INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Unidad Profesional Interdisciplinaria en

Ingeniería y Tecnologías Avanzadas

UPIITA

“Maquina fresadora de control CNC

tipo cartesiano para materiales

plásticos y madera”

Que para obtener el título de

Ingeniero en Mecatrónica

Presenta:

Michael David Pérez Valdez

Asesores

M. en C. Cecilia Fernández Nava

M. en C. Juan Roberto Rodríguez Bello M. en C. Mauricio Méndez Martínez

México D.F. Febrero 2016

AGRADECIMIENTOS

Dedico este proyecto de titulación; primero a mi madre por su incesante e incondicional apoyo, a

mi familia como fuente inagotable de formación de carácter, a Yadira por su cariñoso soporte en

tiempos difíciles, a los profesores de la UPIITA que formaron mis conocimientos, al IPN y al pueblo

de México.

I

Indice de contenido

Capítulo 1: Introducción a las máquinas de control CNC………………………....….1 1.1 La importancia del uso de máquinas de control CNC en pequeñas empresas e instituciones de educación pública…………..........................................................1 1.2 Conceptos básicos: fresa, fresado y fresadora………………..……………….4 1.3 Evolución de la fresadora……………....................……………………………..6 1.4 La introducción del control numérico a la fresadora…..............................…..6 1.6 Características del control CNC actual…………………….....…………………8 1.7 Estado del arte…………………………….....…………………………………….9 Capítulo 2: Planteamiento del problema………………….....................……………..12 2.1 Administración del proyecto……………......……………………………………12 2.2 Descripción de los sistemas que componen el diseño…………….…………17 2.2.1 Tipos de desplazamientos..…………………………………………………18 2.2.2 Sistema de control de posición……………………………………......……18 2.2.3 Control de precisión………………………………....................…………...19 2.2.4 Control electrónico y diseño mecánico………………………………........21 Capítulo 3: Propuesta de solución…………………...........................……………….22 3.1 diseño de selección………..........………………………………………………..23 3.1.1 Selección topología mecánica…………..…………………………………..23 3.1.2 Sistema de posicionamiento…………………………….............................28 3.1.3 Fuente de movimiento ………………………………………………....…...35 3.1.4 Conexión entre motor y husillo …………………………………….........….38 3.1.5 Motor de fresado………………………………….........…………………….40 3.1.6 Selección de control electrónico………………............................………..43 3.1.7 Fuente de poder…………………………………………........................…..46 3.1.8 Material de construcción para la estructura…………………….........…….47 3.2 Diseño mecánico……………………......……………………………………….48 Capítulo 4: Validación del diseño………………………....……………………………55 4.1 Velocidad de corte………………………..………………………………………55 4.2 Esfuerzo de corte ……………….....………………………………………….58 4.3 Esfuerzo en eje Y…………………............……………………………………..61 4.4 Esfuerzo en eje X……………………….....……………………………………..64 4.5 Esfuerzo para el eje Z…………………………..………………………………..66 4.6 Análisis de esfuerzo…………………………….............………………………..67 4.7 Análisis de esfuerzo en tornillos……………………………….....……………..69 Capítulo 5: Construcción de la estructura diseñada………...........................………72 5.1 Construcción de la estructura del diseño mecánico…………………………..72 5.2 Montaje de componentes mecánicos……..……..…………………………….76

II

Capítulo 6: Conclusiones y trabajo a futuro………………………………………….80 6.1 Conclusiones…………………………........…………………………………….80 6.2 Trabajo a futuro…………………………………....……………………………81 Bibliografia……………………………...…….………………………………………….85 APENDICE A : PLANOS A DETALLES …………………………..……….…………86 APENDICE B: HOJAS DE ESPECIFICACIONES TECNICAS ………………...….94

III

Índice de tablas

Tabla 1.1 Evolución por fechas de la fresadora……………………………....……...…6 Tabla 1.2 Características de máquinas industriales existentes...........................… .9 Tabla 1.3 Características de máquinas existentes similares semiprofesionales......10 Tabla 3.1 Tipos de coples de transmisión………….………………………………….40 Tabla 4.2 Esfuerzo de corte……………………………………………………………..60

IV

Índice de figuras Figura 1.1 Esquema básico del fresado …………….…………………...…….……… 4 Figura 1.2 Varios tipos de fresas…..………………..……………………...…….…….. 5 Figura 1.3 Evolución de la fresadora hasta llegar a CNC……………..………….…. 6 Figura 1.4 Fresadora CNC actual…..………………………………………..……….. ..8 Figura 1.5 MCU de una fresadora actual………………………………..……………. .8 Figura 1.6 Prototipo UPIITA 2010 roturador PCB…………………..……………… .11 Figura 2.1 Captura de EDT primera parte………………………………………..….. .12 Figura 2.1 Captura de EDT segunda parte ……………….……………………..….. .13 Figura 2.3 Captura de EDT tercera parte ……..……………………………………... .13 Figura 2.4 Red de actividades primera parte ………………………………………… 14 Figura 2.5 Red de actividades ultima parte ……………………………………..……. 15 Figura 2.6 Captura de diagrama de Gantt hecho con Microsoft Project®….……. .16 Figura 2.7 Diagrama a bloques de las funciones de una fresadora CNC………… 17 Figura 2.8 Posicionamiento absoluto…..………………………………………….….. 18 Figura 2.9 Posición de los ejes en una fresadora CNC.…………………………….. 19 Figura 2.10 Esquema de la conexión de un eje lineal………………………………. 19 Figura 2.11 Esquema de cómo sería un sistema con control de lazo cerrado.….. 20 Figura 2.12 Funcionamiento de un encoder…………………………………………. 20 Figura 2.13 Esquema de control de lazo abierto …………………………..………… 21 Figura 3.1 Esquema de vibración y deformación de un sistema GPM.…………….24 Figura 3.2 Maquina CNC usando un sistema GPM ………………………………… 25 Figura 3.3 Esquema de vibración y deformación de un sistema WTM…………….26 Figura 3.4 Fresadora CNC con sistema WTM en eje X y Y.…………………….…..27 Figura 3.5 Fresadora CNC con sistema WTM en eje Y solamente……..…..…….. 27 Figura 3.6 Sistema de piñón con cremallera……….……………………….……….. 28 Figura 3.7 Sistema piñón con cremallera montado en una maquina CNC….……. 28 Figura 3.8 Esquema de un husillo con tuerca…………………….…………………. 29 Figura 3.9 Husillo con tuerca montado en dos ejes X y Z……………………..…… 29 Figura 3.10 Ejemplo de variedad de husillos en la industria………………..……… 30 Figura 3.11 Sistema de balines en un husillo de bolas………..…………………….. 31 Figura 3.12 Variedad de husillo de bolas………..……………………………………. 32 Figura 3.13 Factores de selección que recomienda el fabricante Thompson…….. 33 Figura 3.14 Tornillo seleccionado para el eje Y ……………………………………… 34 Figura 3.15 Tornillo rm1605 seleccionado para eje X y Z ……………………..……34 Figura 3.16 Guías lineales series SBR ……………………………..………….…….. 35 Figura 3.17 Esquema interno de un motor a pasos ………………………………… 36 Figura 3.18 Secuencia básica para un motor a pasos………..……….………….…. 37 Figura 3.19 Motor Wantai 57BYGH115-003…………….…………………………… 38 Figura 3.20 Máquina CNC usando una banda dentada para mover el tornillo...… 39 Figura 3.21 Motor para husillo de CA ………………………................…………….. 41 Figura 3.22 Motor fresador seleccionado ……………………………….…………… 42 Figura 3.23 Tarjeta de control de fresadora marca Fanuc …………………………. 44 Figura 3.24 Tarjeta compatible con software CAM más sencilla en el mercado…. 45 Figura 3.25 Tarjeta seleccionada con controlador tb6560 …………………………. 46 Figura 3.26 Fuente de poder seleccionada …………….………….………………… 47

V

Figura 3.27 Renderizado sin detalles del diseño mecánico…….……….…………. 49 Figura 3.28 Renderizado de un solo eje………………….………………………..… 49 Figura 3.29 Renderizado a detalle del eje Z ……………………………………….... 50 Figura 3.30 Renderizado placa soporte de eje Z …………………………………… 50 Figura 3.31 Placa de movimiento de eje Z…………………………….……………... 51 Figura 3.32 Placa soporte con 2 guías lineales montadas ………………………… 51 Figura 3.33 Placa de movimiento con 4 chumaceras montadas………….…….…..52 Figura 3.34 Renderizado del montaje completado…………………………..……… 52 Figura 3.35 Renderizado de eje Z montado sobre eje X ………………..…………. 53 Figura 3.36 Motor de fresado montado en el eje Z …………………………………. 53 Figura 3.37 Rendizado final 1………………………………………………………….. 54 Figura 3.38 Renderizado final 2…………………………………………………….…. 54 Figura 4.1 Cálculos para trabajos de fresado …………………………………………55 Figura 4.2 Tabla de relación de RPM y velocidad de corte……………..…………...56 Figura 4.3 Avances de diferentes tipos de fresas…………………………………….57 Figura 4.4 Esfuerzo de corte ……………………………………………………………58 Figura 4.5 El esfuerzo de corte en fresado …………………………………………...59 Figura 4.6 Los ejes en una maquina CNC …………………………………………….60 Figura 4.7 Representación de tornillo de bolas…………………………………….…61 Figura 4.8 Esfuerzo máximo y mínimo …………………………………………….…..62 Figura 4.9 Método de Soderberg……………………………………………………….63 Figura 4.10 Análisis esfuerzo para Su 55%.............................................................68 Figura 4.11 Análisis esfuerzo para Su 80%.............................................................68 Figura 4.12Tornillo de ensamble………………………………………………………..69 Figura 5.1 Casa de materiales Díaz ……………………………………….…….…… 72 Figura 5.2 Catalogo placa de aluminio ……………………………………..………... 73 Figura 5.3 Marcado en placa aluminio …………………………………………..…… 74 Figura 5.4 Corte con esmeriladora burdo ………………………………….…………. 75 Figura 5.5 Fresadora universal usada en la construcción …………………………. 76 Figura 5.6 Taladro de banco usado en la construcción …………………….……… 77 Figura 5.7 Machuelo semiconico……………………….……………………………... 77 Figura 5.8 Tablas de perforación y roscado recomendadas …………………….… 78 Figura 5.9 Corte de tornillo con esmeriladora ………………………………..……… 79 Figura 5.10 Chumacera hecha con cold roll …………………………………………..79 Figura 5.11 Kit completo de ensamble de tornillo …………………………………… 79 Figura 5.12 Eje Z montado por completo … …………………………………….…… 80 Figura 5.13 Marcado en placa para montado ………………………………………... 81 Figura 6.1 Sistema de enfriamiento automático………….………………………….. 82 Figura 6.2 Motor a pasos con encoder…..…………………………………………… 82 Figura 6.3 Un sistema con pórtico movible……………………………..……………. 83 Figura 6.4 Sistema de mesa movible embonado un eje sobre otro……………...… 83 Figura 6.5 Reutilización mesa de trabajo para proyecto alternativo…………….….84

VI

Resumen: Actualmente México se encuentra en desventaja competitiva y de eficiencia respecto a sus competidores en Estados Unidos, Europa y principalmente Asia. En México las PYME1 mexicanas así como los sectores públicos como universidades necesitan instalaciones lo más equipadas posibles para aumentar el crecimiento económico del país. En los últimos 50 años México perdió hasta un 55% en materia de competitividad respecto a sus competidores en Asia, con esta pérdida de competitividad de 1955 a 2005 se pudieron haber producido hasta 15 millones de empleos, estos significa que prácticamente todos los migrantes en Estados Unidos pudieron haber tenido empleo en este país. Este trabajo presenta el diseño y construcción de un prototipo de una máquina fresadora con control CNC2 para el fresado, desbastado y perforado de materiales plásticos, acrílicos, maderas y aluminio. Logrado mediante el uso de dispositivos mecánicos, electrónicos, y la aplicación de técnicas e instrumentos de control. Este prototipo servirá para acercar el maquinado de tipo computarizado a las PYMES Mexicanas así como instituciones de educación pública al precio más accesible posible, aumentando la competitividad de estas en comparación a otras regiones del mundo. ABSTRACT: Currently Mexico is competitive and efficiency disadvantage compared to its competitors in the US, Europe and especially Asia. In Mexico the Mexican small Business and public sectors as universities need facilities equipped as possible to increase economic growth. In the last 50 years Mexico lost up to 55% in competitiveness over its competitors in Asia, with this loss of competitiveness in 1955-2005 was able to produce up to 15 million jobs, this means that virtually all migrants in United States may have been employed in this country. This paper presents the design and construction of a prototype of a CNC milling machine for milling, grinding and drilling plastics, acrylics, wood and aluminum. Achieved by using mechanical, electronic devices, and application of techniques and instruments of control. This prototype will serve to bring the computerized machining type to Mexican SMEs and public education institutions to be more affordable, increasing the competitiveness of these compared to other regions of the world Palabras clave: Máquina, maquinado, fresado, desbastado, perforado, CNC,

control computarizado.

1 Pequeña y mediana empresa 2 Computerized Numerical Control – Control Numérico por Computadora

VII

Objetivo General Diseñar y construir el prototipo de una máquina de fresado de control CNC tipo cartesiano para el fresado de materiales plásticos , madera y aluminio , con un área de trabajo de 20 x 15 cm , mediante el uso de dispositivos mecánicos, electrónicos y la aplicación de técnicas e instrumentos de control.

Objetivos Particulares 1.- Analizar y diseñar los elementos mecánicos para el prototipo.

2.- Validar los elementos mecánicos mediante un software de análisis de elemento finito.

3.- Elaborar los planos de fabricación y ensamble de los elementos mecánicos mediante la ayuda de un software CAD3.

4.- Seleccionar adecuadamente sensores, controladores y actuadores.

5.- Fabricar los elementos mecánicos a utilizar para el prototipo.

6.- Ensamblar los elementos mecánicos del prototipo.

7.- Investigar y hacer uso de estándares de comunicación en la interfaz con la PC que nos asistirá para el control de nuestro prototipo

8.- Diseñar y elaborar los circuitos de controles electrónicos necesarios para el funcionamiento adecuado de las partes mecánicas así como la comunicación con la PC del prototipo.

9.- Investigación y aprendizaje de software de diseño CNC

10.- Realizar pruebas y ajustes necesarios al prototipo.

3 Computer aided design - Diseño asistido por computadora

1

Capítulo 1: Introducción a las máquinas

de control CNC

Este capitulo tiene como finalidad el introducir al lector sobre las generalidades que

componen una fresadora de control CNC, explica los fundamentos que se necesitan

comprender para tener una visión general del problema que se busca resolver con

el desarrollo del prototipo.

En capítulos posteriores abordaremos las técnicas que usaremos para resolver el

problema; la administración que nos ayudara a programar las tareas y conseguir

con éxito terminar el proyecto en el tiempo solicitado , las técnicas de selección y

diseño , la validación técnica que confirmara el diseño , la construcción y finalmente

las conclusiones del proyecto.

1.1 La importancia del uso de máquinas de control CNC en pequeñas empresas e

instituciones de educación publica

La globalización industrial actual en la que vivimos tanto la industria privada como las instituciones públicas es muy competitiva, se requiere de adquirir equipo y maquinaria moderna para aumentar su productividad. La productividad es la relación entre la producción obtenida por un sistema productivo y los recursos utilizados para obtener dicha producción. También puede ser definida como la relación entre los resultados y el tiempo utilizado para obtenerlos 1

Se sabe que en las últimas décadas México ha perdido cada vez más terreno en términos de productividad respecto a otros países, está perdida tiene como consecuencia pérdidas económicas en PIB nacional y generación empleos. La falta de cambios que fortalecieran la competitividad del país provocó que México perdiera en los últimos 50 años más de 30% de productividad frente a Estados Unidos (…)esta caída en la productividad le impidió al país generar casi 15 millones de empleos adicionales, con lo que prácticamente todos los emigrantes mexicanos hubieran tenido oportunidades de trabajo en territorio mexicano. (…)Las regiones que avanzaron en materia de productividad en los últimos 50 años fueron Europa y sobre todo Asia (…)lo que significa que México retrocedió alrededor de 55% frente a Asia en el lapso de referencia8 2

En México actualmente las instituciones de educación públicas como las universidades se encuentran en desventaja competitiva respectos a otros países y de otras regiones del mundo por falta de inversión.

1 http://www.elblogsalmon.com/conceptos-de-economia/que-es-la-productividad. 2 México , rezagado en productividad” Noticias CNN en español autor: Eduardo Valle , Fecha: 17/ago./2010

2

Fortalecer en América Latina las instituciones de educación superior, especialmente las públicas, es un factor clave para aumentar la competitividad internacional de su estructura productiva y acceder a un nivel de alta expansión económica de largo plazo3

La realización de este proyecto está motivado por los problemas actuales de

productividad que se presenta en México. Las empresas privadas e instituciones

públicas como universidades tienen la necesidad de contar con maquinaria actual a

los precios más asequibles posibles y catapultar el crecimiento económico del país.

En la actualidad la mayoría de talleres de maquinado de pequeño y mediano tamaño usan procesos de manufactura casi en su totalidad manual, el desarrollo de procedimientos automatizados son de gran ayuda para aumentar la productividad de estas empresas. Los procedimientos manuales de fabricación tiene como consecuencia el desperdicio de mano de obra valiosa que puede ser aprovechada de una mejor manera en otros procedimientos , los procedimientos automáticos aceleran el tiempo de fabricación de una pieza así como un menor desperdicio de materiales en su maquinación. En la actualidad las instituciones de educación pública en México atraviesan problemas de presupuesto, esta situación en el entorno de globalización ha causado una desestimación referente a otros países, es importante darle oportunidad a planes alternativos para dotar a estas instituciones de instalaciones lo más completas posibles , maximizando el aprendizaje de estudiantes de ingeniería con máquinas CNC de bajo costo , el propósito en este sentido será que más alumnos puedan usar un equipo al mismo tiempo, maquinando varias piezas de forma simultánea. En el uso de máquinas de control CNC el área de trabajo va del 5% a 20% en promedio por lo que es viable pensar que el área de trabajo de 200 x 150 x 900 mm es más que suficientes para maquinar la mayoría de las piezas que se requieren. Un prototipo que auxilie a este tipo de empresas emergentes, aumentando su productividad , así como equipar instalaciones del IPN a un precio razonablemente bajo, en comparación con otras máquinas CNC del mismo tipo aumentara la actividad económica del país. El proceso de fresado y taladrado de materiales de baja y mediana dureza es ampliamente usado en la industria actual, como lo son; la maquinación y perforación de piezas mecánicas en plásticos como metacrilato, acrílicos, plexiglás, nylon, HDPE4, LDPE5, aluminio, madera, etc.

3 http://ries.universia.net/index.php/ries/article/viewArticle/34/archivos Autor: Pablo Ruiz-Nápoles 4 HDPE Polietileno de alta densidad 5 LDPE Polietileno de baja densidad

3

Para la maquinación de estos materiales es necesario varios procesos, en este caso es necesario el uso auxiliar de una PC para el diseño CNC de nuestra pieza, en la industria encontramos un estándar de programación que es nombrado código G 6 y código M7, este controla el modo en que la máquina realiza un trazado, también es muy importante el diseño mecánico preciso en movimientos para que tengamos una maquinación con acabados sin imperfecciones. El control electrónico de motores y sensores se realiza con una tarjeta de interface con la PC, esta tarjeta recibe la información de un programa en la PC y lo transforma en señales de control para los motores a pasos, estas tarjetas ya se encuentran diseñadas para fresadora CNC de propósito general, se pueden encontrar en el mercado tarjetas de diferentes precios y características, algunas de estas tarjetas están listas para trabajar con programas estándar del ramo como Mach38 o Emc29. Los materiales a fresar tiene diferentes durezas, no es lo mismo fresar un plástico blando en comparación de un metal como el aluminio que tiene una dureza más alta, es necesario que el diseño de nuestro prototipo sea confiable y que no presente fallas al enfrentarse a diferentes durezas en los materiales a maquinar. La puesta a punto de estos prototipos requiere de muchos componentes , algunos de los cuales se encuentran, actualmente, parcialmente desarrollados y estandarizados en la industria, ya que tanto el código M como Código G es un estándar para la recepción de datos en nuestra tarjeta controladora , actualmente el software de diseño CNC tiene capacidad adaptable para diferentes áreas de trabajo así como diferentes tipos de fresas, es por eso que el prototipo se desarrollara con el fin de seguir estos estándares, la capacidad de trabajar con estos estándares aumenta su capacidad de adaptabilidad y actualización, además de la capacidad de terminar el prototipo en el tiempo previsto. Este proyecto brinda la oportunidad de colaborar al aumento de productividad en México usando los conocimientos adquiridos en la carrera de ingeniería Mecatrónica.

1.2 Conceptos básicos: fresa, fresado y fresadora. El fresado es un tipo de maquinado que lleva acabo una máquina llamada fresadora, la fresa es la herramienta que está en contacto con el material, a continuación se explica algunos de los conceptos básicos acerca de esta operación. [6]

6 Lenguaje programación de bajo nivel , de tipo vectorial , G se refiere a instrucciones Generales 7 Lenguaje programación de bajo nivel , de tipo vectorial , M se refiere a instrucciones Miscelaneas 8 Software CAM – manufactura asistida por computadora 9 Software CAM – de libre distribución

4

El fresado consiste principalmente en el corte del material que se mecaniza con una herramienta rotativa de varios filos, que se llaman dientes, labios o plaquitas de metal duro, que ejecuta movimientos en casi cualquier dirección de los tres ejes posibles en los que se puede desplazar la mesa donde va fijada la pieza que se mecaniza. [6]

Figura 1.1 Esquema básico del fresado [6]

En la figura 1.1 podemos observar un esquema muy sencillo acerca de las fuerzas que intervienen en el fresado, lo que se representa por un círculo es la fresa, que es la herramienta que está en contacto directo con el material. Las herramientas de corte más utilizadas en una fresadora se denominan fresas, las fresas son herramientas de corte de forma, material y dimensiones muy variados de acuerdo con el tipo de fresado que se quiera realizar. Una fresa está determinada por su diámetro, su forma, material constituyente, número de labios o dientes que tenga y el sistema de sujeción a la máquina.10

10 desconocido. (desconocido). fresadora. 2010, de libre distribución Sitio web: www.wikipedia.com

5

Figura 1.2 Varios tipos de fresas [7]

En la figura 1.2 podemos observar algunos tipos de fresas que se encuentran en

el mercado.

Una fresadora es una máquina herramienta utilizada para realizar mecanizados por

arranque de viruta mediante el movimiento de una herramienta rotativa de varios

filos de corte denominada fresa. Mediante el fresado es posible mecanizar los más

diversos materiales, como madera, acero, fundición de hierro, metales no férricos y

materiales sintéticos, superficies planas o curvas, de entalladura, de ranuras, de

dentado, etc. Además las piezas fresadas pueden ser desbastadas o afinadas. En

las fresadoras tradicionales, la pieza se desplaza acercando las zonas a mecanizar

a la herramienta, permitiendo obtener formas diversas, desde superficies planas a

otras más complejas. [6]

Con el uso creciente de las fresadoras de control numérico están aumentando las

operaciones de fresado que se pueden realizar con este tipo de máquinas, siendo

así que el fresado se ha convertido en un método polivalente de mecanizado. El

desarrollo de las herramientas ha contribuido también a crear nuevas posibilidades

de fresado además de incrementar de forma considerable la productividad, la

calidad y exactitud de las operaciones realizadas11

11 desconocido. (desconocido). fresadora. 2010, de libre distribucion Sitio web: www.wikipedia.com

6

1.3 Evolución de la fresadora

A continuación en la figura 1.3 se muestra la evolución de la fresadora, desde su invención hasta

el comienzo del uso del control numérico en esta maquina.

Figura 1.3 - Evolución de la fresadora hasta llegar a CNC [7]

1.4 La introducción del control numérico a la fresadora

De manera muy breve en la tabla 1.1 se muestra por fecha los avances en la fresadora en cuanto a

algún tipo de control numérico y/o algún tipo de avance en la producción automatizada

TABLA 1.1 Evolución de la fresadora en control numérico por fechas

(1725) Máquinas de tejer construidas en Inglaterra, controladas por tarjetas perforadas.

(1863) M. Forneaux. Primer piano que toco automáticamente.

(1870-1890)

Eli Whitney. Desarrollo de plantillas y dispositivos. “Sistema norteamericano de manufactura de partes intercambiables”.

7

(1880) Introducción de una variedad de herramientas para el maquinado de metales. Comienzo del énfasis en la producción a gran escala.

(1940) Comienzo de la investigación y desarrollo del control numérico. Comienzo de los experimentos de producción a gran escala con control numérico.

(1955) Las herramientas automatizadas comenzaron a aparecer en las plantas de producción para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos.

(1956) Hay concentración en la investigación y desarrollo del control numérico.

(1960) Hasta la

actualidad:

Se crean varios nuevos sistemas de control numérico.

Se perfeccionaron las aplicaciones a la producción de una gama más grande de procedimientos de maquinado de metales.

Se idearon aplicaciones a otras actividades diferentes del maquinado de metales.

Se utilizaron insumos computarizados de control numérico.

Se utilizaron documentos computarizados de planeación gráficos por control numérico.

Se desarrollaron procedimientos computarizados de trazo de curvas de nivel por control numérico, a bajo costo.

Se establecieron centros de maquinado para utilización general.

8

1.6 Características del control CNC actual Un sistema de control numérico tiene tres

componentes básicos : 1) un programa de partes 2)

una unidad de control de máquina 3) el equipo de

procesamiento. El programa de partes (tecnología

máquina herramienta ) es el conjunto detallado de

comandos que va a seguir el equipo de

procesamiento. Cada comando especifica una

posición movimiento que realizara el cabezal de

sujeción en relación con el objeto procesado, una

posición se define mediante sus coordenadas x y z

, en las aplicaciones de máquina herramienta los

detalles adicionales en el programa de control

numerico incluye la velocidad de rotación del eje , la dirección del eje , la velocidad

de alimentación , las instrucciones de cambio de herramienta y otros comandos .

En el pasado los comandos de los programas se codificaron en cinta de papel

perforada usando un formato estándar,

actualmente estos datos son almacenados en

programas de partes de NC desde una

computadora central. En la figura 1.4 se observa

una fresadora CNC de diseño actual.

En la tecnología actual la unidad MCU12

(machine control unit), es una microcomputadora

que almacena el programa y los ejecuta, la MCU

está constituida por el hardware13 y software14, La

MCU también puede incluir un lector de discos

magnéticos, El software está formado por el

software de control de sistema, los algoritmos de cálculo y el software de traducción.

En la figura 1.5 se observa la pantalla de la MCU de una fresadora actual.

El software de la UCM también incluye algoritmos de interpolación con el fin de que

los movimientos del cortador sean fluidos, La MCU también permite editar el

programa de partes en caso de que contenga errores o se requieran cambiar,

debido a que la MCU es una computadora se usa en termino CNC 15 para distinguir

este tipo de control respecto a los que lo precedieron.

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

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

sistema de coordenadas cartesianas , además de tres ejes rotatorios (a,b,c) , los

12 MCU – Machine Control Unit 13 Hardware – se refiere a los componentes físicos que componente el dispositivo 14 Software - se refiere a a la programación electrónica del dispositivo 15 CNC – Control Numerico por Computadora

Figura 1.5 – MCU de una fresadora actual [7]

Figura 1.4 - Fresadora CNC actual [7]

9

ejes rotatorios se usan para que la parte de trabajo gire y presente diferentes

superficies durante el maquinado o para orientar la herramienta o cabezal de

sujeción. Casi todos los sistemas de control numérico no requieren que funcionen

los 6 ejes, los sistemas más sencillos son los graficadores, las máquinas para

procesar laminas metálicas planas, este tipo de máquinas trabajar únicamente con

los planos x-y. En contraste algunas máquinas herramientas tienen el control de 5

ejes para dar forma a geometrías de partes de trabajo complejos, este tipo de

máquina usan 3 ejes lineales y 2 rotatorios.

1.7 Estado del arte

En el mercado a nivel nacional e internacional existen diversas máquinas fresadoras

CNC , estas máquinas las podemos encontrar en gran variedades de categorías y

costos; las semi-profesionales pueden costar unos pocos miles de dólares, las de

rango profesional pueden llegar a costar hasta millones de dolares por el grado de

especialización y precisión que pueden tener.

La topología mecánica de la fresadora CNC depende del propósito que esta tenga,

una topología mecánica puede ser seleccionable para más de un tipo de propósito

específico, la dureza y dimensiones de los materiales a fresar son las que

determinaran normalmente la topología del diseño.

Algunas fresadoras CNC pueden incluir sistemas secundarios que pueden mejorar

y brindar nuevas características a su diseño, algunos de estos son: control de

velocidad de fresado por software y /o control digital, control de posición con

retroalimentación, enfriamiento de herramienta automático y/ manual, cambio

automático de herramienta, mas grados de libertad en la posición del actuador

fresador, etc. Las tablas 1.2 y 1.3 muestra una relación de algunas fresadoras CNC

en el mercado, sus características y costos.

Tabla1.2 Características de máquinas industriales existentes

Características Máquina

FERMAT WRFT 130

La FERMAT WRFT130 tiene grado profesional ,

tiene una área de trabajo de hasta 6100 x 3900

x 3100 mm , el husillo principal soporta fresas

de hasta 130 mm de diámetro y una potencia

de motor de 37 k W de potencia, capaz de

fresar acero y otros materiales de gran dureza

[8]

Costo aproximado $ 800 000 M.N.

10

OKUMA MCR-BII

- La MCR-BII es una fresadora de grado

profesional con una área de trabajo de

2000 x 2300 x 800 mm

Velocidad de husillo de hasta 4000 rpm

Motor de fresado de 30 kW

Costo aproximado $ 1200 000 M.N.

Tabla1.3 Características de máquinas existentes similares semiprofesionales

Características Máquina

BORSH 3020P

Tiene una are de trabajo máxima de 300 x

200 x 100 mm en sus ejes

Control de velocidad de husillo

Potencia de motor de 0.8 kw

Compatible con match3

Velocidad de husillo de hasta 3000 rpm

Costo aproximado $30 000 M.N.

SHERLINE 20000

Fresadora CNC de grado semi-profesional,

capaz de trabajar en una área máxima de 210

x 170 x 130 mm en sus ejes X, Y, Z

respectivamente.

Trabaja con software de libre distribución

EMC2, tiene un control de velocidad de 70 a

2800 rpm.

Soporta expansión de 1 eje rotacional.

El paquete incluye una PC cargada con

software listo para trabajo.

Varios accesorios opcionales. [9]

Costo aproximado $ 27 000 M.N.

11

ALT FX II Es un Máquina diseñada para funcionar hasta 12 horas sin interrupción Para maquinar Aluminio , Acrílico , MDF y Madera de trabajo - Adaptador para brocas de ½ , ¼ y 1/8 pulgadas

- Velocidad de avance de 150 mm / máximo

Costo aproximado $ 35 000 M.N.

Un proyecto de UPIITA que sirve como referencia es “fresadora CNC para fabricación de prototipos PCB16”, un proyecto que utiliza los mismos principios en su diseño, la fresadora CNC está diseñada solo para fabricar prototipos PCB, sus áreas de trabajo son más pequeñas sobretodo en su eje Z, esto debido a las dimensiones y grueso de una tabla fenólica. Este proyecto se ve en la figura 1.6. Este trabajo realizado en 2010 es capaz de roturar PCB, una máquina de tipo cartesiano con la cual se puede crear PCB usando el programa EMC2 que es un programa que trabaja sobre plataforma Linux (Licencia libre).

Figura 1.6 – Prototipo UPIITA 2010 roturador PCB

16 PCB – Printed circuit board – tarjeta de circuito impreso para circuitos electrónicos

12

Capítulo 2: Planteamiento del problema

A lo largo de las siguientes secciones se abordara el como se decide plantear el problema a resolver; la organización necesaria para cumplir el desarrollo del proyecto, así el cómo se harán los planteamientos que se consideran necesarios previos a desarrollar el diseño.

2.1 Administración del proyecto Las técnicas de administración nos apoyan a desarrollar el proyecto, con los requerimientos técnicos planteados en los objetivos, pero también es muy importante realizarlo en el tiempo pactado, las técnicas que se usaron son las siguientes: La EDT17 ayuda a plantear todas las actividades a realizar así como el tiempo para realizar dichas actividades, esta técnica plantea la problemática del tiempo, para determinar si se es capaz o no de completar el proyecto, tanto el diseño como la construcción. La TRL 18 plantea quien debe de ser el responsable en cada actividad planteada en la EDT.

Figura 2.1 EDT primera parte

17 EDT – Estructura de división del trabajo 18 TRL – Tabla de responsabilidad lineal

13

En la figura 2.1 se muestra el archivo de Excel® donde está la primera parte de la EDT y la TRL, para simplificarlo lo más posible en la misma hoja de Excel® de Microsoft® se encuentra las actividades, su duración, pero también el responsable de cada actividad a realizar, como el equipo de trabajo es de una sola persona se simplifica mucho, sin embargo se incluyen actividades con los asesores del proyecto, e incluso la presentación del mismo. En las figura 2.2 y 2.3 se muestra la captura de las partes restantes de la misma relación.

Figura 2.2 Captura EDT segunda parte

Figura 2.3 Captura de EDT tercera parte

14

La red de actividades (ver figura 2.4) es una representación gráfica de las actividades a realizar, los tiempos en los que se deben de terminar cada una, cual debe de ir antes o después de cada actividad.

Figura 2.4 Red de actividades primera parte

15

En la figura 2.4 y 2.5 se muestran la red de actividades propuesta.

Figura 2.5 red de actividades ultima parte

16

El diagrama de Gannt es otra técnica de administración, se plantean las actividades con un esquema de duración de actividades, su principal ventaja es que muestra la ruta crítica, es decir las actividades donde se tiene menos tiempo para realizar, las que tiene prioridad sobre otras, las figuras 2.6 es una captura de solo algunas etapas del diagrama de Gannt , ya que es muy largo.

Figura 2.6 Captura de diagrama de Gannt hecho con Microsoft project®

17

2.2 Descripción de los sistemas que componen el diseño

La fabricación automatizada tiene muchas ventajas; permite usar mano de obra

mínima para su operación, repetitividad, control de calidad más alto, incremento de

la productividad, reducción de tiempo, eficiencia, entre otras, sin sacrificar la

fiabilidad y calidad, la principal desventaja es el costo de adquisición.

Se diseñara una fresadora CNC19 que satisfaga sus necesidades de producción,

pero que también sea lo suficientemente flexible para que sea actualizable y

adaptable para otras necesidades, como lo son el expandir su mesa de trabajo o el

agregar más ejes de maquinación y el poder fabricar piezas más complejas

En la industria de maquinación es muy importante trabajar bajo estándares que nos

garanticen una capacitación lo más sencillo posible , para eso es primordial que la

fresadora CNC que diseñaremos sea 100% compatible con software CAM20 de

diseño CNC, esto nos garantiza el auxilio de una herramienta tan popular y flexible

como lo es una PC hoy en día. [3]

El diseño debe comprender las siguientes etapas:

a) Diseño de la pieza por software.

b) Exportación a Código G.

c) Comunicación con la interfaz.

d) Sensores y actuadores del sistema así como alimentación eléctrica.

e) Herramienta de fresado.

f) Ejecución comandos directrices de los ejes X-Y-Z.

g) Pieza terminada.

El diagrama a bloques de las funciones básicas se encuentra en la figura 2.7.

19 CNC – Computarized numeric control – Control numérico por computadora 20 CAM – Manufactura asistida por computadora

Figura 2.7 Diagrama a bloques de las funciones de una fresadora CNC [3]

18

El prototipo de fresadora de CNC que se diseña necesita sistemas de precisión que

nos sirvan de guía para el trazado de figuras en el maquinado, desde las más

sencillas hasta superficies complejas en tres dimensiones, para esto es necesario

usar sistemas auxiliares que garanticen que nuestro prototipo seguirá las

instrucciones dadas por el programa de diseño.

2.2.1 Tipos de desplazamientos

Los sistemas de control usados en CNC son dos. De punto a punto y de trayectoria

continúa:

a) Los sistemas de punto a punto o también llamados sistemas de

posicionamiento mueven el cabezal de sujeción a una posición programada

sin considerar la trayectoria que toman. [4] Se muestra en la figura 2.8.

b) Los sistemas de trayectoria continua proporcionan un

dominio continuo y simultaneo de más de un eje, por lo

que controlan la trayectoria que sigue la herramienta

en relación con la parte, esto permite que la

herramienta ejecute el proceso mientras se mueven los

ejes y habilita el sistema para generar superficies

angulares, curvas en 2 dimensiones o contornos en

tres dimensiones. [4]

Otro aspecto de control de movimiento se refiere a las posiciones en el sistema de

coordenadas, las cuales se definen de forma absoluta o incremental .En el

posicionamiento absoluto las posiciones de las cabeza de trabajo siempre se

definen respecto al origen del sistema de coordenadas. En el posicionamiento

incremental la siguiente disposición del cabezal de sujeción se define de acuerdo a

la posición actual. [4]

2.2.2 Sistema de control de posición

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

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

sistema de coordenadas cartesianas , además de tres ejes rotatorios (a,b,c), los

ejes rotatorios se usan para que la parte de trabajo gire y presente diferentes

superficies durante el maquinado o para orientar la herramienta o cabezal de

sujeción. Casi todos los sistemas de NC no requieren que funcionen los 6 ejes, los

sistemas más sencillos son los graficadores, las máquinas para procesar laminas

metálicas planas, este tipo de máquinas trabajan únicamente con los planos x-y. En

contraste algunas máquinas herramientas tienen el control de 5 ejes para dar forma

a geometrías de partes de trabajo complejos, este tipo de máquina usan 3 ejes

Figura 2.8 Posicionamiento absoluto[4]

19

lineales y 2 rotatorios, sin embargo en este caso en particular la máquina usara 3

ejes lineales. A continuación en la figura 2.9 se muestra la posición de los tres ejes

lineales. [4]

Figura 2.9 Posición de los ejes en una fresadora CNC [4]

El motor lograra el movimiento lineal en los ejes, a continuación un ejemplo en

donde el motor es conectado usando un cople, el movimiento rotacional en el tornillo

provoca uno lineal en la tuerca, que a su vez está conectada a una placa, esta placa

se conecta a la mesa de trabajo o bien a otro eje embonado, este ejemplo se

muestra en la figura 2.10. [4]

2.2.3 Control de precisión

Este sistema debe de ser capaz de proveer a la máquina de la precisión en los

movimientos de los ejes, estos movimientos se traducen en el correcto fresado de

los materiales, este puede ser por un sistema de control de lazo cerrado o bien por

Figura 2.10 Esquema de la conexión de un eje lineal [4]

20

un sistema de control de lazo abierto. La diferencia es que un sistema de ciclo

abierto opera sin verificar la posición adecuada del movimiento, en cambio un

sistema de ciclo cerrado usa una retroalimentación que verifica la posición precisa.

[4]

El sistema de control de lazo cerrado este es usado más ampliamente en sistemas

industriales y que manejan materiales de alta resistencia. Los sistemas de lazo

abierto son usados solo en los maquinados que trabajan con materiales muy

blandos y en donde el material no presenta alta resistencia alguna al maquinado.

[4]

Los sistemas de lazo cerrado usan motores y mediciones de retroalimentación para

asegurar que se tiene la posición deseada, esto se puede apreciar en la figura 2.11.

En los sistema de lazo cerrado un sensor provee la retroalimentación en estos

casos es un codificador óptico (encoder), que consiste en una fuente de luz, un foto

detector y un disco que contiene una serie de ranuras atreves de las cuales se

destella la luz para que el foto detector mande un pulso, no siempre es un encoder

, hay resolucionadores que también proveen esta función con más precisión aun.

[4]

Figura 2.12 Funcionamiento de un encoder. [4]

Figura 2.11 Esquema de cómo sería un sistema con control de lazo cerrado [4]

21

Conforme gira el eje las ranuras provocan que la fotocelda capte la fuente de luz como una serie de destellos, los cuales se convierten en pulsos por los cuales se calcula la frecuencia que determina la posición y velocidad de la mesa de trabajo, esto se muestra en la figura 2.12. La serie de pulsos que genera el codificador se compara con la posición de coordenadas, la unidad de control de máquina usa la diferencia para conducir el motor. [4] Es muy importante aclarar que aunque existe la opción de un sistema de control de

lazo cerrado este no se usara, se usara un sistema de control de lazo abierto, las

razones para tomar esta decisión es que en este sistema el material más duro es

el aluminio, por lo cual no presenta una resistencia muy alta y por esta razón no es

necesario, otra razón es que el tiempo se reduce, ya que el tiempo de desarrollo del

prototipo es por un solo integrante, reduciendo así costo y tiempo. [4]

Figura 2.13 Esquema de control de lazo abierto [4]

En la figura 2.13 se muestra el diagrama de control de un sistema de control de

lazo abierto para un sistema mecatrónico simple.

2.2.4 Control electrónico y diseño mecánico

Para el diseño mecánico se diseñara piezas que cumplan con el propósito de

trasmitir el movimiento hacia el sistema de control, para ello en la siguiente sección

se propone el diseño de estas piezas, en el diseño a detalle se elaboraran los planos

de dichas piezas.

Para el control electrónico se usara una tarjeta de control de formato estándar

disponible en el mercado hoy en día, ahorrando tiempo y esfuerzo, ya que se usara

un sistema de control de lazo abierto no se necesita diseñar el control electrónico,

solo se seleccionara y se implementara, en la secciones posteriores se detallara

estos procesos.

22

Capítulo 3: Propuesta de solución

Los temas que se abordaran en esta sección son la selección de los componentes que se adquieren, así como aquellos que se diseñaran y fabricaran, más adelante se detallara todo el procedimiento de cálculos y justificación técnica para asegurar el correcto funcionamiento del prototipo.

Es importante señalar que la correcta selección de materiales, componentes y diseño de piezas en el diseño del prototipo es vital, para esto fue necesario invertir mucho tiempo en la investigación de todas las áreas necesarias, tiempo que también permitió estudiar máquinas similares en el mercado, entender y comprender los argumentos técnicos en cada parte que compone una fresadora CNC, para poder seleccionar y diseñar los componentes más adecuados que cumplan con los requerimientos del prototipo , cometer un error en esta etapa tomara mucho tiempo corregirla de forma posterior, los errores pueden causar repercusiones económicas, pérdida de tiempo y que la fresadora CNC21 no trabaje adecuadamente .

Los componentes que se adquieren deben de cumplir con las especificaciones de nuestro prototipo, ser confiables, trabajar bajo las condiciones de operación necesarias. Estos componentes de forma resumida son; motores, tarjeta de control, fuente de alimentación, sensores, así como algunos elementos mecánicos que por su costo-beneficio es mejor adquirirlos hechos que fabricarlos uno mismo.

Los componentes que se diseñan y fabrican son elementos mecánicos; como la estructura, los ejes, chumaceras, soportes de motor, etc. Estos elementos no basta solo ser diseñados en base a la topología mecánica seleccionada, estos deben ser diseñados para soportar las cargas de trabajo seleccionadas, situaciones críticas de trabajo, capaces de soportar las cargas, esfuerzos y fuerzas involucrados en la maquinación de piezas, para esto nos ayudamos de metodologías matemáticas y físicas que nos permiten garantizarlo, más adelante se detallaran los cálculos y se justificara técnicamente el diseño.

El diseño correcto garantiza que el prototipo realizara el trabajo de la forma adecuada, bajo las especificaciones requeridas, y en los tiempos necesarios. El diseño está compuesto tanto de las piezas que se seleccionan y se adquieren hechas, así como de aquellas que se diseñan y fabrican.

De forma resumida indicaremos cuales son las características técnicas que debe

de cumplir el prototipo para poder seleccionar y diseñar los componentes que son

necesarios, dentro de las características más importantes son:

21 CNC – Control numérico por computadora

23

a) El prototipo debe de tener una área de trabajo de 150 x 200 x 90 mm, en los ejes X, Y, y Z respectivamente.

b) El prototipo debe de ser capaz de maquinar piezas de materiales con dureza de hasta aluminio y menores a esta.

c) El prototipo deberá de ser capaz de comunicarse con la pc usando software estándar de este rubro de maquinado como Mach322 y otros.

d) El prototipo contara con un control de velocidad que sea capaz de controlar la velocidad del husillo en rpm.

e) El prototipo debe de ser controlado por una tarjeta de interface con la PC, la tarjeta recibe las instrucciones del programa CAM23 de la PC y manda las señales adecuadas a los motores para que estos posicionen el husillo en la posición exacta necesaria.

Para una mejor compresión, este capítulo se dividirá en dos partes, la primera en el diseño de selección y la otra sobre el diseño mecánico.

3.1 diseño de selección

En esta sección abordaremos todos los temas relacionada a la selección de componentes, los componentes que no son diseñados, que son adquiridos, sin embargo es muy importante seleccionar los correctos, la correcta selección es vital para que el diseño sea el adecuado.

El diseño de selección perfila los componentes que necesitamos, para después diseñar por completo aquellos que diseñaremos por completo, nos dar un perfil general de la máquina, y constituye el primera paso como tal en el diseño del prototipo.

3.1.1 Selección topología mecánica

Para la correcta selección de la topología mecánica es necesario comprender el recorrido de los ejes y el material a maquinar para tomar la decisión correcta. Las opciones disponibles en la topología mecánica de la fresadora CNC son GPM y WTM, a continuación explicaremos con más detalle de en qué consisten:

A) Los sistemas de pórtico movible (GPM) tiene la ventaja de trabajar en áreas más extensas, este tipo de máquinas son recomendadas para materiales extensos y de baja dureza, como para rotular plásticos, etc. [9]

22 Mach3 – Software de diseño CAM 23 CAM – Manufactura asistida por computadora

24

Ventajas de sistema de GPM (de pórtico movible) [9]

- Amplia área de trabajo - Se configura a diferentes espacios - Para proyectos de largas extensiones y baja precisión

Desventajas de sistema GPM [9]

- No recomendable para materiales duros - No recomendable para proyectos de precisión

Figura 3.1 Esquema de vibración y deformación de un sistema GPM [9]

Como podemos observar en la figura 3.1 entre más largo es el recorrido mayor es la deformación, justo a la mitad del recorrido la máquina tiene su peor desempeño tanto en vibración como en deformación, este tipo de error no es aceptable en maquinación de piezas metálicas, el trabajar con áreas grandes hace complicado minimizar dichas imperfecciones, esta situación no es recomendable para el tipo de materiales que deseamos trabajar.

25

Figura 3.2 Maquina CNC usando un sistema GPM [7]

Como podemos observar en la figura 3.2 el sistema GPM es ideal para usarse en áreas de trabajo mucho más grande y en materiales más blandos, un ejemplo de esto es este router24 CNC que fresa madera.

B) Los sistemas de mesa movible (WTM) tienen más precisión y más fuerza para trabajar con materiales más duros, sin embargo no son recomendables para materiales extensos. [9]

Ventajas de sistema WTM (de mesa movible) [9]

- Recomendable para proyectos con materiales duros - Recomendable para proyecto de alta precisión - Bajo ruido en operación

Desventajas de sistema WTM [9]

- Pequeña área de trabajo Los sistemas WTM tienen un área más pequeña de trabajo pero están recomendadas para maquinar piezas de metales y de alta resistencia.

24 Router o máquina rebajadora es una herramienta usada para desbastar, cortar o ahuecar un área del frente de una pieza

26

En la figura 3.3 podemos observar que el sistema WTM ofrece una mejor respuesta ante la deformación, esto se debe a que las guías lineales ofrecen una fuerza de reacción, esta fuerza de reacción disminuye la vibración y deformación, también reduce los errores en la maquinación de piezas.

Se concluye que el sistema WTM es el indicado sin duda cuando se maquinan piezas metálicas y de dimensiones pequeñas, y que el sistema GPM es el indicado cuando se trata de materiales más blandos y de dimensiones más grandes. En este caso es necesario trabajar en una topología WTM, la mesa de trabajo debe de estar fabricado con materiales duros y el movimiento de la mesa debe de estar alineado para evitar que otros errores se presenten. Una vez seleccionado el sistema WTM se procede a decidir si uno o dos ejes trabajaran en la mesa movible, en la industria podemos observar que hay maquinas que usan el sistema WTM en uno o ambos ejes (X y Y). En la figura 3.4 podemos observar una fresadora con sistema WTM en ambos ejes.

Figura 3.3 Esquema de vibración y deformación de un sistema WTM [9]

27

Figura 3.4 Fresadora CNC con sistema WTM en eje X y Y [7]

Se ha seleccionado usar el sistema WTM solo en el eje Y, la razón de esta decisión es porque este representa la topología mecánica más simple y confiable para el tipo de máquina que se diseñara, esta selección garantiza cumplir los objetivos, el diseño mecánico más simple contribuye a una fabricación más rápida y costo de fabricación más reducido, el eje Y se moverá sobre el pórtico de la máquina, en la figura 3.5 podemos observar un ejemplo del tipo de topología seleccionada.

Figura 3.5 Fresadora CNC con sistema WTM en eje Y solamente [7]

28

3.1.2 Sistema de posicionamiento

La fresadora CNC necesita de un sistema de posicionamiento que traslade en sus 3 ejes el actuador fresador, esta precisión debe de ser la mayor posible, entre más precisión tengan los ejes mayor será la precisión de la pieza maquinada. Se sabe que el sistema de posicionamiento tiene como fuente de movimiento; un motor, en diseño mecánico tenemos varias opciones para convertir un movimiento giratorio en uno lineal continuo, las opciones más confiables y ampliamente usadas son; sistema de piñón con cremallera y sistema de husillo con tuerca. La figura 3.6 muestra el sistema piñón con cremallera, normalmente la cremallera esta fija en la estructura de la máquina y el piñón está conectado por bandas o engranes al motor, el motor determina la posición lineal del sistema.

Figura 3.6 Sistema de piñón con cremallera [7]

En la figura 3.7 se muestra un ejemplo de un sistema piñón cremallera montado en una maquina CNC.

Figura 3.7 Sistema piñón con cremallera montado en una maquina CNC [7]

29

El sistema husillo con tuerca permite también la conversión de un movimiento rotatorio en lineal, un husillo se define con tornillo pero sin cabeza, cuando el husillo gira la tuerca tiene un movimiento lineal, la figura 3.8 muestra un esquema del movimiento de un sistema husillo con tuerca.

Figura 3.8 Esquema de un mecanismo husillo con tuerca [7]

En la figura 3.9 se muestra el sistema husillo con tuerca montado en una fresadora CNC, como podemos observar el mismo sistema se usa en dos ejes.

Figura 3.9 Husillo con tuerca montado en dos ejes (ejes X y Z) [7]

30

El sistema de husillo con tuerca es ampliamente usado en diseño mecánico para la transformación de un movimiento giratorio a una lineal, en casos en donde las dimensiones son relativamente pequeñas, ofrece un sistema simple y confiable. El sistema de piñón con cremallera es usado normalmente para distancias más grandes, sin embargo la distancia no es el único factor a considerar, otros factores se consideran más adelante. De la misma forma en la industria las fresadoras CNC usualmente usan un piñón con cremallera para maquinas con dimensiones amplias y sistema GPM, usualmente se usa el sistema de husillo con tuerca para fresadoras CNC con dimensiones más pequeñas y sistema WTM, este perfil mecánico nos permite tener un criterio de selección , criterio que es reforzado a continuación. No solo la distancia y el diseño mecánico nos permite tener la mejor selección, otras de las grandes ventajas que nos permite el husillo con tuerca en comparación con el piñón con cremallera es que tiene mayor precisión, menos vibraciones y deformaciones en el movimiento, además que los husillos con tuerca se encuentran en gran variedad de paso, diámetros y precisión, que se acopla a nuestro presupuesto y necesidad. Como podemos observar en la figura 3.10 el husillo con tuercas tiene una gran variedad y versatilidad en precios, precisión, diámetros, función y paso.

Figura 3.10 Ejemplo de variedad de husillos en la industria [7]

Otra de las ventajas que tiene el sistema de husillo con tuerca respecto a un piñón con cremallera es que para una máquina pequeña y nuestro diseño mecánico se acopla mejor sistema de husillo con tuerca, que sea más fácil de acuerdo a nuestro diseño mecánico también repercute en una fabricación más rápida y menor costo de fabricación. Por ultimo pero no menos importante es el costo, un husillo con tuerca es muy accesible de costo para nuestro diseño, como mencionamos estos vienen en una

31

gran variedad de precisiones, paso y diámetros, nos permite escoger el que más se adapta a nuestras necesidades. En resumen el sistema de husillo con tuerca es la mejor opción por mucho en la máquina, por la dimensión, por el amplio uso de fresadoras CNC de este tipo, por su precisión, por su mejor respuesta a vibraciones y deformaciones, porque se acopla mejor a nuestro diseño mecánico y además porque se acopla mejor al presupuesto. Como se menciona hay diferentes tipos de husillo con tuercas, dentro de los diferentes tipos que existen; la mejor opción es el husillo de bolas, este ofrece un movimiento preciso, estable, respuesta excelente a deformación y vibraciones.

Figura 3.11 Sistema de balines en un husillo de bolas [7]

Como podemos observar en la figura 3.11, el husillo con bolas ofrece una gran precisión, buena respuesta a vibraciones y deformaciones, esto se debe a que entre el husillo y la tuerca existe un canal de balines, este canal tiene un circuito de movimiento continuo, además de pocas perdidas por fricción. Un eje roscado proporciona un camino de rodadura helicoidal a unos rodamientos de bolas que actúan como un tornillo de precisión. Como el movimiento se realiza por rotación, no por deslizamiento, el rozamiento es menor, la fricción del conjunto es baja. Y como el esfuerzo se reparte entre varias bolas, es capaz de aplicar o resistir altas cargas de empuje. Se pueden fabricar con unas tolerancias estrechas y por tanto son adecuados para su empleo donde se necesita una alta precisión. El conjunto de bolas actúa como la tuerca mientras el eje roscado es el tornillo. En contraste con los husillos convencionales, los husillos a bolas tienden a ser bastante voluminoso, debido a la necesidad de disponer un espacio en el mecanismo para recircular las bolas. [6]

32

Figura 3.12 Variedad de husillo de bolas [7]

En la figura 3.12 se puede observar un gran surtido de husillo de bolas, diámetros, paso, precisión, etc. Para la selección del husillo de bolas específico los fabricantes realizan manuales para ayudar al diseñador a seleccionar al adecuado, fabricantes como Nsk , Thompson, Thk, realizan manuales para la selección, los más básicos desde seis factores y los más completos hasta decenas de factores a considerar, sin embargo todos tienen un defecto; ningún de ellos considera por razones comerciales el costo como factor de selección , lo cual es algo en sumo importante. Puesto que los fabricantes no toman en cuenta el costo como factor de selección , se debe de tomar en cuenta las especificaciones que necesitamos, aquellas que sean más importante, como la precisión, paso, longitud, carga, etc., para posteriormente cotejarlo con las marcas, modelos disponibles en el mercado, así como el presupuesto que se tenga disponible. Tanto la experiencia de la realización de este proyecto como la investigación exhaustiva muestra que no es posible contar con decenas de factores de selección en un husillo con bolas, no solo porque no toman en cuenta el presupuesto sino porque algunos son tan específicos que no aplican todos los factores a nuestro proyecto en efectivo, un ejemplo de ello es un factor que toma en cuenta la reacción en cero gravedad para robótica espacial, de tal forma que es la intención informar al lector de los aspectos más relevantes en este proyecto.

33

Figura 3.13 Factores de selección que recomienda el fabricante Thompson [10]

Como se puede observar en la figura 3.13 el fabricante Thompson nos indica los principales factores a considerar para la selección de husillo de bolas, los cuales son: carga, ángulo, coeficiente de fricción, tiempo de vida, velocidad y longitud. Estos factores son sin duda los más importantes a considerar. Uno de los principales factores que incrementa el costo de un husillo con bolas es el nivel de precisión, existe niveles de precisión hasta llegar a robótica espacial de altísima precisión, dado este proyecto los aspectos más importantes son; carga, velocidad, paso, diámetro y longitud. Modelos de tornillos seleccionados: Para el eje Y; marca Trh, modelo 2005, diámetro 20 mm, paso 05 mm, como este es el eje que tiene más longitud se ha seleccionado el diámetro más grande que está disponible para esta longitud, en la sección de validación de este reporte se

34

harán las pruebas pertinentes que confirmen nuestra selección, el tornillo es exactamente el que se presenta en la figura 3.14.

Figura 3.14 Tornillo seleccionado para el eje Y [11]

Como se ha mencionado en la sección de construcción para el eje X y Z se ha

seleccionado usar kit de tornillo también incluyendo las chumaceras y guías

lineales. Para ambos ejes se ha seleccionado el modelo rm1605, diámetro de

16mm y paso 05, el tornillo se muestra en la figura 3.15.

Figura 3.15 Tornillo rm1605 seleccionado para eje X y Z [7]

35

La diferencia es que para el eje Z se ha pensado en unas guías lineales de 16 mm,

modelo sbr16 y en cambio para el eje X unas guías lineales sbr20 de 20mm, esto

en proporción a la distancia lineal que tiene, ya que el eje Z es más corto, una vez

más en la sección de validación se explicara más a detalle esta decisión. La

diferencia del diámetro de las guías lineales la podemos observar en la figura 3.16.

Figura 3.16 Guías lineales series SBR [7]

3.1.3 Fuente de movimiento

Una vez establecido el tipo de husillo de bolas que se usara el paso siguiente es determinar la fuente de movimiento, el movimiento que transmitirá los tornillos tendrá como fuente; motores, existen diferentes tipos de motores, la selección correcta es necesaria para asegurar que el movimiento sea preciso y controlado. El motor eléctrico es la fuente de movimiento usada en los proyectos de electrónica, sin embargo existe una gran variedad de motores dependiendo para que proyecto sea necesario. Por el tipo de corriente, los motores pueden clasificarse en motores de corriente alterna o de corriente directa, debido a que en electrónica digital es más fácil controlar motores de corriente directa, la selección se limita a motores de corriente directa. Los principales tipos de motores de corriente directa por la forma en que estén conectados son: [12]

- motor serie - motor compound - motor shunt - motor eléctrico sin escobillas

36

Es necesario que el movimiento de los tornillos sea lo más preciso posible, de tal forma que el giro del motor también debe de ser lo más preciso posible, se requiere de un sistema que controle con precisión el giro, para estos casos; en proyectos de electrónica y robótica se requiere de alguna de estas opciones.

- servomotor - motor a pasos

Tanto el servomotor como el motor a pasos son motores de corriente directa que fueron diseñados para tener un movimiento preciso, un servomotor es un motor con un sistema que controla su posición, sin embargo están pensados para mantener su posición, la mayoría de las veces un servomotor no gira los 360 grados, por lo tanto no es un motor que este pensado para girar de forma continua. A diferencia de los servomotores un motor a pasos está diseñado para girar de forma continua, la principal diferencia con respecto a un motor de corriente directa simple es que los giros son controlados por medio de bobinas, estas bobinas pueden ser alimentadas de forma secuencial, de tal forma que puede girar tan solo en pequeños pasos, en la actualidad pueden ser cientos de pasos en una sola revolución, por su alta precisión son usados en muchas aplicaciones en la actualidad.

Figura 3.17 Esquema interno de un motor a pasos [7]

Como podemos observar en la figura 3.17 se muestra un esquema de las bobinas conectadas en un motor a pasos, este esquema muestra porque es que un motor a

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pasos gira solo unos grados de acuerdo a la secuencia en que son alimentadas las bobinas. Algunas de las ventajas de los motores a pasos son: [7]

– Compatible con la información digital – Ideal para trabajar en lazo abierto. – Posicionamiento preciso 3-5% y con buena repetitividad. – Reducido mantenimiento (no tiene escobillas). – Circuitos de control y excitación sencillos.

Usar motores a pasos no es la única opción, se puede usar motores de corriente directa más simples pero incorporando un sistema de control para la posición, como por ejemplo un encoder, o algún otro sistema que ayude a controla la posición. Sin embargo el diseñar un sistema secundario para controlar la posición del motor tomaría demasiado tiempo, los motores a pasos como se menciona; son controlados por pulso digitales, esto facilita su control, simplifica el diseño.

Figura 3.18 Secuencia básica para un motor a pasos [6]

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Como se puede observar en la figura 3.18 el uso de motores a pasos nos ofrece gran precisión y un sistema de control de posición muy fácil de usar, en la imagen observamos una secuencia básica de giro en 4 pasos. En resumen usar motores a pasos simplifica el diseño por la simplicidad de su control y ahorra mucho tiempo, por eso y muchas razones más es que ese tipo de motores son los usados en máquinas CNC, y la mejor elección por mucho en este diseño. El modelo seleccionado ha sido uno de la serie nema23 marca Wantai modelo : 57BYGH115-003 de torque 425 oz-in , es el mismo para los 3 ejes, este modelo se puede observar en la figura 3.19.

Figura 3.19 Motor Wantai 57BYGH115-003 [7]

Son motores de muy alto torque y bastara para mover nuestros ejes, más adelante en la sección de validación se establecerán los cálculos que los confirman.

3.1.4 Conexión entre motor y husillo

Para realizar la conexión mecánica entre motor y tornillo se necesita de un criterio de selección, entre las opciones más importantes se encuentran:

- Cople 25 - Banda dentada - Cadena dentada - Acoplamiento de engranes

25 El cople es un tipo de junta o unión para interconexión de dos tramos.

39

Los conocimientos adquiridos en la carrera nos permite tener una preselección, de esas opciones se descartara de inmediato la cadena dentada, esto debido a que posee baja precisión, al estar construido en eslabones metálicos posee una mejor resistencia que una banda, más sin embargo los dientes en una cadena poseen baja precisión, la precisión es un elemento clave en este proyecto por lo cual se descarte de inmediato. Las opciones de banda dentada y acople de engranes son dos alternativas que tienen algunas ventajas sobre los coplees, la banda dentada posee una mejor respuesta ante las vibraciones, el acople de engranes requiere de un diseño adicional, sin embargo el acople de engranes puede aumentar el par de motor transmitido o bien la precisión del mismo.

Figura 3.20 Maquina CNC usando una banda dentada para mover el tornillo [7]

Como podemos ver en la figura 3.20 se tiene un motor a paso usando una banda dentada conectada al eje de la mäquina CNC. Como se menciona el acople de engranes o banda dentada tiene algunas ventajas sobre los coples, sin embargo la industria ha desarrollado algunos coples especialmente para estos casos, estos coples tiene ranuras que permite absorber las vibraciones, esta ranuras son hecha precisamente para darle cierta flexibilidad al acople y que de esa forma se absorban las vibraciones del movimiento. En diseño se contempla tener motores a pasos con suficiente par para la tarea, por lo cual usando estos coples especiales cumplimos con la tarea dentro de las especificaciones del proyecto, el usar coples también simplifica el diseño mecánico,

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la precisión está dentro del rango de nuestras especificaciones, por lo cual no se tiene argumentos para realizar más complejo el diseño. Los coples anti vibraciones que se usan en máquinas CNC cumplen con los parámetros que necesitamos para que el diseño total de la fresadora CNC cumpla en especificaciones de par de motor, precisión, velocidad, resuelve lo suficientemente aceptable las vibraciones y es la opción más viable en el mercado para fresadoras CNC que no fresan materiales de alta dureza, en conclusión el uso de coples anti vibración es la mejor opción para nuestro diseño. Como podemos observar en la tabla 3.1 se tiene algunos tipos de coples anti vibración así como las RPM que recomiendan los fabricantes para su uso.

Tabla 3.1 Tipos de coples de transmisión

VELOCIDAD RPM TIPO DE COPLE RECOMENDADO

MENOS DE 1500 RPM

MENOS DE 3000 RPM

MENOS DE 4000 RPM

El cople es la mejor opción para este diseño, simplifica el diseño mecánico, todo dentro de los parámetros que necesitamos, de la tabla 3.1 también se puede observar que el ultimo tipo es el que tiene mejor rendimiento ante mayor RPM, dentro de ese tipo de cople solo resta establecer los diámetro que necesitamos para seleccionar el modelo exacto, esos diámetros son obtenidos del diámetro del motor y de la maquinación de los tornillos que más adelante se define.

3.1.5 Motor de fresado

Los motores a pasos son los encargados de poner en posición el actuador de nuestra fresadora CNC, este actuador es un motor de fresado, es el encargado de maquinar nuestros materiales, este motor tiene acoplado nuestra herramienta de corte (fresa en nuestro caso), de tal forma que este motor debe de tener la potencia necesaria para cortar el material, estará limitado para cortar materiales como aluminio y de menor dureza que este en este proyecto en particular.

41

La selección del tipo de motor así como la potencia de este es algo que consiste por una parte en una investigación para la selección, y por otra de diseño a detalle de la potencia requerida para asegurar que tiene la potencia necesaria de corte, así como asegurar que se tiene un método para el control de velocidad, debido a que esta velocidad en el fresado consiste un factor importante a controlar para que la maquinación sea adecuado en diferentes materiales, herramientas y profundidades. Una fresadora CNC se encuentra en diferentes rangos de precios dependiendo de áreas de trabajo, material a maquinar y precisión entre otras. Uno de los factores más importantes es la capacidad de la dureza del material a maquinar, esto depende de varios factores, potencia de los motores de posición, motor de fresado, y varios más. En este momento es importante seleccionar el adecuado para el material y área de trabajo de este prototipo en particular. La investigación señala que entre más duro es el material a fresar más potencia necesita el motor de fresado, de tal forma que existen motores de CA26 de incluso varios caballos de fuerza para las fresadoras más potentes, a las opciones más limitadas usando motores de CD27 para materiales como aluminio o de menor dureza. En las fresadoras CNC de materiales de alta dureza como se señala se usan motores de CA que pueden llegar a tener varios caballos de fuerza, en la figura 3.21 podemos observar el motor de fresado de una fresadora CNC marca Fanuc de 15 kW, motor de CA de tres fases. Estos motores pueden llegar a costar hasta cientos de miles pesos tan solo este componente, situación que no está en nuestro perfil por mucho.

Figura 3.21 Motor para husillo de CA [7]

26 Corriente alterna 27 Corriente directa

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En sistemas más modestos pero usando el mismo perfil encontraremos motores de CA usando un VFD28, estos motores oscilan entre 1.2 hasta 2.8 kW, costando desde 5 mil pesos aproximadamente hasta 30 mil pesos dependiendo de la potencia y del enfriamiento, el enfriamiento en los más económicos por aire y en los más potentes por agua. Para los modelos más austeros, que trabajen en áreas pequeñas y que trabajen con materiales de baja dureza, nos encontramos con opciones mucho más accesibles económicamente, que son motores de CD con potencia de menos de 1 kW, estos motores tiene un control de velocidad por el método de variación de voltaje, pueden llegar hasta las 12 000 RPM usando un voltaje máximo de 48 Volts CD, sirven para maquinados de fresado y grabado de materiales de aluminio y de menor dureza. Por las medidas de nuestra área de trabajo así como por el tipo de materiales a fresar se ha seleccionado específicamente el motor de la figura 3.22.

Figura 3.22 Motor fresador seleccionado [12]

Motor de CD de 12 a 48v Hasta 12 000 revoluciones por minuto (RPM) Marca: HXKJ Modelo: GS52 Porta herramientas estándar ER11 de 1/8 pulgada Además el motor viene con un controlador capaz de variar las revoluciones por minuto, ya se manual o un PWM 29 compatible con Mach3

28 Variable Frecuency Drive - Controlador por variación de frecuencia 29 PWM – Modulación por ancho de pulsos

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3.1.6 Selección de control electrónico

En las secciones 3.1.1 hasta 3.1.5 se han seleccionado algunos de los componentes mecánicos y electrónicos de este proyecto, en este momento es necesario seleccionar el sistema que controlara los motores y otros componentes electrónicos, que servirá de interface entre el programa del diseño por computadora para mandar las instrucciones adecuadas a los motores. Como se menciona en secciones previas de este reporte uno de los objetivos más importante en este proyecto es que la fresadora CNC tenga comunicación con una PC, de tal forma que la tarjeta de comunicación debe de estar diseñada para trabajar con estándares de este ramo industrial, para ello la tarjeta de comunicación debe de ser compatible con software CAD/CAM como lo son Mach3, Emc2, etc. , también debe de estar basada para trabajar con estándares de programación del código G30 y código M31 para la maquinación. Que el control electrónico este basado en estándares de programación de este ramo es sumamente importante ya que de ellos también depende que el proyecto sea lo más compatible posible, fácil de manejar, y que pueda ser más bajo su costo de fabricación. En fresadoras CNC de alto perfil los fabricantes diseñan sus propias tarjetas de control, tienen un sistema de control de lazo cerrado que cerciora la posición para materiales de alta dureza, debido a que nuestro proyecto no contempla máquinar materiales de alta dureza tales como aceros podemos usar un sistema de lazo cerrado, lo cual simplifica mucho el control, más adelante se tocara este tema con más profundidad. Las tarjetas de control de fresadoras CNC de alto perfil están diseñadas en su totalidad por sus fabricantes, contienen mejoras significativas específicas para sus diseños, su reparación es mucho más especializada, el diseño completo del sistema de control electrónico es una tarea muy laboriosa por sí misma, debido a los alcances de este proyecto, así como su limitado tiempo, además de ser solo un integrante en la elaboración de este proyecto, se ha decidido que esta tarjeta solo sea seleccionada y adquirida. La adquisición directa de una tarjeta para este propósito simplifica mucho el diseño, acorta el tiempo de fabricación, y contribuye a bajar el costo de fabricación también. Actualmente se cuenta con varias opciones dentro del mercado, estas tarjetas son de diseño genérico para controlar máquinas CNC de bajo perfil, no solo fresadoras sino también tornos y otros. La función de la tarjeta de control no solo es servir de interface de comunicación entre las instrucciones generadas por el programa CAD/CAM de la computadora y

30 Código G – Lenguaje de programación de bajo nivel , referente a instrucciones Generales 31 Código M – Lenguaje de programación de bajo nivel , referente a instrucciones Misceláneas

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los motores, sino también el diseño de las etapas de potencia para el control de los motores a pasos, en algunos casos estas tarjetas también pueden encargarse de controlar la velocidad del motor de fresado.

Figura 3.23 Tarjeta de control de fresadora marca Fanuc [12]

Como podemos observar en la figura 3.23 se muestra parte del sistema de control de una fresadora CNC marca Fanuc, como se puede observar el diseño electrónico es extenso. Debido a que el diseño de máquinas CNC de bajo perfil ha aumentando en los últimos años ha aumentado las empresas que se dedican a la fabricación de tarjetas de control para estas máquinas de propósito general, lo cual ha abaratado los costos pero también ha aumentado la diversidad de estas y las opciones de elección de las mismas. Uno de los primeros puntos de selección en este tipo de tarjetas, es que como se mencionó este tipo de tarjetas realizan la interface con la PC pero también el control de la etapa de potencia, así que la primera selección tendrá que ser sobre si los drivers (etapa de potencia32) de los motores a pasos estará integrada a la tarjeta de comunicación, o bien podrían estar en diferentes módulos por separado.

32 Etapa de potencia – etapa de control electrónico que controla el mayor voltaje y/corriente de un circuito electrónico.

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Figura 3.24 Tarjeta compatible con software CAM más sencilla en el mercado [12]

En la figura 3.24 podemos observar una tarjeta de comunicación interface paralelo compatible con Mach3, una de las económicas del mercado que vale apenas 90 pesos en la actualidad, son de diseño abierto, por lo cual son innumerables la cantidad de fabricantes que puede haber. Como se puede observar solo incluye la tarjeta de comunicación, de tal forma que si se usara esta tarjeta se necesitara de los módulos de etapa de potencia de los motores a pasos. Las ventajas de que ambas etapas (la de comunicación y la de control de potencia) estén integras en un solo componente es menos interconexión, pero por otra parte la ventaja de que se encuentren por separado es que si algún modulo se quema o se descompone se puede cambiar solo una parte del sistema de control electrónico Uno de los criterio de selección para la tarjeta en este caso también será el costo y la fácil distribución de estos componentes electrónicos en México, ya que recordamos que uno de los objetivos es proveer de un diseño confiable pero también accesible para el mercado actual en nuestro país, se ha seleccionado usar una que integre ambas etapas en una sola tarjeta, porque es más económico , porque requiere menos conexión, y además porque estas tarjeta ya son comunes no solo internacionalmente, sino en México en particular, esto quiere decir que estas tarjetas ya se pueden conseguir en México de inmediato casi al mismo precio que en china, así que eso le da algo extra a nuestra selección. La tarjeta seleccionada específicamente es la que se muestra en la figura 3.25.

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Figura 3.25 Tarjeta seleccionada con controlador tb6560 [12]

Soporte para controlar 3 ejes con hasta 3.5 amperes cada una, fuente de poder de 12 volts y hasta 36 volts , usan el controlador Toshiba tb6560, conexión por puerto paralelo , salidas y entradas configurables para límites de carrera o salida por relevador para encender o apagar el motor de fresado.

3.1.7 Fuente de poder

Todos los componentes electrónicos como son; los motores a pasos, el motor de fresado , así como la tarjeta de comunicación y los controladores de los motores necesitan de una fuente de energía eléctrica para operar , se necesita de una fuente de poder confiable y de ser posible diseñada especialmente para este propósito. Como se muestra en la sección anterior se seleccionó usar una tarjeta de control integrada a los controladores de los motores a pasos, para conocer los requerimientos que necesitamos en la fuente de poder es necesario conocer el consumo de energía de nuestros componentes electrónicos; en este caso se limita al consumo de los 3 motores a pasos, el motor de fresado y la tarjeta de comunicación junto con sus controladores. El diseño de una fuente de poder requiere de conocimientos específicos de electrónica analógica y digital, se debe de realizar múltiples diseño de filtros, limitación de voltajes, protección contra sobrecarga, protección para corto circuito, sobre voltaje, etc., El diseño de todas estas etapas requiere de mucha inversión de tiempo de diseño, además del tiempo para la fabricación de la misma.

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De la misma forma en que se encuentra la tarjeta de comunicación y de control de motores para la máquina CNC, también existen fuentes de poder especialmente diseñadas para alimentar este tipo de circuitos, este tipo de fuentes de poder están especialmente diseñadas para trabajar con este tipo de fresadora CNC, su costo es muy accesible, tiene un diseño superior que una fuente de poder diseñada desde cero debido al tiempo que llevan diseñando ese tipo de fuentes de poder, por lo cual se decide que comprar la fuente de poder ya hecha es sin duda le mejor opción. La fuente de poder seleccionada se muestra en la figura 3.26.

Figura 3.26 Fuente de poder seleccionada [12]

Marca Wantai , Modelo : S-350-24, entrada de voltaje de 115 Volts AC 6.5 Amperes, salida de voltaje de 24 volts hasta 14.6 Amperes con ventilador automático, protección anti cortos y sobre voltaje. Tambien se señala que para el motor de fresador se adquiere una segunda fuente de mismas características.

3.1.8 Material de construcción para la estructura

La estructura del prototipo será la encargada de soportar todos los componentes mecánicos y electrónicos, esta debe de tener la suficiente rigidez para soportarlos sin deformaciones, pero también es la responsable de soportar el maquinado cuando la fresadora este en operación. En esta sección se habla sobre el material que se eligió para elaborar la estructura, en secciones más adelante se abordara el diseño a detalle para determinar matemáticamente cuales son las fuerzas a la que se somete la estructura, en esta sección solo se abordara a nivel de selección solamente.

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Los principales objetivos que tiene que tener la estructura es que sea de un material lo suficientemente fuerte para soportar los componentes y el maquinado, pero tampoco que sea tan pesado para que aumente demasiado el peso del aparato, el diseño de la máquina CNC tiene como objetivo que sea confiable, de costo accesible, por lo tanto que sea lo suficientemente portátil para trasladar con relativa facilidad en los talleres de maquinado. El material que se ha seleccionado para la fabricación de la estructura es aluminio aleación 1100 de grosor de ½ pulgada, que ha sido comprado en metales Díaz S.A. de C.V. Se selecciona este material debido a que posee buenas propiedades mecánicas sin ser demasiado pesado o difícil de maquinar, además puede tener refuerzos que aumenta la resistencia de la estructura. La maquinación de la estructura será hecho por completo, no se mandara maquinar nada, por lo que es una parte importante dentro del proyecto, en la sección de diseño a detalle se validara el diseño y en la sección de construcción se hablara más a detalle sobre la fabricación de la misma .

3.2 Diseño mecánico

En esta sección abordaremos el diseño de la estructura de la máquina, es decir el diseño mecánico de todas las piezas que componen el aparato, dado que el proyecto tiene limitaciones tanto de tiempo como de integrantes el equipo de trabajo; se opta por desarrollar todo el diseño mecánico y el sistema electrónico solo será seleccionado y adquirido, de la forma en que se explica en la sección 3.1. Es importante aclarar que dado en la sección de apéndice de este mismo trabajo escrito se provee de los planos técnicos de las piezas, de tal forma que esta sección solo trata de dar un panorama general al lector para su compresión, ya que los planos son exactos y constituyen de forma directa el diseño mecánico. Para describir el diseño mecánico se ha elaborado un bosquejo en 3D33 en Solidworks®, hay que tomar en cuenta que como se han elaborado los planos en 2D34 a detalle, el diseño en Solidworks® carece de todos los detalles, sin embargo son los suficientemente descriptivos para explicar por qué se ha diseñado de esa forma las piezas.

33 3D – tres dimensiones 34 2D – dos dimensiones

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Primero se ha realizado un renderizado35 de la máquina de como se vería completamente armada, esta imagen se puede apreciar en la figura 3.27, en esta imagen se puede apreciar cómo están montados los ejes.

Figura 3.27 Renderizado sin detalles del diseño mecánico [11]

Los 3 ejes tienen el mismo diseño, en la figura 3.28 podemos observar el eje Y donde un motor esta acoplado con un cople a un tornillo, la tuerca está conectada a la placa que está en movimiento, la placa está descansando con chumaceras en las guías lineales, las guía lineales se encargan de soportar el esfuerzo, además de asegurarse que la placa se traslade con precisión y de forma constantemente uniforme.

Figura 3.28 renderizado de un solo eje [11]

35 proceso de generar una imagen o vídeo mediante el cálculo de iluminación GI partiendo de un

modelo en 3D

50

Para la fabricación se ha elaborado un modelo mucho más detallado, el modelo incluye en este momento de todas las piezas que se han comprado y que se ha hablado con más detalle en la sección de selección, esta diseño incluye las guías lineales de fábrica con las chumaceras de las guías lineales, los soportes del tornillo, incluso la tuerca y el motor y su cople, todo perfectamente detallado, en este caso es el eje Z representado por completo en la figura 3.29.

Figura 3.29 Renderizado a detalle del eje Z [11]

La placa de soporte del eje z está representada en la figura 3.30, como podemos observar están las perforaciones con sus cuerdas donde serán fijados los soportes lineales así como las chumaceras del tornillo.

Figura 3.30 Renderizado placa soporte de eje Z [11]

51

La placa que tiene movimiento está representada en la figura 3.31, podemos observar que las perforaciones tienen una perforación cónica para la cabeza del tornillo, se puede observar que los orificios están diseñados para tener 4 chumaceras, 2 para cada guía lineal.

Figura 3.31 Placa de movimiento de eje Z [11]

Como se mencionara más adelante en la sección de construcción las guías lineales van fijadas con tornillos a la placa de soporte con tornillo como se muestra en la figura 3.32.

Figura 3.32 Placa soporte con 2 guías lineales montadas [11]

52

Las 4 chumaceras de las guías lineales están fijadas una vez más por tornillos a la placa de movimiento, esto se observa en la figura 3.33

Figura 3.33 Placa de movimiento con 4 chumaceras montadas [11]

Como se habló en la sección de selección, cuando el tornillo gira la tuerca que está conectada a la placa de movimiento se moverá lentamente, el giro del tornillo estará controlado con el motor y podemos controlar con precisión el movimiento lineal, dado que los 3 ejes constituyen exactamente el mismo sistema, solo cambia dimensión de las placas dependiendo el área de trabajo, ahora bien el eje Y trabaja el WTM, es decir que está conectado de forma independiente y contiene la mesa de trabajo del material a fresar, mientras que el eje X y Z están embonados entre sí como se muestra en la figura 3.34.

Figura 3.34 Renderizado del montaje completado [11]

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El eje X se encuentra en el pórtico de la máquina, y la placa de movimiento del eje X es en donde está montado todo el eje Z, esto se observa en la figura 3.35.

Figura 3.35 Renderizado de eje Z montado sobre eje X [11]

El eje Z siempre es vertical y en este eje está montado el motor fresador, esto se puede observar en la figura 3.36.

Figura 3.36 Motor de fresado montado en el eje Z [11]

Hasta este momento se ha repasado todo el diseño mecánico de la máquina, también se menciona que los planos a detalle en 2 dimensiones para fabricación se encuentran en el apéndice de este trabajo escrito, por último se muestra a

54

continuación en la figura 3.37 y en la figura 3.38 más imágenes de como luciría la máquina completamente armada, recordar que es un ensamblado con poco nivel de detalle.

Figura 3.37 Rendizado vista 1 [11]

Figura 3.38 Renderizado vista 2 [11]

55

Capítulo 4: Validación del diseño

En esta sección como su propio nombre lo indica se validara técnicamente el diseño mecánico, consiste en comprobar que el diseño mecánico es lo suficientemente robusto para soportar todos los requerimientos y especificaciones que se plantean en los objetivos del proyecto. A continuación se realizara el cálculo del análisis de esfuerzo en el área de corte, para ello también se calcula el par que produce cada tornillo de bolas, la resistencia de corte que opone el aluminio, por último el análisis de esfuerzo en los tornillos de las placas, todo esto para comprobar cómo se comportara mecánicamente la máquina en operación.

4.1 Velocidad de corte De la figura 4.1 se obtiene la formula (1) , la cual nos indica las velocidades adecuadas para uso en el taller ,en base a la experiencia del maquinado , la cual es la siguiente :

Figura 4.1 Cálculos para trabajos de fresado [20]

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La velocidad de corte se calcula de la siguiente manera :

𝑣𝑐 =𝑛𝜋𝐷

1000 (1)

También sabemos que el diámetro de nuestra herramienta es de 3.175 mm , ahora se necesita saber cual es la velocidad en revoluciones por minuto de nuestra herramienta recomendada de acuerdo a la velocidad de corte que requerimos y viceversa , esa relación la podemos ver en la figura 4.2

Figura 4.2 Tabla relación de RPM y velocidad de corte [20]

En la figura 4.2 tenemos que si seleccionamos el diámetro de 3 mm , que es el mas cercano a nuestra fresa observaremos que para una velocidad de corte de 4 metros por minutos se necesitara ajustar a solo 425 revoluciones por minuto , mientras que para una velocidad de corte de 40 metros por minuto se recomienda de 4250 revoluciones por minuto en la fresa. En esta relación también podemos observar que las revoluciones por minuto de la fresa siempre aumenta proporcionalmente en cuanto la velocidad de corte aumenta también , la figura 4.2 muestra una tabla de taller de maquinado en donde se recomienda las velocidades de corte y de la fresa en base a la experiencia de los fabricantes , dicha relación es la que se debe de seguir en maquinado de piezas y si bien no es una regla si es una recomendación importante , ya que se pueden hacer pequeños ajustes de acuerdo a la experiencia del operador ,

57

Podemos concluir que por el diámetro de la fresa que usaremos, por el tipo de material más duro que usaremos (aluminio) y por la velocidad del motor de fresado que usaremos que puede alcanzar hasta las 11 000 rpm. 36 Entonces no tendremos ningún problema para que la maquina trabaje en los parámetros necesarios También de la figura 4.1 tenemos que el tiempo T para calcular el tiempo de la pasada está dada por la fórmula:

𝑇 =𝐿

𝑁𝐴 (2)

La figura 4.3 que se muestra a continuación se da el avance en milímetros recomendado de acuerdo al tipo de cortador que usaremos, el tipo de cortador que usaremos esta numerado como el número 3, , la misma figura nos recomienda que ese avance aumente 75% en desbaste (pasada rápida inicial) y decrezca 25% en acabado (pasada final de acabado).

Figura 4.3 Avances para diferentes tipos de fresas [20]

Dicha tabla nos indica que es de 0.20 milímetros, también sabemos que ese valor se incrementara a 0.35 en desbaste y decrementara hasta 0.15 en acabado Usando la formula (2) para velocidad de desbaste tenemos que en una pasada de 50 mm de largo:

36 rpm – Revoluciones por minuto

58

𝑇 =50

(4250)(0.35)= 0.033 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠

Usando la formula (2) para velocidad de acabado tenemos que en una pasada de 50 mm de largo:

𝑇 =50

(4250)(0.15)= 0.078 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠

Esos son los tiempos aproximados de acuerdo a lo recomendado por los fabricantes y cabe señalar que es de solo una pasada (un trabajo requiere muchas pasadas antes de terminar), también se concluye que el tiempo de trabajo es más alto en acabado que es desbaste. Estos cálculos de tiempos solo son ejemplifican un trabajo cualquiera en nuestra máquina para demostrar al lector que la maquina cumple con todas los requisitos planteados en los objetivos.

4.2 Esfuerzo de corte El esfuerzo de corte está representado en la figura 4.4

Figura 4.4 Esfuerzo de corte [11]

Para determinar los esfuerzos en el corte primero se considera el par de los motores que son de 425 onza-pulgada, que se convierte y son 30.6 kg-cm.

El esfuerzo de corte 𝑘𝑐 está determinado por la formula (3)

𝑘𝑐 = 𝑘𝑐1ℎ𝑚𝑧 (1 −

𝑟0

100)(3)

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El esfuerzo de corte 𝑘𝑐 está representado en la figura 4.5, Fr es la fuerza resultante.

Figura 4.5 El esfuerzo de corte en el fresado [11]

Siendo el ángulo de corte, 𝑟𝑜 = 0, entonces queda de la siguiente manera :

𝑘𝑐 = 𝑘𝑐1ℎ𝑚𝑧

Para el titanio que es el material de la herramienta de corte tenemos que

𝑘𝑐1 = 900 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑛𝑜 𝑎𝑙𝑒𝑎𝑑𝑜

𝑘𝑐1 = 1200 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑙𝑒𝑎𝑑𝑜 Usando el valor para titanio aleado su factor de corrección es de 0.22, el promedio de grosor de la viruta está dado por la formula (4):

ℎ𝑚 = 𝑓𝑧 𝑎𝑒 360

𝐷 𝜋 𝑎𝑟𝑐 cos(1−2 𝑎𝑒

𝐷)(4)

Donde tenemos que 𝑎𝑒 = 1.5875 𝑚𝑚 Sustituyendo tenemos que hm = 0.3647 Por lo que el esfuerzo de corte es:

𝑘𝑐 = 980.8 𝑁/𝑚𝑚2

También se procedió a calcular para otros factores de corrección como se puede observar en la tabla 4.1.

60

Tabla 4.1 Resultado de 𝑘𝑐 con diferentes factores de correccion

k_c1 = 900 k_c1 = 1200

factor de correccion Esfuerzo de corte Esfuerzo de corte

0.5 1490.189982 1986.919976

0.5 1490.189982 1986.919976

0.5 1490.189982 1986.919976

factor de correccion Esfuerzo de corte Esfuerzo de corte

1 2467.40687 3289.875827

1 2467.40687 3289.875827

1 2467.40687 3289.875827

Se realizara el cálculo para los 3 ejes que componen la fresadora CNC, de la figura 4.6.

Figura 4.6 - Los ejes en una maquina CNC [7]

Ahora procedemos a calcular el par de tornillo en cada eje, el husillo de bolas está representado como se observa en la figura 4.7. [5]

61

Figura 4.7 Representación de un husillo de bolas [5]

𝑀𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 𝑀𝐿𝑜𝑎𝑑 + 𝑀𝑎(5)

𝑀𝑙𝑜𝑎𝑑 = 𝐹 (ℎ

2𝜋𝑛+ 𝑟𝐵𝜇𝐵)

1

𝑖 (6)

Calcularemos el par de cada eje con su respectivo cálculo de esfuerzo del eje correspondiente. Las fórmulas para calcular el par está dado por las formulas (5) y (6).

4.3 Esfuerzo en eje Y Para el eje Y tenemos un tornillo de las siguientes características: Largo 41 cm Diámetro 20 mm Paso 5 mm Usando la formula (6) obtenemos que para el eje Y:

𝑀𝐿 = 268.8899 𝑁𝑚𝑚 El radio del tornillo es de 8 mm, por lo tanto la fuerza que experimenta el aluminio en el eje x está definido por:

𝐹𝑦 =268.88

10= 26.88 𝑁

Considerando el área del cilindro como:

62

𝐴 = 2𝜋𝑟𝐿 Donde L= 5 mm y D=3.175, estos datos son de nuestro cortador. De tal forma que el esfuerzo en el eje Y está dado por:

𝜏𝑦 = .5391 𝑁/𝑚𝑚2

Entonces el esfuerzo total en y está dado por:

𝜏𝑦 = 𝜏𝑦 + 𝑘𝑐

𝜏𝑦 = 981.3391 𝑁/𝑚𝑚2

Con ello se determina en el eje y

𝜏𝑚𝑎𝑥 = 980.8 𝑁/𝑚𝑚2

𝜏𝑚𝑖𝑛 = −981.3391 𝑁/𝑚𝑚2

Figura 4.8 Esfuerzo máximo y mínimo [11]

La grafica del esfuerzo máximo y mínimo se representa en la figura 4.8

𝜏𝑟 = 𝜏𝑚𝑎𝑥 − 𝜏𝑚𝑖𝑛(7)

63

Donde 𝜏𝑟 𝑒𝑠

𝜏𝑟 = 1962.1391 𝑁/𝑚𝑚2

Donde 𝜏𝑎 𝑒𝑠

𝜏𝑎 =𝜏𝑟

2(8)

𝜏𝑎 = 981.0695 𝑁/𝑚𝑚2

𝜏𝑚 =𝜏𝑚𝑠𝑥 + 𝜏𝑚𝑖𝑛

2(9) = −0.2695 𝑁/𝑚𝑚2

Donde 𝜏𝑚 𝑒𝑠

𝜏𝑚 = −0.2695 𝑁/𝑚𝑚2

Ahora que se han calculado los esfuerzos podemos usar el método de Soderberg

para análisis de fatiga, se representa en la figura 4.9.

Figura 4.9 - Método de Soderberg [7]

64

Aplicando el método de Soderberg 0.25n, factor de seguridad 2, Sy tomando desde

el 55% hasta el 80% de Su. La ecuación del método es (10)

𝜎𝑎 = 𝑆𝑛 (1

𝐹.𝑆−

𝜎𝑚

𝑆𝑦𝑡)(10)

Donde 𝜏𝑎 𝑒𝑠

Despejando tenemos que para el 55%

𝑆𝑢 = [𝜏𝑎 + 𝜏𝑚

0.55] /0.1

𝑆𝑢 = 9809.7154 𝑁/𝑚𝑚2

Para el 80 %

𝑺𝒖 = [𝝉𝒂 + 𝝉𝒎

𝟎. 𝟖𝟎] /𝟎. 𝟏

𝑺𝒖 = 𝟗𝟖𝟏𝟎. 𝟎𝟐𝟏𝟖 𝑵/𝒎𝒎𝟐

4.4 Esfuerzo en eje X

Para el eje X tenemos un tornillo de las siguientes características: Largo 30 cm Diámetro 16 mm Paso 5 mm Usando la formula (6) obtenemos que para el eje X:

𝑀𝐿 = 263.7189 𝑁𝑚𝑚 El radio del tornillo es de 8 mm, por lo tanto la fuerza que experimenta el aluminio en el eje X está definido por:

𝐹𝑥 =263.71

8= 32.9648 𝑁

Considerando el área del cilindro como:

𝐴 = 2𝜋𝑟𝐿 Donde L= 5 mm y D=3.175 mm, estos datos son de nuestro cortador. De tal forma que el esfuerzo en el eje Y está dado por:

65

𝜏𝑦 = 0.6609 𝑁/𝑚𝑚2

Entonces el esfuerzo total en X está dado por:

𝜏𝑥 = 𝜏𝑥 + 𝑘𝑐

𝜏𝑦 = 981.4609 𝑁/𝑚𝑚2

Con ello determinados en el eje X:

𝜏𝑚𝑎𝑥 = 980.8 𝑁/𝑚𝑚2

𝜏𝑚𝑖𝑛 = −981.46 𝑁/𝑚𝑚2

Usando la formula (7):

𝜏𝑟 = 𝜏𝑚𝑎𝑥 − 𝜏𝑚𝑖𝑛

𝜏𝑟 = 1962.2609 𝑁/𝑚𝑚2

Usando la formula (8)

𝜏𝑎 =𝜏𝑟

2

𝜏𝑎 = 981.1304 𝑁/𝑚𝑚2

Usando la formula (9):

𝜏𝑚 =𝜏𝑚𝑠𝑥 + 𝜏𝑚𝑖𝑛

2= −0.3304 𝑁/𝑚𝑚2

Aplicando Soderberg usando la formula (10). Despejando tenemos que para el 55%

𝑆𝑢 = [𝜏𝑎 + 𝜏𝑚

0.55] /0.1

𝑆𝑢 = 9810.1031 𝑁/𝑚𝑚2

Para el 80 %

𝑺𝒖 = [𝝉𝒂 + 𝝉𝒎

𝟎. 𝟖𝟎] /𝟎. 𝟏

66

𝑺𝒖 = 𝟗𝟖𝟏𝟎. 𝟒𝟕𝟖𝟔 𝑵/𝒎𝒎𝟐

4.5 Esfuerzo para el eje Z

Para el eje z tenemos un tornillo de las siguientes características: Largo 23.1 cm Diámetro 16 mm Paso 5 mm Usando la formula (6) obtenemos que para el eje Z:

𝑀𝐿 = 206.8384 𝑁𝑚𝑚 El radio del tornillo es de 8 mm, por lo tanto la fuerza que experimenta el aluminio en el eje z está definido por:

𝐹𝑧 =206.83

8= 25.8548 𝑁

Considerando el área del cilindro como:

𝐴 = 2𝜋𝑟𝐿 Donde L= 5 mm y D=3.175mm, estos datos son de nuestro cortador. De tal forma que el esfuerzo en el eje Z está dado por:

𝜏𝑧 = 3.2655 𝑁/𝑚𝑚2 Entonces el esfuerzo total en Z está dado por:

𝜏𝑧 = 𝜏𝑧 + 𝑘𝑐

𝜏𝑧 = 984.0655 𝑁/𝑚𝑚2

Con ello determinados en el eje Z:

𝜏𝑚𝑎𝑥 = 980.8 𝑁/𝑚𝑚2

𝜏𝑚𝑖𝑛 = −984.0655 𝑁/𝑚𝑚2

67

Usando la formula (7):

𝜏𝑟 = 𝜏𝑚𝑎𝑥 − 𝜏𝑚𝑖𝑛

𝜏𝑟 = 1964.8656 𝑁/𝑚𝑚2

Usando la formula (8):

𝜏𝑎 =𝜏𝑟

2

𝜏𝑎 = 982.4327 𝑁/𝑚𝑚2

Usando la formula (9):

𝜏𝑚 =𝜏𝑚𝑠𝑥 + 𝜏𝑚𝑖𝑛

2= −1.6527 𝑁/𝑚𝑚2

Usando la formula (10).Despejando tenemos que para el 55%

𝑆𝑢 = [𝜏𝑎 + 𝜏𝑚

0.55] /0.1

𝑆𝑢 = 9818.3905 𝑁/𝑚𝑚2

Para el 80 %:

𝑺𝒖 = [𝝉𝒂 + 𝝉𝒎

𝟎. 𝟖𝟎] /𝟎. 𝟏

𝑺𝒖 = 𝟗𝟖𝟐𝟎. 𝟐𝟒𝟔 𝑵/𝒎𝒎𝟐

4.6 Análisis de esfuerzo

Después de realizar el cálculo de esfuerzo en el cortador tomando en cuenta los 3 ejes, concluimos en el tiempo de vida del cortador, esto lo podemos observar en la figura 4.10 y 4.11.

68

Figura 4.10 Análisis esfuerzo para Su 55% [11]

Figura 4.11 Análisis esfuerzo para Su 80% [11]

En las gráficas de la figura 4.10 y 4.11 haciendo un análisis en los tres ejes nos

señalan un tiempo de vida de 𝟏𝒙 𝟏𝟎𝟗 𝒂 𝟏 𝒙 𝟏𝟎𝟏𝟎 ciclos, lo cual nos hace concluir que es un tiempo de vida muy largo.

De este mismo análisis se puede concluir que si la resistencia a la cizalladura del

aluminio va de 𝟔𝟎 𝒂 𝟑𝟓𝟎 𝑵/𝒎𝒎𝟐 , el esfuerzo de corte que genera esta máquina es

de 𝟗𝟖𝟎. 𝟖 𝑵/𝒎𝒎𝟐, el aluminio no puede sacar de posición el cortador, por lo cual también podemos validar que el diseño no necesita control de lazo cerrado para el control en posición ya que está diseñada solo para fresar aluminio y materiales más blandos aun.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

S

Su 55%

Series2

Series3

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Su 80%

Series1

Series2

69

4.7 Análisis de esfuerzo en tornillos

Para realizar el cálculo del esfuerzo de corte que sufren cada uno de tus tornillos

primero determinamos la fuerza que experimenta cada tornillo utilizando el par del

tornillo que está conectado al motor de pasos. Este análisis se refiere a la tornillos

que hacen la unión entre las placas de la máquina, como se observa en la figura

4.12.

Figura 4.12 Tonillo de ensamble [7]

Para el eje Y en base a la sección 4.3:

El par del tornillo es 𝑀𝐿 = 268.88𝑁𝑚𝑚 y su diámetro es de 𝐷 = 20𝑚𝑚 entonces la

fuerza es de

𝐹 =𝑀𝐿

𝑟(11)

𝐹 = 26.88𝑁

Ahora como son 4 tornillos dividimos esta fuerza entre 4 para obtener la fuerza que

experimenta cada tornillo individualmente:

𝐹𝑇𝑜𝑟 = 6.72𝑁

Para determinar el esfuerzo que sufre cada tornillo utilizamos el área en la cual se

está aplicando esta fuerza, para el caso en el eje Y al tener el tornillo un paso de L=

5mm el área de aplicación es de:

𝐴 = 𝜋𝐷𝐿

Entonces el área es 𝐴 = 𝜋(0.5𝑚𝑚)(5𝑚𝑚) = 7.85𝑚𝑚2 y así el esfuerzo es de

70

𝜎𝑦 =𝐹

𝐴 (12)

𝜎𝑥 = 0.85𝑁/𝑚𝑚2

Para el eje X:

El par del tornillo es 𝑀𝐿 = 263.71𝑁𝑚𝑚 y su diámetro es de 𝐷 = 16𝑚𝑚 , usando la

formula (11) , entonces la fuerza es de:

𝐹 = 32.96𝑁

Ahora como son 4 tornillos dividimos esta fuerza entre 4 para obtener la fuerza que

experimenta cada tornillo individualmente

𝐹𝑇𝑜𝑟 = 8.24𝑁

Para determinar el esfuerzo que sufre cada tornillo utilizamos el área en la cual se

está aplicando esta fuerza, para el caso en el eje X al tener el tornillo un paso de L=

5mm el área de aplicación es de:

𝐴 = 𝜋𝐷𝐿

Entonces el área es 𝐴 = 𝜋(0.5𝑚𝑚)(5𝑚𝑚) = 7.85𝑚𝑚2 y así el esfuerzo que

experimenta cada tornillo de la formula (12), es:

𝜎𝑥 =𝐹

𝐴

𝜎𝑥 = 1.04𝑁/𝑚𝑚2

Para el eje Z:

El par del tornillo es 𝑀𝐿 = 205.83𝑁𝑚𝑚 y su diámetro es de 𝐷 = 16𝑚𝑚 , usando la

fórmula 11 entonces la fuerza es de

𝐹 = 25.85𝑁

Ahora como son 4 tornillos dividimos esta fuerza entre 4 para obtener la fuerza que

experimenta cada tornillo individualmente:

𝐹𝑇𝑜𝑟 = 6.46𝑁

Para determinar el esfuerzo que sufre cada tornillo utilizamos el área en la cual se

está aplicando esta fuerza, para el caso en el eje Z al tener el tornillo un paso de L=

5mm el área de aplicación es de:

71

𝐴 = 𝜋𝐷𝐿

Entonces el área es 𝐴 = 𝜋(0.5𝑚𝑚)(5𝑚𝑚) = 7.85𝑚𝑚2 y así el esfuerzo que

experimenta cada tornillo de la formula (12), es:

𝜎𝑧 =𝐹

𝐴

𝜎𝑧 = 0.82𝑁/𝑚𝑚2

Para el acero aleado su coeficiente de ruptura varía desde los 50𝑚𝑚2 dependiendo

de la aleación, para una deformación del 0.2%

Utilizando el factor de seguridad de Fs=2, el esfuerzo de ruptura es:

𝜎𝑅𝑢𝑝 = 25𝑚𝑚2

Y al comparar con los datos que obtuvimos notamos que los tornillos que sujetan

el cople y la placa no se rompen.

Las conclusiones de esta sección señalan que se han realizado los cálculos principales de seguridad que involucran el diseño, haciendo hincapié en el análisis de esfuerzos tanto en el fresado así como en puntos clave en la estructura, para asegurar que la máquina puede operar con completa seguridad y cumplirá con su función y especificaciones.

72

Capítulo 5: Construcción de la estructura

diseñada

En esta sección se abordara la construcción física del prototipo, se divide en dos

partes; la primera hablara sobre las guías, tornillos de bolas, rodamientos, etc. , es

decir los componentes que aunque se seleccionan se montan en la estructura , y la

segunda habla sobre la construcción especifica de la estructura, es decir las piezas

que se construyen por completo.

5.1 Construcción de la estructura del diseño mecánico

Esta sección abordara el tema de la construcción, pero solo la de las piezas que se

maquinaron al 100%, en su mayoría de la estructura, con la placa de aluminio de ½

pulgada, y algunas piezas de conexión solamente.

Para la estructura de la máquina se seleccionó aluminio, placa de aluminio de ½

pulgada (12.7mm) de grosor, el aluminio es un metal que es más ligero y fácil de

maquinar que el acero, es cierto no tiene la dureza que el acero, aun así

estructuralmente es lo suficientemente fuerte para soportar todos los componentes

de la máquina, puede ser reforzada de diferentes formas, si se hiciera de acero la

fuerza seria mayor, pero desafortunadamente tomaría más tiempo realizar las

piezas, aumentaría el costo y el pesaria demasiado para ser transportada con

facilidad que es también una de las consideraciones en el diseño de la máquina.

La placa completa tiene un largo de 305 x 91 cm de ancho, de tal forma que se

compró 1/3 parte de la placa completa que según se había calculado sería suficiente

, la aleación es la 1100 , como se puede observar en la figura 5.1 el tipo de placa

que se adquirió, tiene un peso aproximado de 34.4 kg por cada metro cuadrado de

material, en materiales Díaz se vende la placa por distancia lineal de la placa, el

costo de la parte de la placa fue de $2500 MN pesos aproximadamente.

Figura 5.1 Catalogo placa de aluminio [13]

73

Figura 5.2 Corte con esmeriladora burdo [11]

En la figura 5.2 podemos observar como en la placa se realizar un corte inicial burdo

con una esmeriladora común, esto facilita que después se pueda pasar a la

fresadora para que se haga el corte final con precisión.

En la fresadora es donde el corte ya es final y se debe de hacer con precisión, como

se dijo se deja un margen de 1 ½ cm más de cada lado en la placa, lo primero que

se hace es que se realiza el primer corte lateral con la fresadora, pero antes de

iniciar el lateral opuesto a este se realiza un corte con la ayuda de las medidas de

la mesa de trabajo de la fresadora , como también tenemos otro 1 ½ cm de margen

en donde se hace el corte, se corta solo unos milímetros, y con la ayuda de un

vernier de alta resolución se toma la medida , debido a que el vernier tiene más

precisión, además que la mesa de trabajo de la fresadora tiene un pequeño margen

de error por el juego que llegan a tener después del uso diario, de tal forma que el

vernier nos conforma la medida lo más exacto posible, una vez que se tiene esta

medida entonces si la fresadora realiza todo el corte de corrido hasta el final de la

placa.

Lo que se describe anteriormente de usar el vernier para confirmar la medida antes

de realizar el corte de corrido es un consejo y un pequeño truco que se recomienda

al lector para trabajos a futuro en cortes de placa, en la figura 5.3 podemos observar

la fresadora que se usó para dicho trabajo.

74

Figura 5.3 Fresadora universal usada en la construcción [11]

Una vez que se tiene la placa cortada en su medida final falta para el ensamble

realizar las perforaciones y también los enroscados necesarios para los tornillos ,

como se puede observar en la figura 5.4 se muestra el taladro de banco que se usa

para realizar las perforaciones, las perforaciones se hacen con una broca que tiene

que ser ligeramente mayor que la del tornillo, ejemplo: los tornillos usados son

milimétricos M6, es decir de 6 mm, podemos usar una bronca de ¼ pulgada que es

de aproximadamente 6.3 mm, suficiente para que el tornillo penetre sin rozar con el

material, esto para la placa en donde no va la cuerda.

75

Figura 5.4 Taladro de banco usado en la construcción [11]

Para las perforaciones en donde si hay roscado se tiene el siguiente método

recomendado: primero se selecciona la rosca que debe de ser la del tornillo,

recordar que para las cuerdas hay sistema inglés (pulgadas) o sistema internacional

(en milímetros) , el siguiente aspecto es la cuerda, entre más espaciada es menor

el número de dientes que tiene el perfil de la cuerda, la cuerda se hace con una

herramienta llamada machuelo, el machuelo penetra el material creando la cuerda

apropiada al girar lentamente, los machuelos además del groso y numero de dientes

los hay rectos, semi-cónicos y cónicos, esto tiene que ver con la forma de la cabeza

del machuelo. En la figura 5.5 se muestra una tabla en donde se muestra el roscado

que se necesita y a lado la broca con la que se debe de perforar para obtener ese

roscado

76

Figura 5.5 Tablas de perforación y roscado recomendadas [7]

5.1 Montaje de componentes mecánicos

Como se mencionó anteriormente algunos de los componentes se seleccionan ,

pero no se maquinan , porque no se tiene la capacidad para hacerlo (como los

tornillos de bolas que son de alta dureza y de alta precisión, solo se pueden hacer

en talleres con máquinas muy especializadas), y algunos otros que no es imposible

maquinarlos, mas sin embargo por su precio y el trabajo que lleva hacerlo no es lo

más conveniente (como las guías lineales y chumaceras), de tal forma que estos

componentes se seleccionan y se montan apropiadamente, el montaje no es cosa

sencilla y esta sección habla de ese tema en particular.

Comenzaremos con el corte de los tornillos, al igual que con las placas algunos

vendedores te venden el tramo de tornillo con bolas con la distancia aproximada y

el número de tuercas de los tramos que usaras, para esto se usa una esmeriladora

otra vez, se recomienda al lector que una vez más el corte se haga con unos

centímetros de margen ya que al final del corte el material se ve debilitado por el

calentamiento, una vez cortado se pasara por torno para darle el maquinado que

llevara para ser montado en la chumacera.

En la figura 5.6 se muestra como queda el tornillo después del corte, como se puede

observar se calienta y se debilita el extremo.

77

Figura 5.6 Corte de tornillo con esmeriladora [11]

El maquinado del tornillo así como la chumacera y los soportes de las guías lineales

del primer eje que se construyó se hizo completamente en el taller, se usó el material

cold roll, esto lo podemos observar en la figura 5.7.

Figura 5.7 Chumacera hecha con cold roll [11]

En los dos restantes ejes se pudo comprar todo el kit de tornillos con chumaceras y

guías lineales en un solo paquete, le recomendamos al lector que si realiza un

proyecto de este tipo considere esta opción, el costo es ligeramente menor que

hacerlo en el taller, pero lo más importante; se ahorra tiempo pero sobretodo se

aumenta la precisión y mejor funcionamiento de los ejes pues estas piezas son

hechas desde fabrica.

78

Las ventajas de comprar todo el kit completo para el tornillo es que se obtiene un

mejor precio si es en paquete, el costo es menor solo en un 20% aproximadamente,

pero el mayor de los beneficios es que son piezas hecha desde fabrica , eso significa

que ya están hechas con las tolerancias y acabados profesionales que en

comparación con un taller lleva más tiempo lograr, en la práctica este autor le tomo

mucho tiempo terminar el primer eje por que los defectos de fabricación provocan

que el montaje sea el incorrecto, un solo milímetro de error en los soportes de las

guías lineales provoca desajuste que provoca que el tornillo no corra con facilidad,

y así en lo sucesivo con la otra guía lineal o bien con el tornillo, si los 3 ejes se

hubiera construido como el primero posiblemente no habría acabado el ensamble

de la máquina. Este es uno de los mayores consejos que se le puede dar al lector.

En la figura 5.8 se muestra un ejemplo de un kit de tornillo de bolas con sus dos

chumaceras, 2 guías líneales con sus chumaceras, a veces los fabricantes arman

kits que incluyen incluso coples o hasta el soporte de la tuerca con la placa de

desplazamientos, entre más incluye el kit más se ahorra tiempo y dinero, como

último dato también señalo que algunos fabricantes vendedores incluso te incluyen

el maquinado de los extremos del tornillo para que este exacto a las medidas de tu

proyecto sin costo extra, la única desventaja es el tiempo de transporte ya que hay

que esperar que llegue desde china, esa

única desventaja se puede compensar

si es que el vendedor está dispuesto a

enviar el paquete con envío urgente

internacional, como con Dhl® , Ups® o

FedEx® , y aun así sigue siendo a un

precio muy competitivo, y si se planea

con mayor anticipación para que

alcance a llegar con envío normal que

tarda 1 mes o más entonces se

obtendrá un precio todavía más

económico, si hubiese conocido estas

ventajas hubiera acabado antes y

hubiera batallado menos, es mi

intención que el lector conozca de todas

estas ventajas.

Figura 5.8 Kit completo de ensamble de tornillo [12]

79

A continuación se muestra en la figura 5.9 el diseño original en solidworks® para el

eje Z , para ser mas evidente la comparación de como quedo terminado en la figura

5.10

Figura 5.9 diseño de eje Z en Solidworks©

A continuación se muestran en la figura 5.10 como quedo montado en los dos

últimos ejes, a diferencia del primero, las ventajas son significativas y físicamente

pueden verse las diferencias.

Figura 5.10 Eje Z completamente montado [11]

80

Capítulo 6: Conclusiones y trabajo a

futuro

6.1 Conclusiones

El presente proyecto llevo una responsabilidad y un reto muy significativo para mí,

por una parte la administración del proyecto es mucha para un solo integrante, todas

las actividades son para una sola persona, lo cual es un trabajo prácticamente sin

pausas ni descansos, por otra parte refleja la adquisición de muchos conocimientos,

y no solo teórico sino también prácticos invaluables.

La administración del proyecto colaboro para tener una disciplina de trabajo

constante, sin ella el trabajo puedo haber sido menospreciado, desordenado o

simplemente pudo haber sido inalcanzable la culminación del proyecto.

El diseño de la máquina es sin duda gracias a los conocimientos adquiridos a lo

largo de la carrera de mecatrónica , la mayoría de las materias tuvieron un aporte

ya sea menos o más trascedente en la culminación de este proyecto, desde

materias básicas teóricas como física o matemáticas para el cálculo, materias de

diseño y selección mecánico de la academia de mecánica, selección e

implementación de componentes electrónicos de las materias de electrónica, y

muchas más que aportaron conocimientos y experiencia en la construcción de

máquinas.

Respecto a las especificaciones de objetivos se concluye que la máquina es capaz

perfectamente de maquinar materiales con dureza máxima de aluminio y menores

a este como maderas y plásticos sin ningún problema, para el área de trabajo se

tenía como objetivo de un área de 20x15 cm, la cual fue sobrada en medio

centímetro cada una, además de una altura de 11 cm en el área de trabajo la cual

cumple y sobrepasa un poco los objetivos fijados.

En lo que concierne a objetivos secundarios se logró el diseño de piezas mecánicas,

su maquinación y la validación del mismo se lograron con éxito, únicamente se tuvo

problemas con algunos debido a mi falta de experiencia, ya que cuando se planteó

el problema desconocía en parte que tipo de elementos electrónicos específicos se

usarían y también desconocía el método de validación que usaría para el diseño

mecánico, estos objetivos debieron de ser un poco menos específicos ya que

desconocía aun algunos detalles, el desarrollo del proyecto con el paso del tiempo

seria el responsable de proporcionar de forma más detallada la selección.

Si bien un par de objetivos secundarios debieron de ser un poco menos específicos,

por otra parte los objetivos más importantes y relevantes como el área de trabajo y

materiales a maquinar se lograron con plenitud.

81

El desarrollar por completo un proyecto, pero además tan completo y complejo como

este despertó nuevos intereses en mí; como la construcción de otro tipo de

fresadora CNC con mayores alcances y perfeccionamiento.

La construcción de este proyecto me deja una experiencia invaluable en la

fabricación de dispositivos, ya que este autor jamás había estado tan de cerca en la

fabricación de un proyecto tan grande y complejo, me deja una experiencia muy

grande y satisfactoria ya que me permitió conocer el uso de máquinas para la

maquinación de piezas mecánicas, como son; fresadoras, tornos, taladros de

banco, toda clase de máquinas de corte, etc., así como conocimiento acerca del

ensamble de los diferentes componentes, conocimientos que antes de la realización

de este proyecto eran más limitados y más básicos. La experiencia práctica es

invaluable y no puede compararse con alguna otra.

Por ultimo este proyecto recapitulo todos los conocimientos y esfuerzos realizados

a lo largo de los años que representa la carrera de ingeniería en mecatrónica,

espero que este documento sirva de referencia al lector sobre trabajos similares, ya

que es mi intención plasmar lo mejor posible tantos los conocimientos como la

experiencia adquirida al elaborar este proyecto.

6.2 Trabajo a futuro

En esta sección abordare aunque sin muchos detalles algunas de las mejoras o

caminos que puede tomar este proyecto a futuro, desde mejoras hasta diseños

completamente diferentes. Como se menciona al principio de este documento

algunos sistemas secundarios colaboran a nuevas prestaciones o mejoramiento de

algunas otras en una maquina CNC.

A) Enfriamiento automático de la fresa; este proyecto en particular lo he

desarrollado para otra materia en particular pero no ha sido incluido por que

no está en los objetivos de este proyecto. Un ejemplo de un sistema de

enfriamiento se ve en la figura 6.1.

82

Figura 6.1 Sistema de enfriamiento automático [7]

B) Sistema de control de posición con retroalimentación: como se menciona en

el capítulo 2; entre más grande es la dureza del material mayor oposición

presenta y es importante un sistema de retroalimentación que corrija el error

en tiempo real, en la figura 6.2 se muestra un motor a pasos con un encoder.

Figura 6.2 Motor a pasos con encoder [7]

C) Sistema de pórtico movible: las desventajas de usar un pórtico movible es

que las guías lineales tiene que soportar no solo el peso de la mesa de

trabajo, sino también todo el peso del pórtico además que es normalmente

donde se montan los dos ejes restantes, incrementa mucho el peso, sin

embargo se pueden usar unas mejores guías o incrementar el número de

guías para compensar, por otra parte permite usar casi el doble de área de

trabajo con el mismo tornillo. Un ejemplo se muestra en la figura 6.3.

83

Figura 6.3 Un sistema con pórtico movible [7]

D) Sistema WTM en dos o tres ejes; usar el sistema de mesa movible para dos

o hasta 3 ejes es la forma en que mejor se soporta el esfuerzo, junto con un

sistema de control de posición con alimentación es la opción más profesional

que podemos obtener en la figura 6.4 se muestra un ejemplo de ellos.

Figura 6.4 Sistema de mesa movible embonado un eje sobre otro [7]

84

E) Fresadora CNC de bajo costo que maquina aceros; un proyecto que posee

prestaciones avanzadas sin embargo con poca precisión, un proyecto que

me gustaría investigar, ya que la idea que propongo es usar una mesa de

trabajo de una fresadora en desuso o bien con tornillos de baja precisión pero

hecho en acero, acoplar estos ejes a unos motores para controlar la posición

y usar como cabezal de fresado un talado de banco con variación de

velocidad, es una propuesta no valida pero que me interesa a investigar, ya

que se perdería mucha precisión para tal vez podría ser aceptable para

maquinar acero, usar control CNC y que sea muy económica, es un proyecto

que repito no es válida pero apasiona mucho, usando una mesa de trabajo

rehusada para este propósito como el de la figura 6.5.

Se ha abordado como mejorar o

agregar sistemas a una fresadora CNC,

sin embargo esta sección solo intenta

darle un panorama general al lector

sobre los posibles caminos que tal vez

podría tomar este diseño después que

finalice este.

Figura 6.5 Reutilización mesa trabajo para proyecto alternativo [7]

85

BIBLIOGRAFIA

[1] Heinrich Gerling, Alrededor de las maquinas-herramientas, segunda edición,

Reverte S. A., 1964

[2] Cruz Tenuel Francisco (2005) Control numérico y programación,Marcombo

ISBN 84-267-1359-9

[3] Mikel P. Groover , Fundamentos de Manufactura Moderna , Prentice Hall

[4] James V. Valentino and Joseph Goldenberg; "Introduction to Computer Numerical Control 3/E" , Prentice Hall

[5] Mario Rossi . Maquinas y herramientas modernas volumen 2 –editorial dossat

[20] A.L. Casillas , Calculos de taller , 35 ed 1992 edicion hispanoamericana

Cibergrafia :

[6] www.wikipedia.com

[7] google.com motor de búsqueda de imágenes

[8] http://www.fermatmachinery.com/fermat-machine-tool-y

[9] http://www.cncdiy.org/

[10]

http://www.thomsonlinear.com/website/com/eng/products/ball_screws_and_lead_s

crews/ball_screws.php

[11] Imagen tomada o creada por el autor

[12] www.ebay.com

[13] http://www.metalesdiaz.com/

[14] http://www.esteca55.com.ar/index.html

[15] http://www.frs-cnc.com]

[16] http://www.opencncmexico.com/index.php?main_page=index

[17] www.sanmetal.es/ [18] http://www.dormer.com.mx/

[19] http://www.hornusa.com/

86

APENDICE A

PLANOS A

DETALLE

DESCRIPCION:

MATERIAL:

TRATAMIENDO TERMICO:

DIBUJO:

REVISO:

ESTADO:

DUREZA:

DIEDRO:

ACOTACION:

ESCALA:

NO. DE DIBUJO

NO. DE PARTE

FECHA:

ENSAMBLE FRESADORA CNC

SIN

M. EN C. JUAN ROBERTO RODRIGUEZ BELLO

MICHAEL DAVID PEREZ VALDEZ

SIN

S/ TRATAMIENTO SIN

mm

1:2.85

ENSAMBLE

ENSAMBLE

30-ABRIL-2015

PZA DESCRIPCION No. DE PARTE CAN MATERIAL OBSERVACIONES

1 SOPORTE BASE MESA FNC-01 2 SAE 306 FABRICADO DE PLACA ALUMINIO 1/2 PULGADA

2 PLACA BASE FNC-02 1 SAE 306 FABRICADO DE PLACA ALUMINIO 1/2 PULGADA

3 PLACA MOVIMIENTO EJE Y FNC-03 1 SAE 306 FABRICADO DE PLACA ALUMINIO 1/2 PULGADA

4 PLACA MOVIMIENTO EJE Z FNC-04 1 SAE 306 FABRICADO DE PLACA ALUMINIO 1/2 PULGADA

5 PLACA MOVIMIENTO EJE X FNC-05 1 SAE 306 FABRICADO DE PLACA ALUMINIO 1/2 PULGADA

6 PLACA PORTICO FNC-06 2 SAE 306 FABRICADO DE PLACA ALUMINIO 1/2 PULGADA

7 BASE A MOTOR EJE Z FNC-07 1 SAE 306 FABRICADO DE PLACA ALUMINIO 1/2 PULGADA

8 BASE A MOTOR EJE X FNC-08 1 SAE 306 FABRICADO DE PLACA ALUMINIO 1/2 PULGADA

9 BASE A MOTOR EJE Y FNC-09 1 SAE 306 FABRICADO DE PLACA ALUMINIO 1/2 PULGADA

10 BASE B MOTOR EJE Z FNC-10 1 SAE 306 FABRICADO DE PLACA ALUMINIO 1/2 PULGADA

11 BASE B MOTOR EJE X FNC-11 1 SAE 306 FABRICADO DE PLACA ALUMINIO 1/2 PULGADA

12 PLACA BASE EJE X FNC-12 1 SAE 306 FABRICADO DE PLACA ALUMINIO 1/2 PULGADA

13 PLACA BASE EJE Z FNC-13 1 SAE 306 FABRICADO DE PLACA ALUMINIO 1/2 PULGADA

14 CHUMACERA EJE Y FNC-14 2 SAE 305 CON RODAMIENTO INTEGRADO HK1516

15 SOPORTE TUERCA EJE Y FNC-15 1 SAE 1018 FABRICADO DE COLD ROLL AJUSTADO A LA TUERCA

16 SOPORTE GUIA EJE Y FNC-16 4 SAE 1018 FABRICADO DE COLD ROLL ANCLADO A LA PLACA BASE

PZA DESCRIPCION No. DE PARTE CAN MATERIAL OBSERVACIONES

17 FLECHA 12 MM DIAMETRO FNC-17 2 SAE 1018 FABRICADO EN ACERO RAPIDO DIAMETRO DE 12 MM

18 SOPORTE MOTOR FRESADO FNC-18 1 SAE 306 FABRICADO EN ALUMINIO CON AJUSTE PARA MONTAR MOTOR

19 CHUMACERA SBR12UU FNC-19 4 SAE 306 FABRICADA EN ALUMINIO CON RODAMIENTOS INTEGRADOS

20 TORNILLO RM2005 FNC-20 1 SAE 1045 FABRICADO EN ACERO TEMPLADO CON RECTIFICACION

21 TUERCA RM2005 FNC-21 1 SAE 1045 TUERCA INTEGRADA DE TORNILLO RM2005

22 SOPORTE BK12 FNC-22 2 SAE 1018 SOPORTE CON RODAMIENTO INTEGRADO Y BUJES

23 SOPORTE BF12 FNC-23 2 SAE 1018 SOPORTE CON RODAMIENTO INTEGRADO Y BUJES

24 TORNILLO RM1605 FNC-24 2 SAE 1045 FABRICADO EN CERO TEMPLADO CON RECTIFICACION

25 TUERCA DE TORNILLO RM1605 FNC-25 2 SAE 1045 TUERCA INTEGRADA DE TORNILLO RM16005

26 GUIA LINEAL SBR20 FNC-26 2 SAE 1018 FABRICADO EN ACERO RAPIDO DIAMETRO 20 MM

27 GUIA LINEAL SBR16 FNC-27 2 SAE 1018 FABRICADO EN ACERO RAPIDO CON DIAMETRO DE 16 MM

28 SOPORTE DE TUERCA DE RM1605 FNC-28 2 SAE 306 FABRICADO EN ALUMINIO AJUSTADO A LA TUERCA

29 CHUMACERA SBR20UU FNC-29 4 SAE 306 FABRICADA EN ALUMINIO CON RODAMIENTOS INTEGRADOS

30 CHUMACERA SBR16UU FNC-30 4 SAE 306 FABRICADA EN ALUMINIO CON RODAMIENTOS INTEGRADOS

1

2

3

7

4

5

8

10

11

12

13

14

15

16

5

18

9

20

17

19

21

22

23

24

26

25

27

28

29

30

CORTE AA

ESCALA 1:1.9047

ESCALA 1:1.9047

CORTE BB

AA

B

B

DE

SC

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-2015

18.5

24

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No 20 M6 X1

.

12.7

475

45

140

12.7

13045

376

12.7

16.5

22

5

58

114

119.3

132

113 18 18 19 38 19 18 18 114

Tolerancia general Js11 y js11.

DE

SC

RIP

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IB

UJO

NO

. D

E P

AR

TE

FE

CH

A:

PL

AC

A M

OV

IM

IE

NT

O E

JE

X

SA

E 3

06

M. E

N C

. JU

AN

R

OB

ER

TO

R

OD

RIG

UE

Z B

ELLO

MIC

HA

EL D

AV

ID

P

ER

EZ

V

ALD

EZ

RE

CO

CID

O

S/ T

RA

TA

MIE

NT

OH

BN

7

0

mm

S/E

01

-0

5

FN

C-0

5

26-F

EB

-2015

35

35 35

7.5 47.5

12.7

No 16; Ï 5.5No 6; M6 x1

7.5

6.5

1.5

35

38.5

38.5

12.5

33.5

6.5

1.5

72

72

Tolerancia general Js11 y js11

.

150

160

DE

SC

RIP

CIO

N:

MA

TE

RIA

L:

TR

AT

AM

IE

ND

O T

ER

MIC

O:

DIB

UJO

:

RE

VIS

O:

ES

TA

DO

:

DU

RE

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:

DIE

DR

O:

AC

OT

AC

IO

N:

ES

CA

LA

:

NO

. D

E D

IB

UJO

NO

. D

E P

AR

TE

FE

CH

A:

PLA

CA

P

OR

TIC

O

SA

E 3

06

M. E

N C

. JU

AN

R

OB

ER

TO

R

OD

RIG

UE

Z B

ELLO

MIC

HA

EL D

AV

ID

P

ER

EZ

V

ALD

EZ

RE

CO

CID

O

S/ T

RA

TA

MIE

NT

OH

BN

7

0

mm

S/E

01

-0

6

FN

C-0

6

26-F

EB

-2015

5656

373.65

31.35

No 9 Ï 6.3

33

33

20

20

33

35

22

6.35

Tolerancia general Js11 y js11.

DE

SC

RIP

CIO

N:

MA

TE

RIA

L:

TR

AT

AM

IE

ND

O T

ER

MIC

O:

DIB

UJO

:

RE

VIS

O:

ES

TA

DO

:

DU

RE

ZA

:

DIE

DR

O:

AC

OT

AC

IO

N:

ES

CA

LA

:

NO

. D

E D

IB

UJO

NO

. D

E P

AR

TE

FE

CH

A:

CH

UM

AC

ER

A E

JE

Y

M. E

N C

. JU

AN

R

OB

ER

TO

R

OD

RIG

UE

Z B

ELLO

MIC

HA

EL D

AV

ID

P

ER

EZ

V

ALD

EZ

S/ T

RA

TA

MIE

NT

OH

BN

3

5

mm

S/E

01

-1

4

FN

C-1

4

26 F

EB

2015

15.5

15.5

SA

E 3

05

25

24

48

6

15.5

38 6

Ï 15 H6/js5

Ï 17 H6/js5

No 2 Ï6.3

31

Tolerancias no indicadas Js11 y js11.

DE

SC

RIP

CIO

N:

MA

TE

RIA

L:

TR

AT

AM

IE

ND

O T

ER

MIC

O:

DIB

UJO

:

RE

VIS

O:

ES

TA

DO

:

DU

RE

ZA

:

DIE

DR

O:

AC

OT

AC

IO

N:

ES

CA

LA

:

NO

. D

E D

IB

UJO

NO

. D

E P

AR

TE

FE

CH

A:

SO

PO

RT

E T

UE

RC

A E

JE

Y

SA

E 1

01

8

M. E

N C

. JU

AN

R

OB

ER

TO

R

OD

RIG

UE

Z B

ELLO

MIC

HA

EL D

AV

ID

P

ER

EZ

V

ALD

EZ

RE

CO

CID

O

S/ T

RA

TA

MIE

NT

OH

BN

1

60

mm

S/E

01

-1

5

FN

C-1

5

26-F

EB

-2015

58

36

14.5

5.55.5

2.5

8.5

35

29.5

R

2

3

.

5

Tolerancia general Js11 y js1

1.

DE

SC

RIP

CIO

N:

MA

TE

RIA

L:

TR

AT

AM

IE

ND

O T

ER

MIC

O:

DIB

UJO

:

RE

VIS

O:

ES

TA

DO

:

DU

RE

ZA

:

DIE

DR

O:

AC

OT

AC

IO

N:

ES

CA

LA

:

NO

. D

E D

IB

UJO

NO

. D

E P

AR

TE

FE

CH

A:

SO

PO

RT

E G

UIA

E

JE

Y

SA

E 1

01

8

M. E

N C

. JU

AN

R

OB

ER

TO

R

OD

RIG

UE

Z B

ELLO

MIC

HA

EL D

AV

ID

P

ER

EZ

V

ALD

EZ

RE

CO

CID

O

S/ T

RA

TA

MIE

NT

OH

BN

1

60

mm

1:1

01

-1

6

FN

C-1

6

26-F

EB

-2015

6.35

13

24

13

No 2 6.3

3415

12 12.7

6.5

Ï 10 H6/js5

Tolerancias no indicadas Js11 y js11

.