQUINADO DE LA PROBETA 100

ANEXO D: CODIFICACIÓN PARA EL ROSCADO DE LA PROBETA 102

v v



TESIS DE MAESTRÍA

ix

AGRADECIMIENTOS

A DIOS MI SEÑOR, POR LA VIDA QUE ME HA DADO POR AMOR, POR

ESCUCHARME Y DARME BRIOS Y ENTUSIASMO PARA SEGUIR ADELANTE

CON MIS ESTUDIOS Y TRABAJOS.

MUY SINCERAMENTE Y CON TODO RESPETO QUE SE MERECE, POR SU

VALIOSA GENTILEZA DE BRINDARME TODO SU APOYO Y CONFIANZA, DE

SER MAESTRO Y AMIGO, A MI QUERIDO DIRECTOR DE TESIS DR. LUIS

HÉCTOR HERNÁNDEZ GÓMEZ, POR SUS SABIOS CONSEJOS Y ASESORIA, YA

QUE DE NO SER ASÍ, NO HUBIERA SIDO POSIBLE LA CULMINACIÓN

SATISFACTORIA DE ESTE TRABAJO.

A LOS INTEGRANTES DE MI COMISIÓN REVISORA, POR SU GRAN

DEDICACIÓN Y ESFUERZO, PARA QUE ESTE TRABAJO CUMPLIERA SU

OBJETIVO.

A TODOS MIS MAESTROS DEL PROGRAMA DE LA MAESTRÍA, POR SUS

ENSEÑANZAS.

AL M. EN C. RICARDO LÓPEZ MARTÍNEZ, (q.e.p.d.), UN RECUERDO PÓSTUMO

DE AGRADECIMIENTO.

AL M. EN C. JULIO CÉSAR BALANZÁ CHAVARRIA, POR SU GRAN APOYO Y

MUESTRA DE CARIÑO.

A TODOS MIS COMPAÑEROS DE LA SALA 2 DEL TECNOLOGICO DE POZA

RICA Y TODAS AQUELLAS PERSONAS QUE DE ALGUN MODO ME APOYARON.

A MIS QUERIDOS PADRES: SR.JULIO ARGUMEDO AMORÉ Y SRA. EUSEBIA

MORENO OLARTE, POR SU GRAN AMOR Y COMPRENSIÓN.

A MIS HERMANOS: JULIO CESAR, JOSÉ LUIS, ESMERALDA E IRENE.POR SU

GRAN MUESTRA DE CARIÑO Y CONFIANZA QUE HAN DEPOSITADO EN MI.

vi



TESIS DE MAESTRÍA

i

A MI MUY QUERIDA ESPOSA ERIKA, POR SU GRAN AMOR, QUE SIEMPRE ME

HA APOYADO EN TODO MOMENTO Y HA SACRIFICADO PARTE DE SI, PARAA

QUE SIGA PROGRESANDO CON MIS ESTUDIOS.

A MIS QUERIDAS NIÑAS, QUE SON MI REGALO DE DIOS: LUPITA, ROSI Y

ESMERALDITA, AUNQUE SON AÚN MUY PEQUEÑITAS, HAN SABIDO

COLABORAR PARA REALIZAR MI TRABAJO.

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TESIS DE MAESTRÍA

ii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Partes principales del torno paralelo 15

Figura 3.1 Torno didáctico CNC Boxford 250 37

Figura 3.2 (a) Partes componentes del torno didáctico CNC Boxford 250 39

Figura 3.2 (b) Desplazamiento de las herramientas 40

Figura 3.3 Plano de taller 45

Figura 3.4 (a) Torreta porta herramientas 46

Figura 3.4 (b) Posición de las herramientas 47

Figura 3.5 Diagrama de flujo de un proceso de maquinado 53

Figura 3.6 Propiedades de la máquina 56

Figura 3.7 Perfiles del chuck y herramienta 57

Figura 3.8 Características del chuck 57

Figura 3.9 Cuadro del dialogo para seleccionar parámetros 58

Figura 3.10 Trayectoria de careado 59

Figura 3.11 Seleccionar puntos a encadenar 60

Figura 3.12 Propiedades de la herramienta de corte para carear 60

Figura 3.13 Seleccionar la geometria para roscar 61

Figura 3.14 Seleccionar herramienta adecuada para roscar 61

Figura 3.15 Introducir valores en cuadro de dialogo para roscar 62

Figura 3.16 Determinar el número de pasadas 62

Figura 3.17 Geometría para el cilindrado 63

Figura 3.18 Selección de herramienta adecuada para el cilindrado 63

Figura 3.19 Determinar el ángulo de la ranura 64

Figura 3.20 Seleccionar tipo de acabado suave 64

Figura 3.21 Encadenar los puntos para cilindrar 65

Figura 3.22 Seleccionar sentido de corte 65

Figura 3.23 Cilindrar la segunda fase, con la misma herramienta 66

Figura 3.24 La figura muestra los puntos a encadenar, para realizar el

cilindrado 67

Figura 3.25 Tipo de herramienta para roscar 67

Figura 3.26 Intoducir valores para el roscado 68

Figura 3.27 Seleccionar simular todas las actividades 68

Figura 3.28 Modelo de la pieza obtenida, mediante la simulación 69

Figura 3.29 Menú principal del programa 76

Figura 3.30 Especificación del material a trabajar 76

Figura 3.31 Dimensiones para refrentar la pieza muestra 77

viii



TESIS DE MAESTRÍA

iii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1.1 Tipos de máquinas-herramienta 7

Tabla 1.2 Mecanismos de transformación 10

Tabla 2.1 Descripción del código de letras 27

Tabla 2.2 Diferencias entre una máquina convencional y una máquina con

control numérico computacional 32

Tabla 3.1 Velocidades de corte 49

Tabla 3.2 Avances para diversos materiales con el uso de herramientas para alta

velocidad 49

Tabla 3.3 Tipos de lubricantes para maquinados 51

Tabla 3.4 Lista de actividades, para emplear Master CAM auxiliado por CAD 55

Tabla 3.5 Lista de instrucciones para creación de trayectorias 75

Figura 3.32 Trazado de líneas para generar roscado 77

Figura 3.33 Incorporación de valores para el adelgazamiento de la pieza

muestra 78

Figura 3.34 Formación de redondeo en el primer extremo 78

Figura 3.35 Formación de redondeo en el segundo extremo 79

Figura 3.36 Trazado de línea en extremo posterior 79

Figura 3.37 Trazado para elaboración de roscado 80

Figura 3.38 Módulo para generar código G 80

Figura 3.39 Verificando dimensiones 81

Figura 3.40 Ejecutando códigos G y M 81

Figura 3.41 Simulación de manufactura 82

Figura 3.42 Perfil de la probeta 82

Figura 4.1 Maquinado de una probeta en el torno CNC Boxford 250 86

Figura 4.2 Probeta de aluminio maquinada en torno con CNC 86

Figura 4.3 Simulación del maquinado en el torno Boxford 250 88

Figura 4.4 Plano cuadriculado para la generación de trayectorias 90

Figura 4.5 Representación gráfica del diseño de una probeta aplicando creacion

de trayectorias 90

ix



TESIS DE MAESTRÍA

iv

SIMBOLOGÍA

Reduce velocidad de husillo en la misma dirección

40

Reduce velocidad de husillo en reversa

40

Detiene giro de husillo

40

Mueve el sujetador de herramienta en forma ascendente (eje X)

41

Mueve el sujetador de herramienta en forma descendente (eje X)

41

Mueve sujetador de herramienta, lado izquierdo (eje Z)

41

Mueve sujetador de herramienta, lado derecho (eje Z)

41

Control de movimiento del contenedor de herramientas en modo rápido

41

x



TESIS DE MAESTRÍA

v

OBJETIVO

El principal objetivo que se pretende cubrir al desarrollar este trabajo es, conocer y

aplicar una metodología para manufacturar productos diversos en el torno didáctico

Boxford 250 con Control Numérico Computacional. Esto de forma sencilla y generando la

programación del mismo, en el menor tiempo posible, con mayor exactitud y confiabilidad

en el proceso. Para ello se consideran tres procedimientos, posibles de aplicarlos en dicha

máquina.

a) Aplicando la programación manual

b) Aplicando sistemas CAD/CAM.

c) Aplicando creación de trayectorias de herramienta.

xi



TESIS DE MAESTRÍA

vi

JUSTIFICACIÓN

Los sistemas de manufactura, como el torno con Control Numérico Computacional,

presentan grandes ventajas en el maquinado de piezas, y a pesar de que han sido aceptados

por muchas empresas e instituciones educativas de muchos Países incluyendo a México, en

la ciudad de Poza Rica, son muy raros. Esto nos exige estar más capacitados e informados

de dichos avances tecnológicos. Por esta razón la programación de dichos sistemas de

manufactura resulta ser muy importante, esto permite la manufactura de diversos productos

de manera eficiente. Sin embargo, es necesario determinar los parámetros de fabricación de

acuerdo a los lotes de producto requerido.

En México, el grado de utilización de esta tecnología, es muy bajo, sobre todo en el

estado de Veracruz, se concentran en trabajos pequeños y de escaso valor; el resto de la

demanda: un volumen enorme, se comisiona, desarrolla e importa de Estados Unidos,

Canadá y otras regiones. Esto es una fuga de divisas, que podría detenerse si los

industriales e inversionistas mexicanos identificaran esta oportunidad de emplear CNC en

la industria, para que esta misma se fortalezca.

El capital que se gira en este renglón productivo y que se va a otros países podría

quedarse en México si se desarrollara la infraestructura necesaria. Es por ello que el

tecnológico de Poza Rica, en base a esta situación, ha visto la oportunidad de mercado en

este segmento industrial (zona petrolera), por lo que pretende abrir programas o talleres al

desarrollo, haciendo uso de la tecnología CNC y poder ofrecer consultoría, capacitación e

investigación.

El presente tema de tesis se justifica con el planteamiento de tres métodos para

generar la programación del torno didáctico con Control Numérico Computacional Boxford

250.

xii



TESIS DE MAESTRÍA

1

INTRODUCCIÓN

Las máquinas-herramienta juegan un rol fundamental en el desarrollo tecnológico del

mundo, hasta el punto que no es una exageración decir que la tasa del desarrollo de

máquinas-herramienta gobierna directamente el crecimiento industrial de cualquier país.

Los bienes de capital de todo tipo se lograron concebir y realizar mediante la

utilización de las máquinas-herramienta, pero no podían ser comercializados por no existir

los medios adecuados para su construcción industrial. Para lo que era necesario realizar

diversas operaciones tales como fresado, alisado, torneado y perforado, entre otros, con lo

cual se obtendría una gran eficiencia si estas máquinas-herramienta se encontraran

agrupadas, y mayor aún sería el impacto si todas estas operaciones se pudieran realizar en

una sola máquina.

Las mejoras introducidas por la aparición de las máquinas-herramienta y los nuevos

requisitos que se sumaban día a día, forzaron al reemplazo del operador-hombre. Así se

comenzó con la introducción del control numérico en los procesos de fabricación, impuesto

por varias razones:

Necesidad de maquinar productos que no se podían conseguir en cantidad y

calidad suficientes sin recurrir a la automatización del proceso de fabricación

Necesidad de obtener productos, hasta entonces imposibles o muy difíciles de

elaborar, por ser excesivamente complejos para ser controlados por un operador

humano

Necesidad de manufacturar productos a precios suficientemente bajos

El factor inicial predominante que condicionó toda automatización fue el aumento de

productividad. Posteriormente, debido a las nuevas necesidades de la industria aparecieron

otros aspectos no menos importantes como la precisión, la rapidez y la flexibilidad.

Finalmente, se redujeron los costos de desarrollo, adaptación, puesta en marcha, formación,

documentación y mantenimiento.

Con los sistemas de control, planificación y gestión de formación, hacen del control

numérico (CN), la base de apoyo a nuevas tecnologías de fabricación: el COM, fabricación



TESIS DE MAESTRÍA

2

flexible y el CIM, fabricación integrada por computadora, estas últimas por sus siglas en

inglés.

El presente trabajo tiene por objetivo la aplicación de la programación para

maquinado en un torno de control numérico Boxford 250. Para este efecto se seguirán

diversos procedimientos, todo esto con la finalidad de mostrar los alcances y ventajas de

cada uno de ellos. Es importante hacer notar que dicha programación se integrará con

programas de dibujo, con lo cual se hará uso de los recursos computacionales en el proceso

de fabricación.

Esta tesis se ha dividido en cuatro apartados. A continuación se presenta un análisis

resumido de los capítulos contenidos en ella.

En el capítulo uno, se establecen las generalidades de las máquinas-herramienta

convencionales, el principio de funcionamiento; así como los mecanismos que

intervienen en el movimiento principal y de avance, haciendo un enfoque

principalmente al torno tipo paralelo. También se habla sobre aspectos relacionados

con la manufactura, tal como herramientas y fluidos de corte, con este panorama se

plantea el caso de estudio.

En el capítulo dos, se presenta una definición de control numérico computacional,

las ventajas y limitaciones del mismo, así como sus unidades y modos de entrada.

Así mismo se plantea el procedimiento de programar el torno didáctico Boxford

250, para la aplicación de la metodología propuesta.

En el capítulo tres, se aplican los tres métodos de programar el torno didáctico

Boxford 250 con Control Numérico Computacional, para el mecanizado, en los

cuales se aplican: programación manual, programación mediante los programas

(Máster Cam auxiliado con Auto Cad) y creación de trayectorias.

En el capítulo cuatro, se realiza un análisis de los tres métodos de programación

anteriormente descritos, y una vez efectuada la evaluación de resultados obtenidos,

se tiene que el torno didáctico Boxford 250 se puede programar ventajosamente

mediante la aplicación del programa Máster Cam auxiliado con CAD, obteniendo

de esta manera un excelente resultado.

En cuanto a trabajos de tesis, que se han realizado en la Sección de Estudios de

Posgrado e Investigación de la ESIME, y que tiene relación con el presente trabajo de tesis,

se puede partir de las ideas establecidas por Villalobos, quién menciona que en el terreno de



TESIS DE MAESTRÍA

3

la Ingeniería Mecánica, existe la tendencia de utilizar métodos computacionales cada vez

más poderosos en el diseño y manufactura de bienes de consumo y de capital. Esto con el

fin de incrementar la productividad y tener mejores oportunidades en mercados cada vez

más competitivos [37].

Desde luego, una manera de crecer tecnológicamente, es mediante la extracción de

tecnología. Si bien es cierto que esta metodología involucra un proceso de conocimiento

heurístico, también el aspecto computacional en la manufactura es un ingrediente primordial

[38].

La utilización de robótica en la manufactura ha captado interés. A nivel doctoral, se

trabajó en el problema de que un brazo pudiese tomar dos objetos de una banda transportadora,

sin que regresara a su posición “cero” entre los eventos de sujetar cada objeto y sin cambiar el

efector final del brazo considerado. Para este efecto, se implementó un algoritmo de

recuperación de tiempos, el cual se complementaba con un sistema de reconocimiento de

imágenes. El control diseñado, coordinaba todos los sistemas involucrados [18].

También en este contexto, Merchán [27] propone el uso de manipuladores para procesos

automatizados de soldadura y pintura. Velázquez [36] se enfoca en la importancia del sistema de

control de los manipuladores. Asimismo, Ramírez [31] establece la importancia de un buen

diseño de los efectores finales en los brazos robóticos para eficientar las líneas de fabricación.

Berber [8] se enfoca en los grados de libertad de los manipuladores. En todos estos casos, la

programación y mecatrónica son aspectos protagónicos.

Asimismo, se ha trabajado en el análisis de procesos de manufactura sin arranque de

viruta. Para este efecto, Guerra [20] simuló el proceso de deformación plástica de geometrías

cilíndricas. Siguiendo esta misma línea, Campos [9] evalúa el proceso de conformado plástico

de una abrazadera para bicicleta. Para este efecto simula el proceso y compara con los

resultados que se obtienen en la manufactura de este componente.

Otro aspecto que se ha tocado es el diseño de herramental en procesos de manufactura sin

arranque de viruta. Esto ha sido hecho por Guerrero [21] y García [19]. En ambos casos, se ha

buscado optimizar la fabricación de las piezas involucradas.

En el terreno de los procesos de soldadura, se puede mencionar a los trabajos de

Aguilera [1] y Soto [34]. El primero hace una evaluación de las soldaduras empleadas en

las costuras de tubería de acero inoxidable empleada en partes automotrices. Mientras que

el segundo se enfoca en la automatización del proceso de soldadura en la fabricación de



TESIS DE MAESTRÍA

4

ademes para minas.

Mención especial se debe hacer el trabajo de Méndez [26], quién con un enfoque

numérico experimental se dio a la tarea de diseñar y fabricar un material compuesto.

Asimismo, otro terreno en el que se ha incursionado es en el de los tratamientos térmicos,

que básicamente están relacionados con endurecimientos superficiales. Como ejemplo de lo

anterior está el trabajo de Ayala [7], entre otros.

Dentro del terreno del Diseño Asistido por Computadora está el trabajo de Díaz [11],

quién lo aplica a optimización de la fabricación de bases para licuadora. Este autor ha

continuado esta línea y ha escrito obras relacionadas con Auto CAD. El material

bibliográfico relacionado es [12, 13,14].

Si bien es cierto que en diversas tesis de la SEPI-ESIME se ha tratado con diferentes

temas relacionado con la manufactura y los sistemas de cómputo, a la fecha no se ha tocado

a profundidad el tema de la Manufactura Asistida por Computadora. Esto es una de las

finalidades del presente trabajo. Es importante que este se complementa con la tesis que

actualmente se encuentra desarrollando Avendaño [6], quién trata este tema enfocado al

fresado modelos a escala.



TESIS DE MAESTRÍA

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CAPÍTULO 1 GENERALIDADES SOBRE MÁQUINAS-HERRAMIENTA

1.1 ENTORNO NACIONAL E INTERNACIONAL DE LA INDUSTRIA

METAL-MECÁNICA

La industria metalmecánica en México es un eje fundamental en la actividad

económica del país, de él se derivan un gran número de industrias que soportan en su

mayoría la actividad industrial en nuestro país (mineras, pesqueras, agroindustriales,

eléctrico-electrónico, siderúrgico, metalúrgico, petrolera y automotriz entre otras). Se está

tratando de utilizar la capacidad instalada ociosa de esta industria metal mecánica,

enfocando esfuerzos a la sustitución de importaciones y desarrollo de exportaciones.

Las empresas del sector metalmecánico están integradas por micro, pequeñas y

medianas industrias; de acuerdo a cifras de la Secretaría de Economía, en el año 2003 se

contabilizaron más de 24 mil establecimientos. Respecto a la participación del Producto

Interno Bruto (PIB), en el 2003, ésta fue de 2.9% y en lo que se refiera al PIB

manufacturero es de 13.6 por ciento [39].

En la República Mexicana, la industria metalmecánica se ubica en la mayoría de las

entidades federativas, resaltando por su importancia Chihuahua, Nuevo León, San Luís

Potosí, Estado de México, Durango, Querétaro, Hidalgo, Jalisco, Puebla y Tamaulipas,

donde se concentra más del 95% de las empresas del sector.

El esquema de producción de las empresas del sector metalmecánico ha evolucionado,

desde la elaboración de operaciones de procesos simples a sofisticados métodos de

manufactura, que pretende cubrir las necesidades del mercado norteamericano, además de

poseer la capacidad e infraestructura que las posibilitan para competir en el mercado

internacional.

En el 2003, el sector metalmecánico generó 1,300,000 empleos.

En este caso, existen oportunidades que se pueden capitalizar en fortalezas, como el hecho

de que grandes empresas del ramo metalmecánico de Estados Unidos amplíen sus

volúmenes de productos mexicanos competitivos.

Así mismo, hay que atender algunas debilidades, como la falta de experiencia exportadora,

altos costos de fletes y servicios, así como de insumos y materias primas, además de la

carencia de registro de marcas y patentes. Por otra parte, se tiene una acentuada

dependencia del mercado norteamericano y se observa el desplazamiento de la producción

nacional por productos de importación [39].



TESIS DE MAESTRÍA

6

Es por ello que los fabricantes deben conocer la utilidad y operación del Control

Numérico Computacional que brinda el área de manufactura.

1.2 CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS–HERRAMIENTA

CONVENCIONALES

El maquinado es en esencia, el proceso de remover el metal no deseado de barras,

piezas forjadas o piezas vaciadas para producir la forma y dimensión requeridas. El

maquinado se hace desprendiendo el metal en pequeños trozos, a los que se llama viruta,

usando herramientas de corte muy duras y maquinas- herramientas rígidas y potentes [29].

Existen diferentes tipos de máquinas-herramienta y a su vez cada tipo tiene una

subdivisión. En este caso, se hace una clasificación general, evitando se preste a

confusiones. Por lo consiguiente se divide a las máquinas-herramienta en tres grandes

grupos que son: las de taller, las de producción y las especiales. Cualquier tipo de

máquinas-herramienta se encuentra dentro de sus subdivisiones de los tres géneros antes

mencionados.

Máquinas-herramienta de taller. Este tipo usualmente se diseñan con elementos

de trabajo universal y dispositivos de sostén de herramienta, alimentaciones

manuales o automáticas y componentes móviles que permiten el posicionamiento

más fácil de la pieza de trabajo para un corte dado. La potencia disponible es

usualmente baja, debido al gran número de componentes móviles, produciendo

menor rigidez y limitando la profundidad de corte, debido a su mayor tendencia a la

vibración.

Máquinas-herramienta de producción. Se ha diseñado una gran cantidad de

máquinas estándar con la capacidad para realizar trabajo repetitivo de naturaleza, un

poco especializada o de alcance limitado, con mayor calidad de la que se espera

usualmente del equipo del taller de herramientas para trabajo múltiple. Tómese en

cuenta que las máquinas de producción tienen menos versatilidad, menos ajustes,

mayor rigidez, alta potencia y con frecuencia requieren de alimentación o

habilitación mayor que las máquinas-herramienta de taller, pero una vez que se ha

realizado la habilitación, producen trabajos a velocidades más rápidas.



TESIS DE MAESTRÍA

7

Máquinas-herramienta especiales. Estas presentan un grado de especialización

aún mayor para lograr disminuir el tiempo de operación, que varia desde aquellas

que son capaces de hacer determinadas operaciones con un tipo específico de

producto, a las que pueden maquinar solo una superficie de una pieza de trabajo

específico.

Fundamentalmente, las máquinas-herramienta ejecutan su función, proporcionando y

produciendo movimientos relativos controlados entre una o más piezas. El material, o bien

se quita, o se deforma en el proceso para producir la pieza a la forma deseada.

En la tabla 1.1 se muestra algunos de los diferentes tipos de máquinas-herramienta,

así como los movimientos relativos entre la pieza de trabajo y la herramienta de corte

utilizada.

Tabla 1.1 Tipos de máquinas-herramienta [4]

MÁQUINA MOVIMIENTO

DE CORTE

MOVIMIENTO

DE

ALIMENTACIÓN

TIPOS DE

OPERACIONES

Torno mecánico La pieza gira Herramienta y carro

Superficies

cilíndricas,

taladrado,

barrenado, careado

Barrenadora La herramienta gira Mesa

Taladrado,

barrenado, rimado,

careado.

Cepillo de mesa Mesa viajera Herramienta Superficies planas

Taladro La herramienta gira Herramienta

Taladrado,

barrenado,

refrentado y

roscado.

Cepillo de codo Herramienta viajera Mesa Superficies planas

Fresadora

horizontal La herramienta gira Mesa

Superficies planas,

dientes de engranes,

levas, taladrado,

barrenado, rimado y

refrentado.

Sierra Herramienta Herramienta y/o

pieza Corte



TESIS DE MAESTRÍA

8

Por herramienta se entiende a aquel instrumento que por su forma especial y por su

modo de empleo, modifica paulatinamente el aspecto de un cuerpo hasta conseguir el

objeto deseado, empleando el mínimo de tiempo y gastando la mínima energía.

Las cuchillas o puntas de herramienta que se emplean en el torno se hacen de uno de

los materiales básicos siguientes: acero de temple al agua y de alta velocidad, materiales no

ferrosos fundidos duros, carburos sinterizados (cementados), cerámicas y diamantes [17].

Las herramientas de corte están sometidas a: a) grandes esfuerzos localizados, b)

altas temperaturas, c) deslizamiento de la viruta por la cara de ataque y d) deslizamiento de

la herramienta por la superficie recién cortada. Estas condiciones inducen el desgaste de la

herramienta que, a su vez, afecta en forma negativa la vida de la herramienta, la calidad de

la superficie maquinada y su exactitud dimensional, y en consecuencia la economía de las

operaciones de corte.

1.3 IMPULSIÓN ELÉCTRICA

En todas las máquinas-herramienta se distinguen dos movimientos básicos:

1. Movimiento principal, cuya misión consiste en asegurar cierta velocidad de corte

del metal por la herramienta.

2. Movimiento de avance, que desplaza la herramienta (en tornos) o, en otros casos, la

pieza (en fresadoras, cepilladoras, etcétera).

Generalmente, el movimiento principal se realiza por medio de un motor eléctrico a

través de una caja de velocidades (cabezal fijo), y el movimiento de avance puede

conseguirse mediante un motor eléctrico individual o por medio de una transmisión

mecánica que emana de la caja de velocidades.

Además de los movimientos básicos citados, las máquinas-herramienta disponen de

un conjunto de movimientos auxiliares, tales como:

Movimiento de ajuste y desplazamiento de la herramienta.

Movimiento para control de maquinado.

Movimiento del sistema de lubricación.



TESIS DE MAESTRÍA

9

Movimiento para fijación de la pieza.

Movimiento para fijación de la herramienta.

Las máquinas-herramienta modernas se suministran conjuntamente con los

accionamientos eléctricos necesarios para el movimiento principal, de avance y auxiliares

de acuerdo con las exigencias del régimen de funcionamiento requerido (tipos de carga,

características de regulación, frecuencia de los arranques, etc.) y los factores energéticos

del accionamiento (factor de potencia, rendimiento, etc.), así como también el grado de

seguridad, facilidad de manejo, la comodidad de la puesta a punto, etc [4]. La potencia es

un parámetro muy importante y que está determinado por la impulsión eléctrica, ya que este

establece la capacidad de la máquina.

1.4 MECANISMOS QUE INTERVIENEN EN EL MOVIMIENTO

PRINCIPAL Y DE AVANCE

Existen diferentes órganos dentro de las máquinas-herramienta, los cuales, por su

desempeño, son considerados dentro de los elementos más importantes. Estos reciben el

nombre de mecanismos, conceptuandolos como el conjunto de piezas o partes que tienen la

función de realizar, variar o controlar un movimiento, o bien, modificar sus características.

Los mecanismos que transforman un movimiento son variados y se utilizan para cambiar de

un tipo de movimiento a otro. La tabla 1.2 muestra una clasificación más específica.



TESIS DE MAESTRÍA

10

Figura 1.2 Mecanismos de transformación [4]

1.5 MODOS DE CONTROL

Dentro de los elementos básicos de las máquinas-herramienta, se tiene al método de

control, el cual tiene el mismo valor en importancia que cualquiera de los otros elementos

antes mencionados, ya que existe una interacción entre cada uno de éstos.

Una máquina-herramienta tiene diferentes tipos de controles. Así se puede encontrar

controles eléctricos para arranque y paro; controles selectivos de opción múltiple, usados

para el cambio de velocidades, avances o alguna opción especial. Normalmente, las

velocidades se modifican, ya sea por bandas y poleas, por medio de engranes y palancas, o

MECANISMO

TIPO DE

MOVIMIENTO

TRANSFORMACIÓN

DEL MOVIMIENTO

APLICACIONES

Par tornillo-tuerca

Rectilíneo a

velocidad

constante

De rotativo a rectilíneo

Para imprimir los

movimientos de

avance en torno,

fresadoras, etc.

Par piñón-

cremallera

Rectilíneo a

velocidad

constante


Movimiento de

avance de árbol del

taladro y del carro

longitudinal en el

torno, etc.

Par tornillo sin

fin-cremallera

Rectilíneo a

velocidad

constante


Movimiento de

avance en carros,

mesas, etc.

Biela-manivela

Rectilíneo

alternativo


alternativo

Movimiento de

avance de los

cepillos, etc.

Manivela-colisa

oscilante

Rectilíneo

alternativo


alternativo

Movimiento de

corte del cepillo de

codo, etc.

Leva

Rectilíneo

alternativo


alternativo

Movimiento de

avance de la

rectificadora, etc.



TESIS DE MAESTRÍA

11

bien, eléctricamente, en el caso de contar con una máquina con motor de velocidad

variable.

Debido a que en este trabajo se menciona sobre maquinado de piezas, para el caso de

este punto en particular, se indican los métodos de control de avance o alimentación para

las máquinas-herramientas de producción.

Control manual. Pocas máquinas de producción se controlan manualmente, aunque

en algunas se hace para propósitos generales. A las máquinas que poseen

alimentación manual, se les conoce como máquinas sensitivas.

Control mecánico. Las máquinas de control mecánico son ajustadas para controlar

mecánicamente la operación de comienzo a final, utilizando algún dispositivo

mecánico.

Control mecánico por levas. En las máquinas que usan control de levas

semiautomáticas, cada operación sucesiva en el ciclo comienza cuando la otra

termina. Las levas usualmente accionan cambios de velocidades, alimentaciones y

avances de corte de la herramienta.

Control eléctrico. En lo que se refiere al control para el movimiento de avance en

las máquinas-herramienta, se realiza en algunas de ellas por medio de un motor

eléctrico, independiente que, normalmente está conectado a una caja de velocidades,

para proporcionar una gama amplia de velocidad. El control eléctrico para el

sistema de avance es auxiliado por elementos de mando y de maniobra, tales como:

contactores, interruptores, conmutadores, relevadores, resistencias de regulación y

de arranque, interruptores de fin de carrera, pulsadores de marcha y par,

posicionadores, etcétera. Los motores más empleados para el accionamiento de las

máquinas-herramienta son: motores trifásicos asíncronos con rotor en corto circuito

y motores trifásicos asíncronos con rotor bobinado [2].

Control electrónico. Se utiliza cuando se requieren velocidades variables y

reguladas en una amplia gama, con precisión y rapidez, pues éste permite

suministrar y absorber elevados pares mecánicos en los dos sentidos de giro. El

control de velocidad de estos motores se realiza por variación de la tensión de

alimentación, pudiéndose alcanzar gamas de velocidad entre 1 y 3000 rpm.



TESIS DE MAESTRÍA

12

Control neumático. Es utilizado para movimientos en dispositivos bajo fuerzas

de carga extrema, únicamente cuando la presión considerada es baja. También es

utilizado en elementos de aproximación [4].

1.6 EL TORNO

A una pieza de trabajo en revolución la pone en contacto con una herramienta que se

mueve ya sea transversal o longitudinalmente con respecto al eje de la pieza [23].

De esta forma el torno mecánico es una máquina-herramienta para mecanizar piezas

por revolución, arrancando material en forma de viruta mediante una herramienta de corte.

Esta será apropiada al material a mecanizar y puede estar hecha de acero al carbono, acero

rápido, acero rápido al cobalto, cerámica, diamante, etc., aunque siempre será más dura y

resistente que el material mecanizado.

El torno puede realizar operaciones de cilindrado, mandrinado, roscado, refrentado,

ranurado, taladrado, escariado, moleteado, cilindrado en línea, etc., mediante diferentes

tipos de herramientas y útiles intercambiables con formas variadas según la operación de

conformado que realiza.

http://es.wikipedia.org/wiki/Máquina-herramienta

http://es.wikipedia.org/wiki/Mecanizado

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Acero_al_carbono&action=edit

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero_rápido



http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Acero_r%C3%A1pido_al_cobalto&action=edit

http://es.wikipedia.org/wiki/Cerámica

http://es.wikipedia.org/wiki/Diamante

http://es.wikipedia.org/wiki/Cilindrado

http://es.wikipedia.org/wiki/Refrentado

http://es.wikipedia.org/wiki/Taladrado



TESIS DE MAESTRÍA

13

1.6.1 TIPOS DE TORNO Existen varios tipos de tornos y a su vez cada tipo tiene una subdivisión, los cuales

pueden ser:

a) Tornos de no-producción:

Torno paralelo: es el más común y tiene los componentes básicos y puede

efectuar las operaciones ya descritas.

Torno rápido: se utiliza principalmente para operaciones de torneado rápido

de metales, para madera y para pulimento.

Torno para taller mecánico: se utiliza para hacer herramientas, matrices o

piezas de precisión para maquinaria.

b) Tornos de semiproducción:

Tornos copiadores: es un torno paralelo con un aditamento copiador. Copia

el movimiento de las herramientas de corte.

Torno revólver: cuenta con una unidad de alineación para herramientas

múltiples, en lugar de la contrapunta. Tiene diferentes posiciones y puede

ser horizontal o vertical.

Horizontal: se clasifica en ariete o de portaherramientas. Los arietes tienen

torreta para herramienta múltiple montado en el carro superior, el cual es

adecuado para materiales gruesos que necesitan mucho tiempo para tornear

o perforar.

Vertical: pueden operar en forma automática, se alinean con la pieza de

trabajo con un mecanismo o con control numérico. El revólver vertical es de

dos tipos básicos: estación individual y múltiple. Estos últimos tienen

husillos múltiples que se vuelven a alinear después de cada accionamiento.

c) Tornos de producción:

Tornos de mandril automático o tornos al aire: Son similares a los tornos

tipo revólver de ariete o carro superior, excepto que la correa está montada

verticalmente. No tiene contrapunta y el movimiento para el avance se aplica

en la torreta. En estos tornos se utilizan una serie de pasadores y bloques de

disparos para controlar las operaciones.



TESIS DE MAESTRÍA

14

Tornos automáticos para roscar: Son automáticos, incluso la alimentación al

sujetador del material de trabajo. Se controlan con una serie de excéntricas

que regulan el ciclo. Son del tipo de husillo individual o múltiple. Los de

husillo individual son similares a un torno revólver excepto por la posición

de la torreta. Los tornos suizos para roscar difieren de los demás en el que el

cabezal produce el avance de la pieza de trabajo. Estos también tienen un

mecanismo de excéntricas para el avance de la herramienta. Estas mueven a

la herramienta de corte que está soportada verticalmente, hacia adentro y

hacia afuera, mientras la pieza de trabajo pasa frente a la herramienta. Los

tornos para roscar con husillos múltiples tienen de cuatro a ocho husillos que

se alinean a diversas posiciones. Cuando se alinean los husillos, efectúan

diversas operaciones en la pieza de trabajo. Al final de una revolución, se

termina la pieza de trabajo.

d) Torno con Control Numérico Computacional (CNC):

El torno CNC es un tipo de torno operado mediante control numérico por

computadora. Se caracteriza por ser una máquina herramienta muy eficaz para mecanizar

piezas de revolución. Ofrece una gran capacidad de producción y precisión en el

mecanizado, por su estructura funcional y porque los valores tecnológicos del mecanizado

están guiados por el ordenador que lleva incorporado, el cual procesa las instrucciones de

ejecución contenidas en un programa que previamente ha confeccionado un programador

conocedor de la tecnología de mecanizado en torno. Es una máquina ideal para el trabajo en

serie y mecanizado de piezas complejas [15].

http://es.wikipedia.org/wiki/Control_numérico_por_computadora



http://es.wikipedia.org/wiki/Máquina_herramienta

http://es.wikipedia.org/wiki/Ordenador

http://es.wikipedia.org/wiki/Programador



TESIS DE MAESTRÍA

15

1.6.2 PARTES PRINCIPALES DE UN TORNO CONVENCIONAL

Las partes principales de un torno paralelo convencional son las siguientes:

Figura 1.1 Partes principales del torno paralelo [40].

a) Bancada: Sirve de soporte para las otras unidades del torno. En su parte superior

lleva unas guías por las que se desplaza el cabezal móvil o contrapunto y el carro

principal.

b) Selector de velocidad: Para lograr una variación de velocidades, mayor que las

limitadas por los mecanismos anteriores, se emplean en algunos tornos variadores

de velocidad mecánicos o hidráulicos.

c) Contra cabezal o cabezal móvil: A veces llamado impropiamente contrapunto,

consta de dos piezas de fundición, de las cuales una se desliza sobre la bancada y la

otra puede moverse transversalmente sobre la primera, mediante uno o dos tornillos.

Ambas pueden fijarse en cualquier punto de la bancada mediante una tuerca y un

tornillo de cabeza de grandes dimensiones que se desliza por la parte inferior de la

bancada. La superior tiene un agujero cilíndrico perfectamente paralelo a la bancada

y a igual altura que el eje del cabezal.



TESIS DE MAESTRÍA

16

d) Carro transversal: El carro principal lleva una guía perpendicular a los de la bancada

y sobre ella se desliza el carro transversal. Puede moverse a mano, para dar la

profundidad de pasada o acercar la herramienta a la pieza, o bien se puede mover

automáticamente para refrentar con el mecanismo ya explicado. Para saber el giro

que se da al husillo y, con ello, apreciar el desplazamiento del carro transversal y la

profundidad de la pasada, lleva el husillo junto al volante de accionamiento un

tambor graduado que puede girar poco o fijarse en una posición determinada

e) Carros portaherramientas: Consta del carro principal, que produce los movimientos

de avance y profundidad de pasada, el carro transversal, que se desliza

transversalmente sobre el carro principal, y el carro superior orientable, formado a

su vez por tres piezas: la base, el carro transversal y el portaherramientas. Su base

está apoyada sobre una plataforma giratoria para orientarlo en cualquier dirección.

f) Cabezal fijo: Contiene los engranajes o poleas que impulsan la pieza de trabajo y las

unidades de avance. Incluye el motor, el husillo, el selector de velocidad, el selector

de unidad de avance y el selector de sentido de avance. Además, sirve para soporte

y rotación de la pieza de trabajo que se apoya en el husillo.

g) Portaherramientas: En ellos se ubican las herramientas de corte en distintas

posiciones.

1.7 TRABAJOS QUE SE REALIZAN CON EL TORNO PARALELO

Es el más utilizado, gracias a la universalidad de sus movimientos. Los trabajos

característicos que se realizan en el torno paralelo son:

Cilindrado exterior: Es una operación para dar forma y dimensiones a la superficie

lateral de un cilindro recto de revolución. Se emplea siempre la herramienta

adecuada, recta o curvada, de acuerdo con la operación de desbaste o de acabado.

La posición debe ser correcta para que se pueda realizar toda la longitud de la

pasada sin interrupciones. Hay que asegurarse de que no estorban: el perro, las

garras del plato, la contrapunta, las lunetas, etc. Así como en el desbaste, lo

fundamental no es ni la rugosidad, ni la precisión, sino el rendimiento en la

cantidad de viruta cortada. Por otra parte, el acabado dentro de las limitaciones del

torno, lo fundamental es la precisión en las medidas y la rugosidad, que deben ser

pedidas en los dibujos de taller. Se realiza maniobrando de igual modo que en el

cilindrado de desbaste, pero variando los elementos de corte, como son la

velocidad, el avance y la profundidad de pasada, así como la herramienta.



TESIS DE MAESTRÍA

17

Refrentado: Se llama así a la realización de superficies planas en el torno. Este

puede ser completo, en toda la superficie libre, o parcial, en superficies limitadas.

También existe el refrentado interior.

Torneado de conos exteriores: En líneas generales, es muy parecido al torneado de

cilindros. Pero presenta algunas peculiaridades.

1.8 PRINCIPIO DE OPERACIÓN DE LAS MÁQUINAS-HERRAMIENTA

CONVENCIONALES

El principio de operación de las máquinas-herramienta convencionales está

íntimamente relacionado con la ingeniería de manufactura (planeación) y la habilidad

práctica del operario. Dependiendo directamente de esta última, el nivel de producción

alcanzado en un día, una semana o durante un tiempo predeterminado. Por lo tanto, se

puede citar que los puntos básicos en los que se fundamenta su principio de operación son

los siguientes [23]:

1. El operario estudia y analiza el plano elaborado por ingeniería de manufactura.

2. Determina el tipo de herramienta posible a utilizar para producir los diferentes

contornos o especificaciones de la pieza requeridos.

3. Delimita la secuencia de operaciones para producir la forma especificada.

4. Precisa el tipo de sujeción adecuada de la pieza o herramienta, según sea el caso, en

función de la secuencia de operaciones antes mencionada.

5. El operario determinará las diferentes velocidades, avances y profundidad de corte,

dependiendo del tipo de operación que se realice (desbaste o acabado), del tipo del

material que se maquine y de la clase de herramienta utilizada.

6. Medición o verificación de las dimensiones de la pieza en función del tipo de

operación ejecutada.

7. Cambio de sujeción de la pieza, herramienta, velocidades, avances y profundidad de

corte en caso de requerirse, para maquinar otra cara de la pieza.

8. En el caso de producir una pieza con más de una cara para maquinar, se repite la

secuencia a partir del punto 4, en caso contrario se continúa con el siguiente paso.

9. Medición o verificación final de las dimensiones requeridas.



TESIS DE MAESTRÍA

18

1.8.1 HERRAMIENTAS DE CORTE

Las herramientas de corte deben poseer ciertas características específicas, entre las

que destacan: resistencia mecánica, dureza, tenacidad, resistencia al impacto, resistencia al

desgaste y resistencia a la temperatura.

La selección de la herramienta de corte va a depender de la operación a realizar, el

material de la pieza, las propiedades de la máquina, la terminación superficial que se desee,

etc.

Para cumplir con cada uno de estos requerimientos han surgido herramientas

formadas por diferentes aleaciones. Los materiales para las herramientas de corte incluyen

aceros al carbono, aceros de mediana aleación, aceros de mediana aleación, aceros de alta

velocidad, aleaciones fundidas, carburos cementados, cerámicas u óxidos y diamantes.

Las herramientas de diamante, como los insertos de cerámica, no son de alta

velocidad de corte, pero pueden producir acabados excepcionalmente finos y mantener

tolerancias muy estrechas [29].

1.8.2 FLUIDOS DE CORTE

Los fluidos de corte son líquidos que se utilizan durante el mecanizado, aplicándose

en la zona de formación de viruta, para mejorar las condiciones de corte en comparación

con un corte seco. Estas mejoras van en pos de enfriar la herramienta, la pieza y la viruta,

lubricar y reducir la fricción, minimizar la posibilidad de crear cantos indeseables en la

herramienta, arrasar con la viruta y proteger la pieza de la corrosión. Existen tres tipos:

Enfriadores y lubricantes, sobre una base de petróleo mineral

Aceite y agua, que enfrían por tener una gran capacidad de transferir calor

Aceites puros, que lubrican solamente, para mecanizados de baja velocidad

El acceso del fluido a la cara de ataque es difícil, especialmente a velocidades

elevadas de corte. Sin embargo, el fluido entra a la zona de deslizamiento, y un poco se

puede filtrar desde los lados de la viruta. Los efectos atribuibles a la lubricación

frecuentemente pueden observarse, especialmente cuando el contacto con la herramienta de



TESIS DE MAESTRÍA

19

corte es intermitente. En el corte a baja velocidad con fricción deslizante, la fricción en la

cara de ataque se reduce, por lo tanto, el ángulo de corte se incrementa, la viruta se hace

más delgada, se curva más agudamente y el consumo de la potencia baja [33].

1.8.3 VENTAJAS DE LOS ENFRIADORES

La aplicación de los enfriadores presenta las siguientes ventajas en el proceso del

maquinado:

1. Aumentan la vida de la herramienta, bajando la temperatura en la región del filo

principal

2. Facilitan el manejo de la pieza terminada

3. Disminuyen la torsión térmica causada por los gradientes de temperatura producidos

durante el mecanizado

4. Realizan una labor de limpieza por arrastre, al ayudar a remover las virutas de la

región de corte.



TESIS DE MAESTRÍA

20

1.9 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la actualidad, el uso de máquinas-herramienta con control numérico

computacional se va incrementando. Sin embargo, se debe tener una idea clara con que

volúmenes de producción es adecuado utilizarlas.

Esta tarea se facilita cuando la manufactura asistida por computadora, se utiliza con

programas de diseño asistido por computadora. De aquí que los operarios deben tener una

idea clara sobre el alcance que pueda tener los trabajos realizados cuando se emplean

diversos programas de CAD en sistemas CAM.

Así mismo, las máquinas con control numérico tienen flexibilidad y es posible

maquinar una pieza de diversas formas. Esta situación se presenta en el torno didáctico con

CNC Boxford 250, este está disponible en las instalaciones del laboratorio del Instituto

Tecnológico Superior de Poza Rica. Según análisis preliminares, una pieza se puede

fabricar mediante tres métodos:

Mediante la programación manual de la máquina

Empleando programas CAD con CAM

Generando la trayectoria de la herramienta

Para este efecto es necesario evaluar las ventajas y limitaciones de cada

procedimiento. En este sentido, se maquinará una probeta para un ensayo a tensión y se

realizarán las evaluaciones requeridas, para conocer los beneficios que nos ofrece sobre

esta herramienta que existe actualmente, ya que no solamente es una tecnología mucho más

avanzada, sino que también provee características que expanden su potencia y eficiencia

con respecto a las aplicaciones que compiten en este mercado.

Se está planteando el maquinar la pieza mostrada en la figura 3.3 utilizando los

códigos G y M, esta incluye las operaciones de torneado más comunes y se puede hacer de

acuerdo al torno Boxford 250. Esta es de aluminio y es una pieza que tiene demanda en los

cursos de ensayo de materiales del Instituto Tecnológico Superior de Poza Rica.



TESIS DE MAESTRÍA

21

CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DEL CONTROL NUMÉRICO

COMPUTACIONAL APLICADO A MANUFACTURA

2.1 INTRODUCCIÓN AL CONTROL NUMÉRICO COMPUTACIONAL (CNC)

El acrónimo CNC significa Control Numérico por Computadora, y se refiere al

control de máquinas-herramienta por medio de computadoras, con el propósito de fabricar

partes complejas en metal y otros materiales, usualmente de forma repetitiva, empleando un

programa escrito en una notación conocida como Código G.

Los primeros estudios sobre tecnología CNC se hicieron en máquinas-herramienta de

Control Numérico (NC, por sus siglas en inglés) desarrolladas justo después de la segunda

guerra mundial. Las máquinas NC operaban automáticamente con números que se les

proporcionaban, usualmente a través de tarjetas perforadas. Hicieron posible por primera

vez la fabricación de objetos de manera precisa repetidamente. Fue en la década de los

60´s que la maquinaria NC dio lugar a la maquinaria CNC; las primeras investigaciones en

este sentido fueron llevadas a cabo en el Laboratorio de Servomecanismos del Instituto

Tecnológico de Massachussets

Existen diferentes tipos de máquinas-herramienta que pueden ser controladas por

medio de CNC, tales como taladros, cortadoras de plasma, tornos, fresadoras, centros de

maquinado y ruteadores (pantógrafos). La introducción de la tecnología CNC cambió

radicalmente la industria de la manufactura debido a que las curvas son tan fáciles de

producir como una línea recta, se pueden inclusive fabricar ciertas formas tridimensionales

y el número de pasos del proceso de maquinado, en los que se requiere de intervención

humana, se redujeron drásticamente.

Al incrementarse el grado de automatización en los procesos de manufactura con el

maquinado CNC, se pueden alcanzar grandes mejoras en la uniformidad y la calidad de los

productos. Así mismo, se eliminan los errores humanos, al mismo tiempo que los

operadores de la maquinaria pueden atender más tareas al mismo tiempo. Más aún, la

automatización CNC provee mayor flexibilidad de manufactura, pues el tiempo necesario

para modificar el programa de la máquina es bastante reducido, lo cual permite la

fabricación de diferentes piezas con un mismo equipo [24].



TESIS DE MAESTRÍA

22

2.2 ANTECEDENTES DEL CONTROL NUMÉRICO COMPUTACIONAL

Las máquinas primitivas, en sus comienzos, dependían enteramente del control

manual de cada función. Con frecuencia, se basaban de los músculos del hombre para hacer

funcionar el mecanismo de movimiento, así como para hacer avanzar la herramienta. Uno

de los primeros modelos de tornos es aquel que utilizaba un pedal para el suministro de la

fuerza, dejando libres las manos del operario para hacer funcionar, detener y operar los

avances longitudinales y transversales, y otras funciones.

En 1947 John Parsons empezó a experimentar con la idea de generar los datos de las

posiciones XY de las curvas y usarlos para controlar los movimientos de las máquinas

herramientas. Posteriormente, en 1949, se otorgó un contrato a la Parsons Corporation para

encontrar un método de rápida producción.

En 1952, el MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) demostró exitosamente un

modelo de máquina con control numérico. La máquina produjo exitosamente partes con

movimientos simultáneos en los ejes para el movimiento de las herramientas de corte. El

MIT introdujo el término "control numérico"

En 1955, los modelos comerciales de las máquinas de CN se exhibieron ante el

público.y, en 1957 el CN es aceptado por la industria, instalándose muchas de éstas

máquinas [23].

Hoy día el Control Numérico Computacional es una herramienta imprescindible en

la industria metal mecánica, sobre todo en las encargadas de manufacturar productos desde

los básicos elementales hasta los más complejos.



TESIS DE MAESTRÍA

23

2.3 DEFINICIÓN DEL CONTROL NUMÉRICO COMPUTACIONAL.

Un torno CNC es una máquina altamente automatizada capaz de realizar múltiples

operaciones de maquinado con la mínima intervención humana. Las siguientes

características hacen a los tornos con CNC, una máquina productiva y diferente a los tornos

convencionales: Cambio automático de la herramienta, la capacidad de maquinado de

herramientas de corte [32].

El control numérico computacional se puede definir de una forma genérica como un

dispositivo de automatización de una máquina que, mediante una serie de instrucciones

codificadas (el programa), controla su funcionamiento.

Cada programa establece un determinado proceso a realizar por la máquina, con lo

que una misma máquina puede efectuar automáticamente procesos distintos sin más que

sustituir su programa de trabajo. Permite, por tanto, una elevada flexibilidad de

funcionamiento con respecto a las máquinas automáticas convencionales, en las que los

automatismos se conseguían mediante sistemas mecánicos o eléctricos complejos y a veces

casi imposible de modificar. Los elementos básicos del control numérico son:

El programa, que contiene toda la información de las acciones a ejecutar.

El control numérico, que interpreta estas instrucciones, las convierte en las señales

correspondientes para los órganos de accionamiento de la máquina y comprueba los

resultados.

La máquina que ejecuta las operaciones previstas.

A medida que el desarrollo de la electrónica y la informática se aplica a los

controladores numéricos, se potencian extraordinariamente las funciones que permiten

desarrollar, simplificándolos a la vez, los procedimientos de programación y operación de

las máquinas. Los CNC que se construyen hoy día, sólo conservan, de los primitivos NC,

los principios básicos de funcionamiento.



TESIS DE MAESTRÍA

24

2.4 PROGRAMA DEL CONTROL NUMÉRICO COMPUTACIONAL

Un programa de control numérico computacional consiste en una secuencia de

instrucciones que hace que la máquina efectúe cierta operación; el proceso más común es

el de maquinado. La programación del control numérico se puede hacer en un departamento

interno de programación, en el taller, o puede comprarse al exterior.

El programa contiene instrucciones y comandos. Las instrucciones geométricas se

refieren a movimientos relativos entre la herramienta y la pieza. Las instrucciones de

procesamiento se refieren a velocidades de husillo, avances, herramientas de corte, fluidos

de corte, etcétera. Las instrucciones de recorrido se refieren al tipo de interpolación y la

velocidad del movimiento de la herramienta o la mesa. Las instrucciones de conmutación se

refieren a la posición de encendido o apagado para el flujo del enfriador, la dirección o la

suspensión de la rotación del husillo, los cambios de herramienta, el avance de la pieza, la

sujeción, etcétera.

La programación manual de la pieza consiste en calcular primero las relaciones

dimensionales de la herramienta, la pieza y la mesa, con base en planos técnicos de la parte.

Las operaciones de manufactura que se harán y su orden. Se prepara entonces una hoja de

programa, donde se detalla la información necesaria para efectuar la operación particular.

La programación manual la puede hacer alguien que conozca el proceso particular de

manufactura, y que pueda comprender, leer y cambiar los programas de la parte. Como ya

están familiarizados con las posibilidades de las máquinas- herramienta y del proceso, los

mecánicos especializados (con algo de adiestramiento en programación), también puede

hacer la programación normal. Sin embargo, el trabajo que hay que hacer suele ser tedioso,

tardado y no económico; en consecuencia, la programación manual se usa principalmente

en algunas aplicaciones de punto a punto [28].

La programación de pieza asistida por computadora implica usar lenguajes de

programación simbólicos, que determinan las coordenadas de puntos como esquinas,

bordes y superficies de la pieza. Un lenguaje de programación es un método para

comunicarse con la computadora; implica usar caracteres simbólicos. El programador

describe, en este lenguaje, el componente que se va a procesar, y la computadora convierte

esa descripción en comandos para la máquina de control numérico.



TESIS DE MAESTRÍA

25

Existen varios lenguajes disponibles en el mercado, tienen diversas propiedades y

aplicaciones. El primero que usó declaraciones parecidas al inglés (llamado APT, de

Automatically Programmed Tools, herramientas programadas en forma automática) se

desarrolló a finales de la década de 1950. Este lenguaje, en sus diversas formas ampliadas,

sigue siendo el más usado para programación de punto a punto y de trayectoria continua.

Hoy, las piezas complicadas se maquinan con programas de maquinado con base en

gráficas y dibujos asistidos por computadora. Se crea una trayectoria de herramienta en un

ambiente principalmente gráfico, parecido a un programa CAD. El programa o código de la

máquina (Código G) se crea en forma automática.

Antes de iniciar la producción se deben verificar los programas, viendo una

simulación del proceso en una pantalla, o fabricando la pieza con un material poco costoso

(como aluminio, cera o plástico), y no con el material real especificado para la pieza

terminada.

2.5 SISTEMAS DE UNIDADES Y MODOS DE ENTRADA

Los Sistemas de Unidades son las unidades de medición que se usan en un programa

CNC. Todas las máquinas entienden las unidades Métricas (milímetros, mm) y las inglesas

(pulgadas, "). Hay que indicarle a la máquina CNC que unidades se están utilizando.

Algunas máquinas vienen ajustadas de fábrica a pulgadas o a milímetros. Normalmente, al

inicio de un programa CNC se ve; G70 especifica pulgadas y G71 especifica milímetros.

Los Modos de Entrada se refieren al tipo de información coordenada que se ingresa

al programa de la máquina CNC. Existen dos tipos, los cuales son:

Entrada Absoluta, diseñada para el código G90, especifica la distancia desde el

origen o punto cero del programa. El modo Absoluto es el más común.

Entrada Incremental, designada por el código G91, especifica las distancias y

direcciones usando el punto previo como un origen. La entrada incremental a veces

se denomina punto-a-punto. Todos los sistemas CNC pueden conmutar ilimitadas

veces en un programa desde el modo absoluto al incremental y viceversa [30].



TESIS DE MAESTRÍA

26

2.5.1 SISTEMA DEL PROGRAMA

Este tiene como objetivo fundamental tomar la información suministrada por un

programa de diseño gráfico, filtrarla y convertirla en ordenes de movimiento relativo, que

se suministran al microcontrolador. El uso generalizado de sistemas CAD, ha llevado a

perfeccionamientos importantes en la generación de programas CNC. El ordenador conoce

la geometría que el diseñador ha definido, es decir, las dimensiones de un dibujo están ahí

para beneficio del hombre; son repetitivas en lo que se refiere a la computadora, lo que se

significa que la geometría se puede transferir al programa CAM que ajusta las medidas

producidas por el diseñador a fin de obtener un nuevo conjunto de geometría, y definir la

trayectoria del cortador necesaria para producir la pieza.

2.5.2 CÓDIGO DE CONTROL NUMÉRICO COMPUTACIONAL

El método tradicional de programación de las máquinas-herramienta se apoya en

códigos estandarizados en forma de instrucciones de máquina (ver tabla 2.1).

Desafortunadamente, los fabricantes de máquinas-herramienta no han acordado una norma

universal para el lenguaje de la máquina (la G y M codificadas, etc.), y esto causa muchos

problemas en el piso del taller de la fábrica; no se puede por ejemplo, transferir programas

que contengan controladores de diferentes marcas. Los sistemas CAD tienen sus propios

formatos individuales, y el International Graphic Exchange Estandar (IGES) se ha

establecido para hacer posible que las empresas intercambien información del CAD en

diferentes sistemas. Una versión abreviada y de aceptación generalizada de éste se utiliza

en el Auto CAD, el formato DXF (Archivo de Intercambio de Dibujo), y la mayor parte de

los sistemas CAM aceptarán un archivo DXF o IGES como entrada [35].



TESIS DE MAESTRÍA

27

Códigos de Programación

N Número de Secuencia

G Funciones Preparatorias

X Comando del Eje X

Y Comando del Eje Y

Z Comando del Eje Z

R Radio desde el Centro Especificado

A Ángulo contra los punteros del reloj desde el vector +X

I Desplazamiento del Centro del Arco del Eje X

J Desplazamiento del Centro del Arco del Eje Y

K Desplazamiento del Centro del Arco del Eje Z

F Tasa de Alimentación

S Velocidad de Giro

T Número de la Herramienta

M Función Miscelánea Tabla 2.1 Descripción del código de letras [40].

El modo de dar órdenes a la máquina para que los ejecute tiene ciertas características

que se debe cumplir. De esta forma la máquina ejecuta las ordenes (operaciones) de otra

manera, por lo que cada orden tiene una estructura definid. A cada orden le denominamos

block o bloque de programa.

De manera general, cada block tiene la siguiente estructura:

a) Número de operaciones

b) Código de orden de configuración

c) Puntos coordenados o coordenadas

d) Parámetros complementarios

El modo básico de comunicarse con la máquina herramienta es a través de los

elementos que forman la estructura de un block de instrucciones, en donde cada uno de los

caracteres alfanuméricos tiene un significado y una representación propia.

http://www.monografias.com/trabajos10/carso/carso.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTRO

http://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTRO

http://www.monografias.com/trabajos12/eticaplic/eticaplic.shtml



TESIS DE MAESTRÍA

28

2.6 NÚMEROS DE SECUENCIA

El Número de Secuencia, también llamado código N, es el número de identificación

del bloque (línea) en un programa CNC. La palabra de código común utilizada comienza

con N, y es el primer código en un bloque.

Muchos CNC no requieren el uso de códigos N, lo cual ayuda a liberar memoria. Sus

principales beneficios son el que permiten la búsqueda fácil en programas largos y la

capacidad de volver a hacer partir un programa en casi cualquier número de línea.

Usualmente, el programador saltará N números entre bloques para dejar espacio para

insertar posteriormente bloques olvidados o adicionales. Por ejemplo N5, N10, N15, etc.

2.7 LOS GRUPOS G Y M

El torno Boxford 250 funciona mediante la ejecución de órdenes de desplazamiento

y de condiciones de entorno. Las órdenes de desplazamiento corresponden a las funciones

G, que tienen relación directa con los movimientos de la herramienta, así como con el

desbastado de la pieza de trabajo. Por su parte, las funciones M entregan las condiciones en

que se trabajará (con o sin lubricante, sentido de giro del husillo, etc.). Para la ejecución de

un programa cualquiera deben activarse varias funciones G y M, las cuales se dividen en

grupos, según el tipo de acción que representen. Las instrucciones de programación utilizan

estos tipos principales de comandos para activar máquinas:

1. Los códigos G, son códigos de control de movimiento, por ejemplo: G0 quiere

decir “moverse a toda velocidad”; G01 es “moverse a velocidad controlada”;

G02 es “moverse en un arco en sentido de las manecillas del reloj”.

2. Los códigos M, son códigos complementarios de control, por ejemplo: M00

quiere decir “parar programa aquí”; M02 es “fin de programa”; M03 es “girar

husillo en sentido de las manecillas del reloj”.

3. Las instrucciones particulares se especifican mediante letras de identificación,

por ejemplo: X200.0 quiere decir “coordenada X 200 mm”; F150 es “avance a

150 mm por minuto”, S2000 es “husillo 2000 revoluciones por minuto”.

Estas funciones se presentan en anexos A y B.



TESIS DE MAESTRÍA

29

2.8 FUNCIONES PREPARATORIAS

Las Funciones Preparatorias son los códigos G. Estos son indicados por la letra G y

un número de 2 dígitos. Estos códigos son las funciones más importantes en programación

CNC debido a que dirigen el sistema para el procesamiento de los datos de coordenadas en

una manera particular. Algunos ejemplos son: transversal rápido, interpolación circular,

interpolación lineal, y taladrado. Los códigos G usados comúnmente: G00, G01, G02, G03

2.9 VENTAJAS Y LIMITACIONES DEL CONTROL NUMÉRICO

El control numérico tiene las siguientes ventajas sobre los métodos convencionales

de control de máquinas herramientas:

1. Mejora la flexibilidad de operación, así como la capacidad de producir formas

complicadas con buena precisión dimensional, repetibilidad, menor pérdida por

defectos, grandes tasas de producción, alta productividad y alta calidad de los

productos.

2. Se reducen los costos de herramientas, porque no se requieren plantillas ni

diversos soportes.

3. Son fáciles de hacer los ajustes de la máquina, con microcomputadoras e

indicaciones digitales.

4. Es posible efectuar más operaciones con cada preparación, y el tiempo de inicio

para preparación y el maquinado es menor, en comparación con los métodos

convencionales. Además, se facilitan los cambios de diseño y se reduce el

inventario.

5. Los programas pueden ser preparados rápidamente, y pueden ser llamados en

cualquier momento por los microprocesadores. Una menor cantidad de trabajo

en papel se puede involucrar.

6. Es posible una producción más rápida de prototipos.

7. Se requiere menor capacitación en el operador, que la de un mecánico

especializado, y el operador tiene más tiempo para atender otras tareas en su

área de trabajo.



TESIS DE MAESTRÍA

30

8. Se puede trabajar con programa de Diseño Asistido por Computadora.

Las principales limitaciones del control numérico son:

1. El costo inicial del equipo, que es relativamente alto;

2. La necesidad de programación, así como el mantenimiento especial que requiere de

personal capacitado,

3. Como las máquinas de control numérico son sistemas complejos, sus

descomposturas pueden ser costosas, así que es necesario su mantenimiento

preventivo.

Sin embargo, con frecuencia, esas limitaciones son fácilmente compensadas con las

ventajas económicas generales del control numérico.

2.10 PRECISIÓN EN EL POSICIONAMIENTO DEL CONTROL NUMÉRICO

La precisión de posicionamiento en las máquinas de control numérico se define con

la precisión con que la máquina puede ser ubicada en cierto sistema de coordenadas. Una

máquina de control numérico suele tener una precisión mínima en el posicionamiento.

Las tres medidas de precisión importantes en el posicionamiento son: la resolución del

control, la exactitud y la capacidad de repetición. Estos términos se explican con mayor

facilidad considerando un eje único del sistema de posición.

La resolución de control se refiere a la capacidad del sistema para dividir el rango

total del movimiento del eje en puntos estrechamente espaciados que puede distinguir la

unidad de control. La resolución de control se define como la distancia que separa dos

puntos de control adyacentes en el movimiento del eje. En ocasiones, los puntos de control

se denominan puntos direccionales, debido a que son posiciones a lo largo del eje, hacia los

cuales puede dirigirse específicamente la mesa de trabajo.

La exactitud se define en una escena con el caso extremo, en la cual el punto objetivo

se encuentra exactamente entre dos puntos de control adyacentes.

La rigidez de la máquina-herramienta y el juego entre sus engranes y tornillos sin fin

de avance son importantes en la precisión dimensional. Aunque en máquinas antiguas se

eliminaba el juego entre engranes mediante circuitos de absorción de juego (en los que la

herramienta siempre llega a una posición determinada en la pieza desde la misma

dirección). Actualmente, el juego en las máquinas modernas se elimina usando tornillos sin

fin de bolas precargados. También, una respuesta rápida a las señales de comando requiere



TESIS DE MAESTRÍA

31

minimizar la fricción y la inercia, por ejemplo, reduciendo la masa de los componentes que

se mueven en la máquina.

2.11 DIFERENCIAS ENTRE UNA MÁQUINA-HERRAMIENTA

CONVENCIONAL Y UNA CON CNC

Se dice que una máquina-herramienta es convencional, cuando utiliza los métodos

tradicionales de maquinado, requiriéndose forzosamente, la presencia de un operador con

cierta especialización, para mantener la máquina trabajando.

La máquina con CNC, en cambio, no requiere la presencia constante del operador, ya

que una vez programada, ejecuta el maquinado sin ayuda del programador, solo se le

necesita para retirar la pieza maquinada y colocar la nueva por elaborar.

Las diferencias más notables entre ambos tipos de equipos son debidas básicamente a

elementos y dispositivos utilizados en su construcción. En la tabla 2.2 se observan

diferencias entre una máquina-herramienta convencional y una máquina con CNC.



TESIS DE MAESTRÍA

32

Tabla 2.2 Diferencias entre una máquina convencional y una máquina con control numérico computacional [5].

Características a

comparar

Máquina convencional Máquina con CNC

Forma de realizar el cambio

de herramienta

Por el operador en forma

manual y en ocasiones por

palancas de cambio

Automática, programada y

dirigida por el control.

Forma de control de las

dimensiones durante el

maquinado

Por medio de instrumentos

de medición y por las

graduaciones de las

manivelas

Por el control.

Forma de control de las

RPM del usillo principal

Por medio de trenes de

engranes intercambiables

movidos por palancas de

cambio

Automática, programada y

comandada por el control,

utiliza un servomotor y un

encoder.

Forma para desplazar la

mesa o los carros

Trenes de engranes,

manivelas y tornillos sin

fin

Husillos y correderas a

base de bolas o

servomotores.

Tipo de mecanismo del

husillo

Flechas, tuercas partidas y

baleros

Husillos de bolas.

Forma para fresar un

contorno

Por el operador,

manipulando por lo menos

dos manivelas

Programada y comandada

por el control.

Forma para tornear una

rosca

Manual, accionando

palancas y manivelas


por el control

La precisión de los

maquinados

Generalmente depende de

la habilidad del operador

Depende de la resolución

del sistema y es máxima y

constante.

Tiempo de maquinado Depende del operador Pre-cálculo y siempre

constante para cada pieza.

Refrigeración Manual accionada por un

interruptor y una llave


por el control.



TESIS DE MAESTRÍA

33

En la tabla 2.2 se puede observar que los elementos mecánicos tradicionales, que por

décadas se han utilizado en las máquinas convencionales, han sido sustituidos en los

equipos con CNC, por otros elementos mecánicos y electrónicos más confiables. En otras

palabras, cualquier función, por extravagante que parezca, puede ser controlada por la

unidad de control numérico siempre y cuando tenga una secuencia lógica y pueda ser

detectada por la máquina, de ahí que la variedad de equipos de control numérico sólo

cambien en la cantidad de funciones adicionales que el equipo pueda realizar; el tamaño del

quipo y la potencia que deba desarrollar. Esta última influirá determinantemente en el

tamaño y potencia de los servomotores y de las unidades de control de velocidad, pero

conservándose el mismo principio de funcionamiento. Así, en la industria moderna, existe

una gran variedad de marcas de equipos manufacturados por diferentes países, que tienen

como única diferencia el lenguaje de programación, lo anterior se debe a que a pesar de que

el control numérico se ha difundido con tanta velocidad, aún no se ha generalizado el

lenguaje universal de programación, sin embargo los lenguajes son muy parecidos [5].

En la técnica CNC, el programa de control es elaborado en la misma máquina. Se

establece un diálogo entre el operario y el ordenador incorporado a la máquina. El medio

de comprensión es un cuadro de maniobra de entrada manual que hay en la máquina. Dado

que un programa de control consta de órdenes para operaciones que se repiten siempre; por

ejemplo roscar, y de las magnitudes variables de las roscas, resulta que cuando se elabora

un programa de control, está ya determinada la división del trabajo, es decir, lo que ha de

realizar el operario y lo que recae en el ordenador.

Gracias a esto, las ventajas de fabricación del control numérico son accesibles ahora

también a la pequeña y mediana empresa. Los altos costos de adquisición respecto a una

máquina tradicional, se justifican cuando la capacidad de almacenamiento del ordenador

está adaptada al tipo de piezas y se dispone de personal calificado.



TESIS DE MAESTRÍA

34

2.12 SUMARIO

En este capítulo se mencionó los modos de entrada de datos para las máquinas con

Control Numérico computacional, las órdenes de desplazamiento y de condiciones de

entorno, Además, se mencionan las instrucciones de programación que utiliza el torno

Boxford 250. Se mencionan los grupos de códigos de control de movimiento (G) y códigos

complementarios (M), así como las instrucciones particulares (X, F, S), las cuales se

emplearán para realizar una comunicación con la máquina misma.

En el siguiente capítulo se podrá realizar el mecanizado en el torno Boxford 250,

haciendo uso de las tres formas de generar la programación de dicho torno: 1) forma

manual, 2) auxiliado con programa CAD/CAM y 3) creación de trayectorias. Todo esto

para la manufactura de una pieza. En este caso se maquinará una probeta con aleación de

aluminio. Posteriormente se hará una valoración de cada procedimiento.



TESIS DE MAESTRÍA

35

CAPÍTULO 3 METODOLOGÍA PARA LA MANUFACTURA EN EL TORNO DE

CONTROL NUMÉRICO COMPUTACIONAL BOXFORD 250

3.1 MANUFACTURA

Las máquinas-herramienta de control numérico configuran una tecnología de

fabricación que de la mano de la microelectrónica, la automatización y la informática

industrial ha experimentado, en los últimos años, un desarrollo acelerado y una plena

incorporación a los procesos productivos, desplazando progresivamente primero al hombre

y luego a las máquinas convencionales. Su capacidad de trabajo automático y de

integración de los distintos equipos entre sí y con los sistemas de control, planificación y

gestión de formación, hacen del Control Numérico Computacional (CNC), la base de apoyo

a unas tecnologías de fabricación. Los procesos de manufactura son la forma de transformar

la materia prima, para darle un uso práctico en la sociedad y así disfrutar la vida con mayor

comodidad.

Con el rápido desarrollo de nuevos materiales, los procesos de fabricación se están

haciendo cada vez más complejos [40], de aquí nace la importancia de conocer los diversos

procesos de manufactura mediante los cuales pueden procesarse los materiales. La

fabricación con Control Numérico Computacional juega un papel protagónico. Es por eso

que en el presente capítulo se dan a conocer las tres formas de generar la programación con

el torno didáctico CNC Boxford 250 y sus resultados serán utilizados como referencia de

validación para efectuar una comparación entre los mismos en cuanto a la facilidad de

adoptarlo y poder operar dicho torno, sin previos conocimientos de máquinas-herramienta.

El proceso de maquinado a desarrollar es una probeta de aluminio cuyas

operaciones principales son el torneado y roscado.

http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE

http://www.monografias.com/trabajos14/costosbanc/costosbanc.shtml#MATER

http://www.monografias.com/trabajos10/soci/soci.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/desorgan/desorgan.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/propiedadmateriales/propiedadmateriales.shtml


http://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#ALUMIN

http://www.monografias.com/trabajos6/diop/diop.shtml



TESIS DE MAESTRÍA

36

3.2 CARACTERÍSTICAS DEL TORNO DIDÁCTICO CON

CONTROL NUMÉRICO COMPUTACIONAL BOXFORD 250

3.2.1 CARCATERÍSTICAS DEL TORNO

A continuación se muestra el torno Boxford 250, el cual cuenta con las siguientes

características técnicas:

* Motor de 2.2 kW

* Chuck de 3 mandíbulas de 125 mm de diámetro

* Torreta de disco automática de 8 estaciones

* Baño de fluido refrigerante (programable)

* Velocidades de bobina en RPM, m/min o in/min

* Configuración de la inclinación de la cama

* Pre-cargado de la reacción anti bolas de los tornillos en todos los ejes.

* Operación en dos ejes simultáneos

* Protección transparente completamente cerrada

* Panel eléctrico integrado

* Velocidad de la pieza en mm/min, in/min, mm/rev, in/rev.

* Capacidad de cortar acero, latón, aluminio y plástico.

* Volteo sobre la cama 250 mm

* Viaje del eje X 200 mm

* Viaje del eje Y 265 mm

* Distancia entre centros 350 mm

* Bobina en reposo para pasar de 35 mm

* Bobina de motor 2.2 kW

* Velocidad de husillo 200-3200 rpm

* Velocidad de avance de 100 % 2000 mm/min

Este se encuentra en el laboratorio del Instituto Tecnológico Superior de Poza Rica, el cual

se utiliza para maquinar piezas mecánicas.



TESIS DE MAESTRÍA

37

Figura 3.1 Torno didáctico CNC Boxford 250



TESIS DE MAESTRÍA

38

3.2.2 REQUERIMIENTOS DEL EQUIPO DE CÓMPUTO

Los requerimientos mínimos que el equipo de computo necesita para que tenga

comunicación con el torno Boxford 250:

Procesador. Debe utilizar un procesador Pentium II, 500 MHz o superior.

Sistema Operativo. Microsoft Windows 95, Windows 98, Windows 2000 o

Windows NT(SP4 o superior).

100 Mb de espacio libre en disco duro, CD ROM, entrada de disco de 3.5 in, disco

flexible de 1.4 Mb.

Requerimientos de memoria RAM.Windows 95 (32 Mb), Windows 98 (32 Mb),

Windows 2000 (128 Mb), Windows NT (256 Mb).

Gráficos. Monitor SVGA-16 bit (alta definición)- 800x600 de resolución mínima

(1024x768 recomendado).

Con estos requerimientos se pueden instalar los programas de CAD/CAM (Auto

CAD y Máster CAM), versión 4.38 o versiones recientes, con los cuales se pueden realizar

la programación y simulación del maquinado de piezas.

3.2.3 PARTES COMPONENTES DEL TORNO CNC

Es conveniente familiarizarse con los nombres de las partes principales del torno con

Control Numérico Computacional Boxford 250 (figura 3.2 a), así como su construcción.

Esto ayudará a comprender como trabaja y el tipo de trabajo que se puede hacer en el

mismo. Cabe mencionar que los nombres de cada uno de los componentes aparecen tal

como se encuentran en el tablero de control.



TESIS DE MAESTRÍA

39

Figura 3.2 (a) Partes componentes del Torno didáctico CNC Boxford 250 [25].



TESIS DE MAESTRÍA

40

Figura 3.2 (b) Desplazamiento de las herramientas [25].

1. EMERGENCY STOP. El botón debe ser girado para liberarlo y permitir que la

máquina inicie. Si la máquina ha realizado un ciclo de producción, este debe ser

repetido desde el inicio.

2. SINGLE BLOCK. Con la máquina funcionando en modo automático controlado

desde la computadora, este permite la operación de solo un block único (línea)

del programa en un momento.

3. MAN. Cuando se enciende, la máquina es operada desde el panel de control

(modo manual), presionando Man se apaga y la máquina es controlada por el

ordenador (modo automático). Al Presionar Man otra vez, se regresa al modo de

operación manual.

4. POWER RESET. Cuando la máquina está conectada y el interruptor se

encuentra encendido, la máquina indica que se encuentra en movimiento, si se

presiona electrónicamente reset después de que no exista señal, en ese momento

se apaga la máquina.

5. FLOOD COOLANT CONTROL. Enciende o apaga la inundación refrigerante.

6. TURRET INDEX. Este indica la posición de la herramienta en el contenedor

(cuando está ajustado).

7. QUILL. Amplía (mueve hacia el porta herramienta) o retrae (mueve desde el

porta herramienta hacia otra parte), a el cabezal móvil neumático opcional cuando

está ajustado.



TESIS DE MAESTRÍA

41

8. CHUCK CLOSE/OPEN. Abre o cierra la mandíbula del porta herramientas,

cuando el porta herramientas neumático opcional está ajustado.

9. SPINDLE CONTROLS. Estos controlan la velocidad y dirección de la rotación

del husillo.

Presionando el botón SPIND REV reduce la velocidad en la misma

dirección.

Presionando el botón SPIND FWD disminuye la velocidad del

husillo.

Presiona este botón para detener el giro del husillo.

10. TOOL HOLDER AXIS CONTROLS. Estos cinco botones controlan el

movimiento del porta herramientas, en los ejes X y Z a baja velocidad o rápida,

cuando el botón RAPID es usado.

Mueve el sujetador de la herramienta en el eje X cuando se

presiona.

Mueve el sujetador de la herramienta en el eje Z cuando se

presiona.

SWITCHES HOMING. Con la máquina en modo automático, se presionan los

botones del eje x simultáneamente para iniciar la sujeción de la herramienta en

el eje correspondiente (el primer eje axial).

Presionando el primer botón junto con alguno de los otros cuatro

botones anteriores, se moverá la sujeción de la herramienta en la dirección

indicada.



TESIS DE MAESTRÍA

42

11. FEED SPEED CONTROL. Este proporciona el control de disminución de

pasos de la herramienta de alimentación con una velocidad de 0 a 100 % en

incrementos del 10%.

12. CYCLE START. Este conjunto de la máquina está en modo automático y

empieza maquinando desde el programa de la computadora.

13. FEED HOLD. Actúa como un interruptor de control del programa cuando

está presionado, evitando el movimiento de alguna herramienta adicional, hasta

que sea presionado nuevamente.

14. AUTOMATIC LUBRICATOR. Proporciona lubricación constante a las guías

y otras partes móviles. Regulando la válvula que controla el flujo.

15. ONE SHOT LUBRICATION SYSTEM. Levanta la palanca del sistema de

lubricación. Permitiendo a descender su propio peso.

16. AIR PRESSURE REGULATOR. Manda aire comprimido y suministra presión

a todo el sistema neumático.

17. AUTO BAR FEED CONTROL. Este controla el funcionamiento de la barra

automática del equipo.

18. REAR MOUNTED COLLET CHUCK CONTROL. Moviendo la palanca, se

controla en forma manual el collar del chuck.

19. LOW VOLTAGE LIGHT. Es operado por un interruptor que se encuentra en la

lámpara.

20. FLOOD COOLANT FLOW REGULATOR. Controla el flujo del líquido

refrigerante al inyector en el área de la pieza de trabajo.

21. Z-AXIS LIMIT SWITCH. Micro conmutador, operado por un brazo unido al

poste de la herramienta, detiene todo el movimiento en el eje Z, el porta

herramienta se puede mover lejos del chuck solamente en el eje Z.

22. MAINS ISOLATOR. Moviendo el switch rojo a APAGADO aísla la máquina

de toda la energía eléctrica. Moviéndolo a ENCENDIDO se restaura la energía.

Presionando POWER RESET, reinicia la máquina.



TESIS DE MAESTRÍA

43

23. MAINS CIRCUIT BREAKER. El resorte negro del botón AFUERA, se

interrumpe el circuito debido a la sobrecarga, cortando toda la energía de la

maquina.

24. E-FOOTSWITCH RESET BUTTON. Estos botones reinician la máquina

eléctrica siguiendo un E-footswitch stop

25. TAILSTOCK QUILL MANUAL CONTROL. Rota el volante en forma

manual, se mueve la pluma hacia a fuera del Chuck.

26. E-FOOTSWITCH. Este interruptor detiene la máquina e interruptores. Para

reiniciar la máquina, el botón reset (23) debe apretarse primero [25].

3.3 DESCRIPCIÓN DE LA PIEZA A MAQUINAR

Para realizar un programa se debe tener en cuenta varios factores, algunos de ellos

similares a los de las máquinas convencionales. Estos se pueden dividir en geométricos y

tecnológicos.

Los factores de geometría de la pieza contienen datos sobre su forma y dimensiones

de fabricación (plano de taller); además de:

Tolerancias

Acabado superficial

Origen de movimientos

Superficie de referencia, etc.

http://www.monografias.com/trabajos11/basda/basda.shtml



TESIS DE MAESTRÍA

44

Los factores tecnológicos hacen referencia a:

Material de la pieza a mecanizar (propiedades mecánicas)

Tipo de mecanizado

Velocidad de corte

Profundidad de pasadas

Revoluciones de la pieza o herramienta

Lubricante

Utillaje, etc.

3.3.1 PLANO DE LA PIEZA

La pieza a maquinar es una probeta de aluminio comercial, cuyas dimensiones están

dadas en milímetros y se observa en la figura 3.3. En el sistema CAD (diseño asistido por

computadora), la pieza que se desea maquinar se diseña en el ordenador 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 lo anterior se crea

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

mediante un disco. Dichas probetas serán utilizadas en un equipo didáctico para pruebas de

tracción. Estas pueden tener un acabado fino para que se puedan apreciar en su análisis de

ensayos, el tipo de rosca es estándar, ya que el equipo al cual se somete la probeta así lo

requiere.



TESIS DE MAESTRÍA

45

20 40 80 2040

688 ANSI8 ANSI

8

P=1.25

h=0.6495*P

Detalle A

Detalle A

18 P

95°

R=1

1

Nº de

Piezas

Probeta

Designación

1

Pieza

Nº

Aluminio

Material

10 * 220

Medidas

bruto

Figura 3.3 Plano de taller

Antes de empezar a confeccionar un programa de mecanizado se debe conocer bien

el trabajo que se va a realizar en el torno y las dimensiones y características del material de

partida, así como la cantidad de piezas que componen la serie que hay que mecanizar. Con

estos conocimientos previos, se establece el sistema de fijación de la pieza en el torno, las

condiciones tecnológicas del mecanizado en cuanto a velocidad de corte, avance y número

de pasadas.



TESIS DE MAESTRÍA

46

3.3.2 Selección de la herramienta

La máquina de Control Numérico Computacional cuenta con una torreta porta

herramientas (figura 3.4 a) en la cual van instaladas ocho de ellas:

1. Para torneado con giro a la izquierda

2. Taladro central

3. Para torneado con giro a la derecha

4. Taladro

5. Para roscado exterior

6. Taladro

7. Herramienta para tronzar

8. Buril para interiores

De las cuales, según su posición, se seleccionan de acuerdo a la función que se va realizar.

Figura 3.4 (a) Torreta porta herramientas



TESIS DE MAESTRÍA

47

Figura 3.4 (b) Posición de las herramientas. Herramientas para exteriores:

1, 3, 5, 7. Herramientas para interiores: 2, 4, 6, 8. [25].

El tiempo empleado para llevar las herramientas a la posición de corte es parte del

tiempo de máquina. Este tiempo puede ser reducido teniendo las herramientas en posición y

secuencia adecuada para su uso y también siempre que sea posible hacer cortes múltiples o

combinados. Para este caso se van a emplear las siguientes herramientas: a) herramienta #

3, para desbastar con corte a la derecha, b) herramienta # 5, para roscar exteriores y, c)

herramienta # 7, para tronzar.

3.3.3 SELECCIÓN DE VELOCIDAD DE CORTE

La velocidad de corte (Vc) recomendada para diversos materiales aparece en la tabla

3.1. Estas velocidades las han determinado los productores de metales y fabricantes de

herramientas de corte como las más convenientes para la larga duración de la herramienta y

el volumen de producción. A cada revolución de la pieza que se trabaja, pasa por su

perímetro una vez por la cuchilla del útil correspondiente, la velocidad de corte constituye

una medida de la rapidez del movimiento de corte, esta será entonces:



TESIS DE MAESTRÍA

48

Ecuación 3.1

En donde:

es la velocidad de corte de la herramienta en metros por minuto

es la constante pi (3.14159)

es el diámetro de la pieza a tornear

número de revoluciones que aplicaremos al torno

, es el conversor de metros a milímetros de la velocidad de corte Para este caso, se tienen como datos, d=10 mm, n= 1900 rev/min, sustituyendo los

valores en la ecuación 3.1, obtenemos:

Y de acuerdo a la tabla 3.1, se puede tomar el valor de 61 m/min, la máquina misma

obtiene automáticamente el valor.



TESIS DE MAESTRÍA

49

Tabla 3.1 Velocidades de corte [33].

3.3.4 AVANCE DEL TORNO.

El avance de un torno se define como la distancia que avanza la herramienta de corte

a lo largo de la pieza de trabajo por cada revolución del husillo. Por ejemplo, si el torno está

graduado por un avance de 0.008 pulg/seg (0.20 mm/min), la herramienta de corte avanzará

a lo largo de la pieza de trabajo 0.008 pulg/seg (0.20 mm/min) por cada vuelta completa de

la pieza.

DESBASTADO ACABADO

Material Pulgadas Milímetros Pulgadas Milímetros

Acero de

máquina

0.010-0.020 0.25-0.50 0.003-0.010 0.07-0.25

Acero de

herramienta

0.010-0.020 0.25-0.50 0.003-0.010 0.07-0.25

Hierro

fundido

0.015-0.025 0.40-0.065 0.005-0.12 0.13-0.30

Bronce 0.015-0.025 0.40-0.65 0.003-0.010 0.07-0.25

Aluminio 0.015-0.030 0.40-0.75 0.005-0.010 0.13-0.25

Tabla 3.2 Avances para diversos materiales con el uso de herramientas para alta velocidad [33].

REFRENTADO,

TORNEADO,

RECTIFICACIÓN

Desbastado Acabado Roscado

Material Pies/min m/min Pies/min m/min Pies/min m/min

Acero de

máquina

90 27 100 30 35 11

Acero de

máquina

70 21 90 27 30 9

Hierro

fundido

60 18 80 24 25 8

Bronce 90 27 100 30 25 8

Aluminio 200 61 300 93 60 18



TESIS DE MAESTRÍA

50

Siempre que sea posible, sólo se deben hacer dos cortes para dar el diámetro

requerido: un corte de desbastado y otro de acabado. Dado que la finalidad del corte de

desbastado es remover el material con rapidez y el acabado de superficie no es muy

importante, se puede usar un avance basto. El corte de acabado se utiliza para dar el

diámetro final requerido y producir un buen acabado de superficie; por lo tanto, se debe

utilizar un avance fino. Para maquinado general, se recomiendan un avance de 0.010 a

0.015 pulg. (0.25 a 0.38 mm) para desbastar y de 0.003 a 0.005 pulg (0.076 a 0.127 mm.)

para acabado fino. En la tabla 3.2 se indican las velocidades recomendadas para cortar

diversos materiales cuando se utiliza una herramienta de acero de alta velocidad. Por lo

tanto, en base a los datos obtenidos de la ecuación 3.1, se puede considerar un avance de

0.75 mm para el material a mecanizar.

3.3.5 SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE

Algunas operaciones de corte se realizan en seco, es decir, sin la aplicación de un

fluido de corte o, como algunas veces se llama, sin refrigerante.

El fluido básicamente cumple tres funciones principales:

1. Lubricación: A velocidades donde se forma una acumulación en el borde en

ausencia de un lubricante, el inicio de la acumulación se desplaza a velocidades más

altas. A velocidades mayores, donde se desarrolla una zona de adhesión, la longitud

de ésta se reduce. En todas las velocidades, el acceso del lubricante a la cara del

flanco es posible y se reduce la fricción. El efecto combinado es que, en general, el

acabado superficial también mejora.

2. Enfriamiento: Como el cortante está altamente concentrado y la zona de corte se

mueve extremadamente rápido, las temperaturas en la zona de corte no se afectan.

Sin embargo, un fluido de corte reduce la temperatura de la viruta a medida que deja

la zona secundaria de corte, y enfría la pieza de trabajo. También puede reducir la

temperatura volumétrica de la herramienta. Aunque las relaciones no son en manera

alguna sencillas, a menudo se encuentra que un fluido de corte disminuye

suficientemente las temperaturas para permitir el corte a velocidades mayores. No

obstante, en la mayoría de los casos es esencial que el fluido se aplique a la zona de

corte.



TESIS DE MAESTRÍA

51

3. Remoción de la viruta: Los fluidos empleados en el corte cumplen una función

adicional y algunas veces extremadamente importante: retiran las virutas de la zona

de corte y evitan que la herramienta se tape o se atasque [22].

Los lubricantes de corte y refrigeración para trabajar en las máquinas-herramienta

diversos materiales, se muestran el la tabla 3.3. Para el caso particular del mecanizado, se

emplea el refrigerante de clase 4 o 5, porque ayuda a la disipación del calor generado

durante la creación de la viruta y protege a la pieza, herramienta y máquina, contra la

oxidación y corrosión.

Material a

trabajar

Clase de trabajo

Tornear Taladrar Fresar

Acero

Inoxidable

3 3,6 3

Aluminio y

sus

aleaciones

4,5 5 5

Cupro-

aluminio,

bronce , latón

1,2 2 2

Materiales

plásticos

1 1 1

Tabla 3.3 Tipos de lubricantes para maquinados [10].

Clave de los lubricantes y refrigeración de la tabla 3.3

1= en seco

2= En agua con 5 % de aceite soluble (taladrina)

3= Agua con 8 % de aceite soluble (taladrina)

4= Petróleo

5= Petróleo con 10 % de aceite mineral

6= Aguarrás 40 %, Azufre 30%, Albayalde 30 %



TESIS DE MAESTRÍA

52

Una utilización adecuada del lubricante, es de suma importancia para las operaciones

de corte de los metales; muchos fracasos en el rendimiento de las herramientas y calidad

del trabajo producido, se deben a no emplearse el lubricante que corresponde en función del

material a trabajar [10].

3.4 PROCESO DE MAQUINADO EN EL TORNO BOXFORD 250 CON CNC

El proceso de maquinado comprende todo el conjunto de datos que el control

necesita para la mecanización de la pieza.

Al conjunto de informaciones que corresponde a una misma fase del mecanizado se

le denomina bloque o secuencia, que se numeran para facilitar su búsqueda. El programa

contiene todas las instrucciones necesarias para el proceso de mecanizado.

A continuación, y a modo de establecer algún tipo de comparación, se detallan tres

formas de programar el torno didáctico Boxford 250 con CNC, el primero utilizando modo

manual, el segundo auxiliado por los programas de CAD/CAM, en este caso Auto CAD y

Máster CAM y el tercero utilizando Creación de Trayectorias. Para cuestión de análisis, los

datos de entrada que se piden son: a) tipo de material, b) dimensiones de la pieza y c)

unidades a trabajar.

Para el tipo de material, se sabe que es aluminio comercial, las dimensiones de la

pieza, son las que se aprecian en la figura 3.3, mientras que las unidades a trabajar son mm.

3.4.1 UTILIZANDO MODO MANUAL

El procedimiento adoptado en programación manual, es escribir a mano en códigos

ISO de máquina, cada detalle del proceso necesario, especificando la secuencia de

operaciones, coordenadas de cada punto, funciones de máquina, velocidades de avance, etc.

El programa se teclea entonces en la computadora de la máquina, la cual contiene

medios para ver la trayectoria programada del cortador, para comprobar si existen errores

antes de que se inicie el corte se hace la simulación, ver anexo c.

http://www.monografias.com/trabajos11/basda/basda.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/control/control.shtml




TESIS DE MAESTRÍA

53

Figura 3.5 Diagrama de flujo de un proceso de maquinado

Habilitar material

Obtener cálculos de

velocidad de corte,

profundidad, avance

Elegir herramienta y

configurar tamaño Billet

10 x 220

Cilindrar a 8 mm, utilizando

interpolación lineal, con

herramienta # 1

Número de pasadas

Cilindrar parte central de la probeta

a 6 mm con herramienta # 1 y

tronzar extremo final con

herramienta # 7

Parar la máquina y hacer

cambio de la probeta,

roscando extremo derecho,

con herramienta #5

Número de pasadas

Número de pasadas

Parar la máquina y colocar probeta

manualmente, roscando con paso

1.25 mm, extremo izquierdo, con

herramienta # 5

Fin



TESIS DE MAESTRÍA

54

El método tradicional de programación del torno con Control Numérico

Computacional es con códigos en forma de instrucciones de máquina (ver anexos A y B).

De acuerdo al modelo en forma manual, primeramente se realiza el plano de la pieza (figura

3.3), con sus respectivas dimensiones, con ello se buscan las herramientas adecuadas para

su manufactura. Con respecto al material a maquinar, se utilizó aluminio comercial. Las

tablas 3.1 y 3.2, hacen referencia a velocidad de corte y velocidad de avance,

respectivamente, de la herramienta de corte. Para este caso se obtuvieron los siguientes

datos: Vc = 93 m/min, una velocidad de avance de 0.75 mm/rev. La fuerza de corte para

aleaciones de aluminio puede variar ampliamente a bajas velocidades (30 a 60 m/min).

Posteriormente, con la ayuda de los anexos A y B (de códigos G y M), se introducen en la

computadora todos los códigos necesarios para la programación, para que la misma

máquina los pueda interpretar. De esta manera puede ser posible la simulación, la cual es

vista en la computadora instalada con el torno. Cabe hacer mención que el material se

posiciona manualmente entre centros para efectuar su maquinado y el tipo de rosca a

elaborar es tipo estándar, porque así lo requiere el equipo de ensayos a tensión.



TESIS DE MAESTRÍA

55

3.4.2 UTILIZANDO MÁSTER CAM AUXILIADO CON CAD

Máster CAM es un paquete computacional de apoyo a la generación de programas de

control numérico, permite la generación de geometría y rutas de herramientas en dos y tres

dimensiones, ofreciendo soluciones para torneado, fresado, electroerosión por alambre y

diseño en 3 dimensiones.

Con el programa Máster CAM, versión 4.38 (Manufactura Asistida por

Computadora), se logra diseñar y mecanizar desde el editor de operaciones. De acuerdo

con la siguiente lista de actividades, es posible realizar la simulación y manufactura de una

pieza a maquinar.

No. DESCRIPCIÓN

1 Abrir programa Máster CAM, incorporado en la máquina misma.

2 Localizar las propiedades de la máquina a utilizar para el maquinado

3 En cuadro de diálogo para selección de parámetros, definir características del

chuck, tipo de material que se emplea, en este caso aluminio y herramienta de

corte.

4 Realizar el dibujo en Auto cad, el cual se encuentra incorporado en el mismo

programa, tomando en cuenta las dimensiones del material en bruto.

5 Posicionar el material manualmente en la máquina, debidamente centrado.

6 Preparar la geometría para el roscado, en ambos lados de la pieza .Esta se

llevará a cabo al final del maquinado

7 Al efectuarse el roscado del primer extremo, se procederá a realizar el cambio

manualmente para continuar con el segundo extremo.

8 Efectuar la simulación, observando el trayecto de la herramienta y acabado de

la misma.

Tabla 3.4 Lista de actividades para emplear el método Máster CAM auxiliado por CAD

A continuación se muestran los pasos para realizar la mecanización de una pieza,

con este programa se diseña y se genera el código, el cual va a ser interpretado por el torno

CNC y así llevar a cabo el mecanizado de dicha pieza.



TESIS DE MAESTRÍA

56

Actividad 1: Primeramente se localizan las propiedades de la máquina.

1. < Properties < files < cambiar en Group name a Machine provt

2. Cambiar en Toolpath name a: Machine_provet.NC

3. < Tool Settings < From material como método de cálculo de velocidad de corte

4. < Select, desde la barra desplegable Source: < Lathe library < Aluminum 5050 <

Ok

Figura 3.6 Propiedades de la máquina

Actividad 2: Se definen los perfiles de chuck y herramienta:

1. < Stock setup < Left spindle < Parameters

2. Se introducen las dimensiones del material en bruto: El diámetro (OD): 10 y la

longitud: 200

Si se van a realizar perforaciones se introduce el diámetro de la broca seleccionando ID

3. Introducir en Base Z: 1.0 (la distancia a la cual estará ubicada la herramienta de

corte) < On right face, que le indica a Máster CAM que el material está a la izquierda para

comenzar a cortarlo en la dirección -Z

4. < Preview < Enter

5. < Ok



TESIS DE MAESTRÍA

57

Figura 3.7 Perfiles del chuck y herramienta

Actividad 3: Se definen las características del chuck

1. < Left Spindle < Parameters, llenar como se indica:

Figura 3.8 Características del chuck



TESIS DE MAESTRÍA

58

2. < Ok cuando termine

3. En Display Options: des seleccionar Right stock porque el chuck gira hacia la izquierda

4. Deberá observarse un cuadro de diálogo como el que se muestra

5. < Ok

Figura 3.9 Cuadro del diálogo para seleccionar parámetros



TESIS DE MAESTRÍA

59

Actividad 4: Definir los parámetros de mecanizado, crear la trayectoria de careado, con

husillo girando a la izquierda, porque la herramienta a utilizar es con giro izquierdo.

Desde el menú: < Toolpaths < Lathe Face Toolpath

Elegir una herramienta de corte por la derecha: T0101 R0.8

< Face parameters < Use stock para indicarle a Máster Cam el material que será removido

Introducir 0.01 en el campo Finish Z

Introducir 2.0 en Entry amount

Seleccionar la opción: Rougt stepover , esto se aprecia en figura 3.13.

Deseleccionar Finish stepover, ya que no se requiere una pasada de acabado fino

Introducir 1.0 en Overcut amount

Introducir 0.2 en Stock to leave, < Ok

Actividad 5: Realizar el dibujo tomando en cuenta las dimensiones del material

Hacer los trazos comenzando por el centro de la pieza (1/4 de la pieza, vista seccional),

tomando en consideración el diámetro de la pieza.

Figura 3.10 Trayectoria de careado

Actividad 6: Preparar la geometría para carear


Encadenar: < Partial chaining mode

Seleccionar el primer punto y el último a encadenar como se muestra en la figura 3.12

< Ok cuando termine



TESIS DE MAESTRÍA

60

Figura 3.11 Seleccionar puntos a encadenar

Actividad 7: Preparar la herramienta de corte para carear

1.- Introducir los valores como se indica:

Figura 3.12 Propiedades de la herramienta de corte para carear



TESIS DE MAESTRÍA

61

Actividad 8: Preparar la geometría para roscar




< Ok cuando termine

Figura 3.13 Seleccionar la geometria para roscar

Actividad 9: Seleccionar la herramienta adecuada:

Figura 3.14 Seleccionar herramienta adecuada para roscar



TESIS DE MAESTRÍA

62

Actividad 10: Preparar la herramienta para roscar

1.- En Thread shape parameters->

2.- Introducir los valores como se indica:

Figura 3.15 Introducir valores en cuadro de dialogo para roscar

3.- En Thread cut parameters->

4.- Introducir los valores como se indica:con quince pasadas(realizar corte burdo ).

Figura 3.16 Determinar el número de pasadas



TESIS DE MAESTRÍA

63

Actividad 11: Preparar la geometría para cilindrar angularmente

Desde el menú: < Toolpaths < Lathe Pungle Rough Toolpath


Seleccionar el primer punto y el último a encadenar como se muestra en la figura, ya que

inicialmente todas las herramientas son montadas en la torreta de la máquina.

Ok cuando termine

Figura 3.17 Geometría para el cilindrado

Actividad 12: Seleccionar la herramienta adecuada->OK: para este proyecto es la

herramienta T1717, Ya que es la más idónea para trabajar con el roscado.

Figura 3.18 Selección de herramienta adecuada para el roscado



TESIS DE MAESTRÍA

64

1.-En Groove shape parameters->: siendo el ángulo de ataque de 90º, para el corte de los

radios.

Figura 3.19 Determinar el ángulo de la ranura

2. - En Groove rough parameters->:

Figura 3.20 Seleccionar tipo de acabado suave

Actividad 13: Preparar la geometría para cilindrar




< Ok cuando termine



TESIS DE MAESTRÍA

65

Figura 3.21 Encadenar los puntos para cilindrar

Actividad 14: Seleccionar la herramienta para realizar el corte

1.- La herramienta será la misma que el paso anterior, T1717 R0.1

2.- En geometry: seleccionar el sentido del corte: izquierdo, porque una vez mecanizada la

pieza, se montara a un equipo de pruebas de tensión, en el cual se sujetara con tuercas a los

extremos de dicha probeta.

Figura 3.22 Seleccionar sentido de corte



TESIS DE MAESTRÍA

66

Actividad 15: Preparar la geometría para cilindrar angularmente la segunda fase



Seleccionar el primer punto y el último a encadenar como se muestra en la figura

< Ok cuando termine

Figura 3.23 Cilindrar la segunda fase, con la misma herramienta

Actividad 16: Selección de la herramienta y el ángulo de corte:

1.- La herramienta sigue siendo la misma->

2.- El ángulo no cambia, es igual al anterior->

3.- En Groove walls->Smooth

3.-OK

Actividad 17: Preparar la geometría para cilindrar angularmente la segunda fase

Desde el menú: < Toolpaths < Lathe Thread Toolpath



< Ok cuando termine



TESIS DE MAESTRÍA

67

Figura 3.24 La figura muestra los puntos a encadenar, para realizar el cilindrado

Actividad 18: Selección de la herramienta:

1.- La herramienta sigue siendo la misma, por ser una pieza simétrica

Figura 3.25 tipo de herramienta para roscar

Actividad 19: Preparar la herramienta para roscar

1.- En Thread shape parameters->

2.- Introducir los valores como se indica en la figura 3.26

3.- OK



TESIS DE MAESTRÍA

68

Figura 3.26 Intoducir valores para el roscado

Actividad 20: Maquinar la pieza:

1.- Seleccionar todas las actividades->

2.- En verify select operations->

3.- Para ver la herramienta de corte: Poner en simulate tool and holder->

Figura 3.27 Seleccionar simular todas las actividades



TESIS DE MAESTRÍA

69

4.- Simular->: para observar la pieza a obtener

Figura 3.28 Modelo de la pieza obtenida, mediante la simulación

Mediante la simulación, se genera el Código para la mecanización de la pieza

(probeta). Después de probado, el programa de la pieza está listo para la ejecución en modo

automático.

Generación del código

Maquinado de la probeta

[GM HEADER]

type=lathe

machine=250PC

machine serial no=L_8167

units=mm

tailstock=0

material=ALU(2011)/BRASS(CZ121M),6.29

bar size=10,0,220

bar shape=CYL-Z

last operation=SIMULATE

program length=83

T1=1= T=1 P=1 D=10.000 C=20.000 A=55.000 SD=12.000 SH=50.000

O=32.000 QD=0 XC=1.000 YC=1.000 PAS=3 DIR1=CCW TR1=0.000

WEAR1=0.000 FIT=YES X=71.980 Z=4.110



TESIS DE MAESTRÍA

70

T2=7= T=11 P=7 D=2.100 C=4.500 C2=4.500 SD=16.000 SH=50.000

QD=0 XC=0.200 YC=4.500 SD2=1.800 SH2=14.500 PAS=3 DIR1=CCW

TR1=0.000 WEAR1=0.000 FIT=YES X=71.540 Z=4.470

T3=3= T=2 P=3 D=10.000 C=20.000 A=55.000 SD=12.000 SH=50.000

O=32.000 QD=0 XC=1.000 YC=1.000 PAS=3 DIR1=CCW TR1=0.000

WEAR1=0.000 FIT=YES X=71.750 Z=-16.410

estimated time=00:01:16

COMENTARIO: Máster CAM versión 4.38comienza a generar la codificación en forma

automática, cuando inicia la simulación en el programa de la máquina misma.

[PROGRAM]

(CAM versión 4.38)

G21

COMENTARIO: Primeramente realiza un careado a la pieza a maquinar, utilizando la

herramienta # 1 a una velocidad constante de 225 m/min.

T01

X30 Z10

G96 M04 S225

G99

G00 Z0

X11

G01 X-1 F0.09

G00 Z1

COMENTARIO: Se realiza un desbaste, reduciendo el diámetro de la pieza con la misma

herramienta (# 1).

X12

X9

G01 Z-202.6

X12.5

G00 X18

G01 X12

G00 X14

Z-60



TESIS DE MAESTRÍA

71

G01 X9

X7.11 Z-61.8

Z-139.796

X11

COMENTARIO: Finaliza con la herramienta # 1y realiza el cambio de herramienta (# 7),

para llevar a cabo la reducción del diámetro central de la pieza.

X12

G96 M04 S250

G00 X13.5

Z1

X8

G01 Z0 F0.05

Z-60

X6.11 Z-61.8

X6.1 Z-138.9 F0.09

X6 Z-139 F0.05

G02 X8 Z-140 R1

G01 Z-200

Z-202.6

X11

G00 X30

M05 Z10

T07

G96 M04 S225

G00 Z-62.6

X12.5

G01 X6.368 F0.09

G00 X8

X11.45

Z-63.1

G01 X6.1

G00 X6.95



TESIS DE MAESTRÍA

72

COMENTARIO: Cuando finaliza con la herramienta # 7, efectúa el cambio a herramienta

(# 3), para realizar los radios, los cuales hacen la diferencia de diámetros.

X30

M05 Z10

T03

G96 M04 S250

G00 Z-65.5

X10.5

G01 X 6 Z -61

G03 X 8 Z -60 R1 F0.05

G00 X30

M05 Z10

T07

G96 M04 S250

(OK)

G00 Z-63.1

X10.5

G01 X6

Z-139

COMENTARIO: Nuevamente se realiza el cambio de herramienta, (# 7) y partiendo desde

la posición inicial, se lleva a cabo la última pasada a la pieza maquinada, con la

herramienta # 1.

G00 X11

Z-202.2

X10

G01 X8 Z-202.1

X-1

G00 X30

M05 Z10

T01

M30



TESIS DE MAESTRÍA

73

MAQUINADO DE ROSCAS

[GM HEADER]

type=lathe

machine=250PC

machine serial no=L_8167

units=mm

tailstock=0

estimated time=00:01:23

material=ALU(2011)/BRASS(CZ121M),6.29

bar size=8.00,0.00,61.50

bar shape=CYL-Z

start number=10

last operation=SIMULATE

program length=36

material removed=142.12

T1=1=

T=1,P=1,D=10.000,C=20.000,A=55.000,SD=12.000,SH=50.000,O=32.000,

QD=0,XC=1.000,YC=1.000,PAS=3,DIR1=CCW,TR1=0.000,WEAR1=0.00

0,FIT=YES,X=71.980,Z=4.110

T2=5=

T=4,P=5,D=3.200,C=4.000,A=30.000,SD=16.000,SH=50.000,QD=0,SD2=1

2.000,SH2=18.000,PAS=3,DIR1=CCW,TR1=0.000,WEAR1=0.000,FIT=Y

ES,X=71.600,Z=2.590

COMENTARIO: Haciendo uso del mismo programa de Máster CAM versión 4.38 se

comienza a generar la codificación en forma automática, cuando inicia la simulación en el

programa de la máquina misma.

[PROGRAM]

(CAM versión 4.38)

G21

COMENTARIO: Primeramente se realiza un careado a la pieza a maquinar, utilizando la

herramienta # 1 a una velocidad constante de 225 m/min. Verificando de esta manera las

dimensiones proporcionadas por el usuario.



TESIS DE MAESTRÍA

74

T01

X30 Z10

G96 M04 S225

G99

G00 Z0

X9

G01 X-1 F0.09

G00 Z1

X10

X15.5

COMENTARIO: Cuando finaliza la operación con la herramienta # 1, hace el cambio a

herramienta # 5 para realizar el roscado externo, con un paso de rosca de 1.25mm.

X10

G96 M04 S250

G00 X8

G01 Z0 F0.05

Z-20

Z-60

X9

G00 X30

M05 Z10

T05

G97 M04 S350

G00 Z2

X10

G76 P20060 Q50 R0.05

G76 X6.62 W-22.5 P690 Q179 F1

COMENTARIO: Finaliza la operación de la herramienta # 5, y concluye su tarea

encomendada, retirando la torreta a su posición inicial.

G00 X30

M05 Z10

T01

M30



TESIS DE MAESTRÍA

75

3.4.3 UTILIZANDO CREACIÓN DE TRAYECTORIAS

La función de este método se apoya principalmente en la creación de líneas o

trayectorias, formando la geometría deseada con sus respectivas dimensiones, para lo cual

pone de manifiesto la ejecución de las operaciones por efectuar. Considerando las

dimensiones de la figura 3.3, la cual es creada con el Diseño Asistido por Computadora

(CAD) versión 2000, el cual viene incorporado con la máquina misma. Se procede a

realizar el contorno geométrico de la pieza por medio de líneas, construyendo totalmente la

geometría deseada. Todo esto se puede llevar a cabo, siguiendo el orden de una lista de

instrucciones.

La secuencia para la elaboración de la pieza a manufacturar en el torno Didáctico

con Control Numérico Computacional Boxford 250, aplicando creación de trayectorias, es

la siguiente:

No. DESCRIPCIÓN

1 Abrir el programa Boxford V10 CAD/ CAM, instalado en la computadora para

el torno Boxford 250, y elaborar el diseño de la pieza a manufacturar.

2 Especificar el tipo de material que se va a utilizar, ya que el mismo programa

despliega las opciones: acero, aluminio, plástico.

3 Especificar las dimensiones de la pieza a maquinar

4 Poner a punto la máquina y la herramienta

5 Refrentar la cara de la pieza

6 Trazar línea de coordenada(X = 0, Z = 0) hasta(X = 0, Z = 8) para refrentar la

sección frontal de la pieza.

7 Desbastar la pieza a todo lo largo de su longitud, para obtener el diámetro de 8

mm.

8 Desbastar la parte central de la pieza, creando un radio de r = 1.00 mm y

diámetro de 6 mm

9 Simular el proceso de maquinado, para verificar el acabado deseado

10 Generar la codificación para ejecutar físicamente el maquinado de dicha pieza.

Tabla 3.5 Lista de instrucciones para creación de trayectorias



TESIS DE MAESTRÍA

76

PASOS PARA GENERAR EL PERFIL DE LA PROBETA

1. AL abrir el programa Boxford V 10 CAD/CAM, instalado en la computadora. Se

despliega la siguiente pantalla de la figura 3.32, y se procede a seleccionar nuevo

documento de CAD.

Figura 3.29 Menú principal del programa

2. Especificar el billet (material de trabajo) de 10 mm de diámetro y una longitud de

200 mm, considerando que el material a trabajar es aluminio.

Figura 3.30 Especificación de material a trabajar



TESIS DE MAESTRÍA

77

3. Trazar una línea de la coordenada x = 0, z = 0 hasta x = 0, z = 8 para carear la parte

frontal, la cual debe ser plana y perpendicular a su propio eje, por lo cual se refrenta

ésta antes de proceder el maquinado.

Figura 3.31 Dimensiones para refrentar la pieza muestra

4. Utilizando la herramienta # 3 para cilindrar, se realiza el desbaste a lo largo de la

longitud, obteniendo un diámetro de 8 mm.

Figura 3.32 Trazado de líneas para generar roscado



TESIS DE MAESTRÍA

78

5. El adelgazamiento central de la barra se crea de 1mm de radio para que la parte

central obtenga un valor de 6 mm, comienza en x = 8, z = -60 hasta x = 6, z = -61.

Figura 3.33 Incorporación de valores para el adelgazamiento de la pieza muestra

6. Se traza una línea recta desde x = 6, z = 61 hasta x = 6, z = -139.

Figura 3.34 Formación de redondeo en el primer extremo



TESIS DE MAESTRÍA

79

7. Se realiza el segundo redondeo radio = 1mm. Desde x = 6, z = -139 hasta x = 8,

z = -140.

Figura 3.35 Formación de redondeo en el segundo extremo

8. El trazo de la parte recta del extremo posterior se realiza con una línea desde x = 8,

Z = -140 hasta x = 8, z = -180.

Figura 3.36 Trazado de línea en extremo posterior



TESIS DE MAESTRÍA

80

9. Realizar el roscado de la parte final con un paso de rosca de 1.25mm de acuerdo al

diámetro de 8 mm, desde x = 8, z = -180 hasta x = 8, z = 200. Cabe mencionar que

el cambio para roscar el otro extremo se hace en forma manual.

Figura 3.37 Trazado para elaboración de roscado

10. En la barra de menú principal, File ejecutar Process Billet para generar el código G

y M, y posteriormente ejecutar la simulación del maquinado.

Figura 3.38 Módulo para generar código G



TESIS DE MAESTRÍA

81

11. Seleccionar el material con el cual se realizará la pieza y verificar las dimensiones

del Billet.

Figura 3.39 Verificando dimensiones

12. Elegir donde se guardara el archivo ejecutable de códigos G y M

Figura 3.40 Ejecutando códigos G y M



TESIS DE MAESTRÍA

82

13. Ejecutar la simulación para verificar que no existan errores en el maquinado.

Figura 3.41 Simulación de manufactura

Cabe hacer mención, que al realizarse la simulación en el programa Máster CAM, se

genera la codificación del maquinado, la cual es exactamente la misma que se observa en la

página 69.

Figura 3.42 Perfil de la probeta



TESIS DE MAESTRÍA

83

3.5 SUMARIO

En este capítulo se presentaron los tres modelos para la programación del torno

didáctico Boxford 250, se puede apreciar la facilidad o lo complejo que resulta de trabajar

con cada uno de ellos, observando las ventajas y desventajas de los mismos. El código que

se genera para el maquinado de la pieza es el mismo para los tres casos, es por esa razón

que no se escribió para cada uno de los casos.

Así mismo cabe mencionar que para cada uno de estos procedimientos se debe contar

con un conocimiento básico de máquinas-herramienta y de Control Numérico

Computacional.

En el siguiente capítulo se realiza una comparación de resultados, sobre cuál método

es recomendable para la enseñanza del personal no experto en programación.



TESIS DE MAESTRÍA

84

CAPÍTULO 4 EVALUACIÓN DE RESULTADOS

4.1 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS PROGRAMAS UTILIZADOS

Las unidades de control de la máquina con Control Numérico Computacional tienen

medios para almacenar datos, es decir memoria. Esta característica hace posible que el

contenido de la memoria pueda ser leída. De ahí en adelante, la operación de la máquina-

herramienta se puede controlar desde la memoria cada vez que el componente se maquine.

También el operador puede editar el programa ahí mismo para corregir errores menores.

Los tres modelos presentados en este trabajo de tesis producen un archivo para que el

usuario de la máquina lo use como base para el programa de Control Numérico

Computacional por transferencia directa al programa que genera el código de la máquina.

Según sea el método que se utilice, será necesario que el usuario verifique que se siga el

procedimiento correcto en la preparación para realizar el maquinado con buena calidad.

En este capítulo se presentan los resultados obtenidos de la evaluación de los tres

modelos para programar el torno didáctico con Control Numérico Computacional Boxford

250: Manual, Auxiliado con programas de CAD/CAM y Creación de trayectorias. Con la

finalidad de corroborar la efectividad de estas técnicas en el mecanizado de una pieza de

aluminio, para este caso una probeta con dimensiones ya especificadas en el capítulo 3.

El torno didáctico Boxfrod 250 con CNC tiene la capacidad de interpretar

instrucciones de código que pueden ser generadas por medio de programas escritos por un

usuario o generados por herramientas CAD/CAM. Dichas instrucciones están formadas por

combinaciones de letras, números y ciertos símbolos, los cuales, al ser escritos en un orden

lógico y de forma predeterminada, permiten el maquinado de una cierta pieza. Este tipo de

código dota a la máquina de una elevada seguridad, precisión y flexibilidad de

funcionamiento. Los programas CNC están formados por dos tipos de código: El código G,

el cual está formado por funciones preparatorias que gobiernan los movimientos de los ejes

de la máquina (movimientos rápidos, avances, pausas y ciclos especiales); y el código M

que está formado por funciones auxiliares que activan procesos tales como, control del

líquido enfriador, conexión y dirección del husillo, cambio de herramienta, fin del

programa, entre otras.



TESIS DE MAESTRÍA

85

Los sistemas de CNC se gobiernan por un conjunto de aproximadamente 70 instrucciones

de código G y 15 instrucciones de código M. La cantidad de instrucciones G y M puede

llegar a variar dependiendo del fabricante del sistema CNC. Para el caso del presente

trabajo se contempla que contenga las instrucciones mínimas requeridas para llevar a cabo

tareas de torneado, para lo cual se calcula que se requieren 15 instrucciones tipo G y 5

instrucciones tipo M. Las instrucciones contempladas de tipo G, abarcan códigos

relacionados con la interpolación lineal y circular, ciclo de roscado, tipo de unidades, por

mencionar algunas. Mientras que las instrucciones contempladas de tipo M abarcan

acciones como activación del husillo, cambio de herramienta y fin de programa, entre otras.

4.2 PROGRAMACIÓN MANUAL DE UN CNC

La aparición del Control Numérico Computacional ha hecho posible la introducción

de datos de una manera más cómoda mediante el uso de otros periféricos conectados a la

máquina misma. Uno de ellos es el panel de control que tiene incorporado el torno

didáctico Boxford 250. Dicho controlador lleva incorporado una serie de selectores y

pulsadores que abarcan todas las informaciones necesarias para el funcionamiento en el

maquinado de piezas.

Este panel se emplea para realizar modificaciones sobre los programas introducidos

previamente en memoria, para programar en forma manual y para controlar y verificar el

funcionamiento del torno.

Básicamente, en la programación a pie de máquina, se introducen las instrucciones a

través de un teclado de forma manual incorporado en el equipo, no sin antes conocer todos

los datos que se solicitan para realizar la programación con sus respectivos códigos (G y

M).

La interacción que permite el uso del teclado con el panel de control es que facilita

la corrección de programas, introduciendo correctores de herramientas. Como

inconvenientes principales que se presentaron en la programación manual, se encuentran las

siguientes desventajas:

La primera, es que el usuario debe aprender el lenguaje con su propia sintaxis y

gramática. Aun siendo que ya tenga experiencia en programación, está expuesto a

algunos conceptos que son extraños para él.

La segunda desventaja es que, el programador debe entender los dibujos de

ingeniería con la consecuente posibilidad de que se presente un error.



TESIS DE MAESTRÍA

86

La tercera es que, el programador debe mentalmente visualizar la ruta de la

herramienta tal como lo está programando, y.

La cuarta es, el consumo tiempo-máquina.

En la figura 3.3 se muestra el dibujo de la pieza a maquinar con sus respectivas

dimensiones.

Figura 4.1 Maquinado de una probeta en el torno CNC Boxford 250.

Figura 4.2 Probeta de aluminio maquinada en torno con CNC.



TESIS DE MAESTRÍA

87

4.3 PROGRAMACIÓN APLICANDO PROGRAMAS CAD/CAM

El diseño y la fabricación asistidos por computadora (CAD/CAM) es una disciplina

que estudia el uso de sistemas informáticos como herramienta de soporte en todos los

procesos involucrados en el diseño y la fabricación de cualquier tipo de producto. Esta

disciplina se ha convertido en un requisito indispensable para la industria actual que se

enfrenta a la necesidad de mejorar la calidad, disminuir los costos y acortar los tiempos de

diseño y producción. La única alternativa para conseguir este triple objetivo es la de utilizar

la potencia de las herramientas informáticas actuales e integrar todos los procesos, para

reducir los costos (de tiempo y dinero) en el desarrollo de los productos y en su fabricación.

Con este modelo de maquinado, se presentaron grandes ventajas en comparación del

programado manualmente. Durante la realización del presente trabajo, primeramente se

diseñó el dibujo con el programa de Auto CAD 2000, que también se puede lograr con

versiones más recientes, el cual brinda todas las facilidades para su edición, proporcionando

todos los valores de las dimensiones de la pieza a maquinar.

Una vez teniendo el diseño de la pieza a obtener (figura 3.3), el dibujo se vincula a

la unidad de procesamiento para que el programa Máster CAM lo pueda interpretar y de esa

manera generar la codificación, posteriormente antes de ser maquinado fue necesario que se

realizara la simulación, esto con la finalidad de verificar que no existan errores en el

proceso. Se recomienda que la computadora cuente con un antivirus (Kaspersky, AVG 7.5,

etc.) con el fin de no perjudicar los archivos contenidos en la máquina misma.



TESIS DE MAESTRÍA

88

Figura 4.3 Simulación del maquinado en el torno Boxford 250

Resulta conveniente que para el maquinado, primeramente se utilice un material

menos costoso, para inspeccionar y observar físicamente que en realidad sea como se

planteo la pieza propuesta inicialmente.

La programación asistida por computadora tiene las siguientes ventajas sobre los

métodos manuales:

Uso de lenguaje simbólico.

Menor tiempo de programación. La programación puede acomodar una gran

cantidad de datos acerca de las características de la máquina y las variables de

proceso, como potencia, velocidades, avance, forma de la herramienta,

compensación por cambios de forma debidos a desgaste de herramienta, deflexiones

y uso de enfriador.



TESIS DE MAESTRÍA

89

Menor posibilidad de error humano, que puede hacerse en la programación manual.

Capacidad de visualizar en pantalla una secuencia de máquina, para fines de

corrección.

Capacidad de cambios sencillos, de secuencia de maquinado.

Menor costo, porque se requiere menos tiempo para programar.

Los programas que se utilizaron para este trabajo son el Auto Cad versión 2004 y

Máster Cam versión 4.38, Esto facilita los problemas, eliminando la necesidad de aprender

un nuevo lenguaje entero. Trae como consecuencia un significativo impacto en el tiempo

necesario para producir un programa entero.

4.4 PROGRAMACIÓN APLICANDO GENERACIÓN DE TRAYECTORIAS

Con este modelo de creación de trayectorias, la cual es muy práctica, ya que

solamente requiere un trazado de líneas en el plano cuadriculado como el que se observa en

la figura 4.1. Aquí se controlan no sólo la posición final de la herramienta, sino el

movimiento en cada instante a lo largo de los ejes. La coordinación de su movimiento es

usando técnicas de interpolación lineal y circular. Los cálculos de velocidad de avance,

velocidad de corte, elección de herramienta, etc. los realiza la máquina misma en forma

automática.

Mediante la simulación del proceso, se genera automáticamente la codificación para

ejecutarse cuando el operador lo desee. Cabe mencionar que este modelo se aplica

únicamente para generación de una geometría sencilla, ya que si se desea realizar

trayectorias complejas, se tiene que recurrir a la programación con CAD/CAM.



TESIS DE MAESTRÍA

90

Figura 4.4 Plano cuadriculado para la generación de trayectorias (ventana de CAD)

Fig. 4.5 Representación gráfica del diseño de una probeta, aplicando creación de trayectorias.



TESIS DE MAESTRÍA

91

La secuencia del maquinado es proporcionada por el operario, indicando las dimensiones

de la pieza para su manufactura con un acabado fino, considerando los criterios para

seleccionar los puntos de referencia (longitud y diámetro de la pieza a manufacturar). El

torno debe estar en posición home, con cero pieza y cero máquina, para indicar los puntos

de referencia de su manufactura y generar el programa código que el sistema puede

interpretar.

4.5 ASPECTOS GENERALES

La programación MANUAL se aplica cuando las operaciones a realizar disponen de

muy poco tiempo. Generalmente se trata de geometrías 3D, agujeros o perfiles en

repetición. Es una programación utilizada en empresas dedicadas a la fabricación de piezas

de producción o a elementos que, como ya se ha señalado, no requieren operaciones

complejas.

La programación CAD/CAM se utiliza cuando las geometrías de los dibujos son

complejas y cuando la pieza es una figura con definiciones en 3D. Es la programación

empleada en los talleres de TORNEADO.

Sin embargo con el método GENERACIÓN DE TRAYECTORIAS, el cual es una

programación más gráfica, se puede realizar el maquinado de una forma sencilla e

inmediata, para geometrías en 3 D.

Una parte importante en el diseño es la construcción, donde todas las ideas en papel

se cumplen y se dan a conocer tanto los éxitos como los errores en el diseño. Es importante

notar que los parámetros calculados sirven de referencia, pues en su maquinado real tienen

que ser modificados debido a situaciones externas por ejemplo no contar con la herramienta

adecuada, impurezas en los materiales que hace que sus propiedades no sean uniformes,

entre otras.

Una buena manufactura de la pieza traerá como consecuencia: uniformidad de

propiedades mecánicas, reducción de esfuerzos y buen acabado superficial.

El tiempo y costos de producción dependen en gran manera del adecuado plan de

proceso para cada pieza, apropiados parámetros de corte y uso correcto de las herramientas

y máquinas-herramienta.



TESIS DE MAESTRÍA

92

CONCLUSIONES

De lo presentado y discutido en el trabajo se pueden deducir las siguientes

conclusiones:

El resultado del análisis de estos procedimientos y observaciones, proporciona una

herramienta fundamental para poder decidirse por un método eficiente. Esto ayudará a los

usuarios no expertos a manufacturar piezas con un mínimo de asesoramiento, ya que los

procedimientos se deben de desarrollar de manera sencilla y para el fácil aprendizaje del

usuario.

Los resultados también muestran que de acuerdo a la magnitud de complejidad de

cada uno de estos modelos presentados en este trabajo, se puede decir que la mejor Opción

para la programación del torno CNC, es la técnica en donde se aplican los programas CAD-

CAM, el uso generalizado del sistema Diseño Asistido por Computadora (CAD), a llevado

a perfeccionamientos importantes en la generación de programas con control Numérico

Computacional. Esta combinación permite la transferencia de información de la etapa de

diseño a la etapa de planeación para la manufactura de un producto, sin necesidad de volver

a capturar en forma manual los datos sobre la geometría de la pieza. La base de datos que

se desarrolla durante el CAD es almacenada; posteriormente ésta es procesada por el CAM,

para obtener los datos y las instrucciones necesarias para maquinar.

Se demuestra también, que éste método está al alcance de usuarios que no tienen

experiencia en Control Numérico Computacional, y que la aplicación de esta misma,

facilita el trabajo en aquellos casos, en que se requiere diseñar y maquinar, evitando el uso

de los códigos G y M.

El uso de estos sistemas ahorra tiempo, recursos de producción y costos, con un

aumento de la eficiencia y de la exactitud dimensional. Abarcan el diseño gráfico, el

manejo de bases de datos para el diseño y la fabricación, control numérico de máquinas

herramienta y simulación de procesos.

La evolución del CAD/CAM ha sido debida, en gran parte, a que esta tecnología es

fundamental para obtener ciclos de producción más rápidos y productos elaborados de

mayor calidad. “A mejor tecnología, mayor producción. Producir más, en menos tiempo y

mejor calidad”. Consiguiendo con todo esto un impacto del uso y aplicación de máquinas-

herramienta con CNC en la rama educativa del Instituto Tecnológico superior de Poza Rica.



TESIS DE MAESTRÍA

93

RECOMENDACIONES PARA TRABAJO FUTURO

En base a los resultados obtenidos, se recomienda continuar con éste trabajo:

Aplicar éstas metodologías, al maquinado de piezas de aluminio, caracterización de

piezas, al ser maquinadas con refrigerante y sin refrigerante

Fabricar algún tipo de prótesis, utilizando y validando las metodologías propuestas.



TESIS DE MAESTRÍA

94

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TESIS DE MAESTRÍA

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TESIS DE MAESTRÍA

97

ANEXO A: Tabla de códigos generales empleados en la programación del torno Boxford

250 con Control Numérico Computacional.

CÓDIGO

GRUPO

FUNCIÓN

USO DE

DIRECCIÓN DEL

CÓDIGO

G00

1

MOVIMIENTO

TRANSVERSAL

RÁPIDO

X (U) Z (W)

G01 INTERPOLACIÓN

LINEAL X (U) Z (W) F

G02

INTERPOLACIÓN

CIRCULAR (A

FAVOR DE LAS

MANECILLAS DEL

RELOJ)

X (U) Z (W) I K F L

G03

INTERPOLACIÓN

CIRCULAR (EN

CONTRA DE LAS

MANECILLAS DEL

RELOJ)

X (U) Z (W) I K F R

G04 0 TIEMPO P

G20

6

PROGRAMANDO

UNIDADES

IMPERIALES

G21

PROGRAMANDO

UNIDADES

MÉTRICAS

G50

0

MÁXIMA

VELOCIDAD

(VÁLIDO CUÁNDO

G 96 ESTÁ

ACTIVADO)

S

G75

CICLO DE

RANURADO

SOBRE EJE X

X (U) Z (W) F P Q R

G76

CICLO DE

ROSCADO SOBRE

EJE Z

X (U) Z (W) F P Q R

Códigos G para Control Numérico Computacional [25].

mk:@MSITStore:C:\Documents%20and%20Settings\Pablo%20Argumedo\Mis%20documentos\RESPALDO%20ARGUMEDO\ESCRITORIO%20MANUFACTURA\Help\DUET.chm::/l1605a.htm#g75




TESIS DE MAESTRÍA

98

CÓDIGO GRUPO FUNCIÓN

USO DE

DIRECCIÓN DEL

CÓDIGO

G80 10 CICLO

CANCELADO X (U) Z (W) R F

G83

1

CICLO DE

TALADRADO

SOBRE EL EJE Z

X (U) Z (W) F P Q R

G90 RECORTE DE

CICLO AXIAL X (U) Z (W) R F

G94 RECORTE DE

CICLO RADIAL X (U) Z (W) R F

G96

2

VELOCIDAD

CONSTANTE DE

LA SUPERFICIE

S

G97 VELOCIDAD

CONSTANTE (RPM) S

G98 5

MM/MIN F

G99 MM/REV F

Continuación de Códigos G para Control Numérico Computacional [25].

ANEXO B: Tabla de códigos misceláneos empleados en la programación del torno

Boxford 250 con Control Numérico Computacional.

CÓDIGO FUNCIÓN

USO DE

DIRECCIÓN DEL

CÓDIGO

CI PROGRAMAR PARADA INTERMEDIA

M01 PROGRAMAR PARADA OPCIONAL

M02 FIN DE PROGRAMA (UNA SOLA

CANTIDAD)

M03 INICIO DE GIRO A FAVOR DE LAS

MANECILLAS DEL RELOJ S

M04 INICIO DE GIRO EN CONTRA DE LAS

MANECILLAS DEL RELOJ S

M05 PARADA DE GIRO

M08 ABRIR REFRIGERANTE

Códigos M para Control Numérico Computacional [25].






TESIS DE MAESTRÍA

99

M09 CERRAR REFRIGERANTE

M10 ENCENDER MANEJO DE HERRAMIENTA

M11 APAGAR MENEJO DE HERRAMIENTA

M16 ORIENTACIÓN DE GIRO

M26 ATRAPAR DENTRO DEL ÁREA

M27 RETIRAR DENTRO DEL ÁREA

M30 FIN DE PROGRAMA(REPETIR)

M39 CERRAR CHUCK AUTOMÁTICO

M40 ABRIR CHUCK AUTOMÁTICO

M48 ABRIR SEGURO AUTOMÁTICO

M49 CERRAR SEGURO AUTOMÁTICO

M98 LLAMAR SUBRUTINA P

M99 FIN DE SUBRUTINA

Continuación de Códigos M para Control Numérico Computacional [25].



TESIS DE MAESTRÍA

100

ANEXO C: Codificación para el maquinado de la probeta.

Org Programación Material: Aluminio

Titulo: Probeta Escrito Hoja

Descripción Prep Misc Ejes Alim. Desp. Hta.

N G M X Z I K F S U W P Q R T

10

20 21

Careado 30

Giro hacia la

izquierda

40 1

50 30 10

60 96 4 225

70 99

80 0 0

90 11

100 1 -1 0.09

110 0 1

Diámetro de

desbaste

120

130 12

140 9

150 1 -202.6

160 12.5

170 0 18

Desbaste con herramienta tipo

1

180

190 1 12

200 0 14.5

210 -59

220 1 9

230 -59.294

240 7.11 -61.094

250 -139.8

260 11

Acabado con

herramienta tipo I

270

280 12

290 96 4 250

300 0 13.5

310 1

320 8

330 1 0 0.05

340 -59

350 -60.246

360 6.054 -62.1

370 6.1 -138.9 0.09

380 6 -139 0.05

390 2 8 -140

400 1 -200

410 -202.6

420 11

Desbaste con

herramienta tipo

II

430

Formato para la programación manual del torno Boxford 250.



TESIS DE MAESTRÍA

101

Continuación de anexo C.

Org Programación Material: Aluminio

Titulo: Probeta Escrito Hoja

Descripción Prep Misc Ejes Alim. Desp. Hta.


440 0 30

450 5 10

Cambio de

Herramienta

460 2

470 96 4 225

480 0 -62.1

490 12.5

500 1 6.1 0.09

510 0 8

Acabado con herramienta tipo

II

520

530 30

540 5 10

Giro hacia la derecha

550 3

560 250

570 0 -64.5

580 0 10.5

590 1 6 -60

600 2 8 -59 0.05 1

Acabado con

herramienta de tipo II

610

620 0 30

630 5 10

Herramienta de

separación

640 2

650 96 4 250

660

670 0 -62.1

680 10.5

690 1 6

700 -139

Separador 710

720 0 11

730 -202.2

740 10

750 8 -202.1

760 -1

770 0 30

Acabado 780

790 5 10

Giro hacia la izquierda

800 1

810 30




TESIS DE MAESTRÍA

102

ANEXO D: Codificación para el roscado de la probeta.

Titulo: Roscado Escrito Hoja Descripción Prep Misc Ejes Alim. Desp. Hta.


10

20 21

Careado 30

40 1

50 30 10

60 96 4 225

70 99

80 0 0

90 9

100 1 -1 0.09

110 0 1

Diámetro de

desbaste

120

130 10

140 15

Acabado con

herramienta

tipo I

150

160 10

170 96 4 250

180 0 8




TESIS DE MAESTRÍA

103

Continuación de anexo D.

Titulo: Roscado Escrito Hoja Descripción Prep Misc Ejes Alim. Desp. Hta.

N G m X Z I K F S U W P Q R T

190 1 0 0.05

200 -21

210 -50

Roscado

externo

230

240 0 30

250 5 10

260 2

270 97 4 350

280 0 2.5

290 10

300 76 2006

0

50 0.05

310 76 6.24 1.25 -24 881 179

Acabado 320

330 0 30

340 5 10

350 1

360 30
