FACULTAD DE MECNICA - INGENIERA INDUSTRIAL

1. TEMA:

DISEO Y CONSTRUCCION DE UNA MQUINA CNC DE 3 EJES PARA EL RUTEO DE PISTAS Y TALADRADO DE CIRCUITOS IMPRESOS (PCBs) CONTROLADO POR EMC2

2. TIPO DE TRABAJO DE TITULACIN PROPUESTO

TIPO TRABAJOMARQUE CON UNA X

Proyecto de Investigacin

Propuesta tecnologca x

Proyecto Tcnico

Trabajo Experimental

3. DATOS GENERALES DEL ( LOS) PROPUESTO (S)

NOMBRE Y APELLIDOS FACULTAD /ESCUELA TELFONOEMAIL

Byron Alfredo Lamia ChicaizaMecanica / Ingenieria Industrial 0988392394byronalfredo@hotmail.com

ngelo Efrn Canga PrezMecanica / Ingenieria Industrial0995173003darkangelo665@gmail.com

4. DATOS GENERALES DEL TUTOR Y ASESORES PROPUESTOSNOMBRE Y APELLIDOS TUTORASESORREA DEL CONOCIMIENTO

ING. JHONNY OROZCOxxAutomatizacin de procesos

NOMBRE Y FIRMA DEL (LOS) POSTULANTE (S)

Byron Alfredo Lamia Chicaiza ngelo Efrn Canga Prez

5. COMPONENTES ESTRUCTURALES DEL ANTEPROYECTO ELABORADOS EN CORRESPONDENCIA CON EL TIPO DE TRABAJO DE TITULACIN ELEGIDO.

RESUMEN

Esta propuesta tecnolgica trata del diseo y construccin de un prototipo de mquina de control numrico computarizado (CNC) basado en el modelo de una fresadora convencional, como medio alternativo para la elaboracin de placas electrnicas PCB por medio de un software libre como el EMC2, sustituyendo as los mtodos de tipo convencionales y en muchos casos artesanales, esperando lograr reducir el tiempo de fabricacin de cada placa mejorando el proceso, elevando la calidad y reduciendo los costos de produccin de las mismas.

Basados en ese objetivo y analizando los requerimientos de fabricacin se realiza el diseo de cada uno de los elementos que conformaran nuestro prototipo CNC, ayudados del software de diseo Solidworks que facilita simulaciones que nos permitan el anlisis del comportamiento del diseo antes de la fabricacin de cada uno de sus componentes, as mismo se analiza la seleccin de distintos elementos necesarios para elaborar una interfaz que nos permitan dar movimiento y controlar el prototipo por medio del software a travs de una computadora.

Una vez logrado un prototipo digital que cumpla con los requerimientos iniciales se procede con la construccin del prototipo en materiales previamente seleccionados tomando en consideracin su funcin y utilidad, elaborando as un prototipo experimental, en el que se realizan pruebas con diferentes diseos de placas PCB, para verificar su funcionamiento logrando que el sistema CNC sea capaz de cumplir todos los requerimientos en la realizacin de placas PCB de una manera rpida y eficiente.

INTRODUCCIN

El CNC aparece a principios de los aos cincuenta con la aparicin de la computadora y se ha ido perfeccionando hasta la presente, con lo que la aplicacin de la tecnologa CNC se ha ido extendiendo a todo tipo de maquinaria: taladros, tornos, fresadoras, rectificadoras, etc.

A diferencia de una mquina convencional o manual, la maquina CNC es controlada por una computadora que define la posicin y velocidad de los motores que accionan los ejes de la mquina. Gracias a esto se puede realizar los trabajaos con mayor precisin y exactitud, en un tiempo mucho ms corto lo que no se pueden lograr manualmente.

El prototipo CNC diseado es capaz de mover la herramienta al mismo tiempo en los tres ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales, lo que facilita el maquinado de complejos modelos mediante el movimiento de la mesa, el carro y el husillo. Una vez programada la mquina, sta ejecuta todas las operaciones por s sola, sin necesidad de que el operador est manejndola. Esto permite aprovechar mejor el tiempo del personal para que sea ms productivo.

El trmino "control numrico" se debe a que las rdenes dadas a la mquina son indicadas mediante cdigos numricos, dndole la capacidad de hacer diseos altamente complejos.CAPTULO I

1. MARCO REFERENCIAL

ANTECEDENTES

En el mundo la ciencia y tecnologa han avanzado hasta el punto de poder llegar a construir mquinas completamente automticas e independientes al reemplazar ciertas prcticas manuales por dispositivos electrnicos y mecnicos, de tal manera que ahorran mucho trabajo, recursos y tiempo a los seres humanos.

En la actualidad el Ecuador viene sufriendo ciertos cambios en la matriz productiva para ello el gobierno ha incrementado la eficiencia en los servicios que brinda la Secretara de Educacin Superior, Ciencia y Tecnologa, optimizando los recursos destinados a generar transferencia tecnolgica en los sectores estratgicos, a fin de contribuir al desarrollo de la ciencia y tecnologa, para incrementar la productividad y competitividad con un enfoque de responsabilidad social

Sin embargo, el desarrollo tecnolgico en nuestro Pas an tiene limitaciones para poder competir de una manera ptima, el avance tecnolgico nos facilita mucho los procesos de fabricacin, de tal manera que se los puede desarrollar con mayor rapidez, eficacia y disminuyendo costos, en comparacin con mtodos manuales.

Existe gran variedad de soluciones a la hora de abordar este tema, ya que existe toda una industria especializada en esta tecnologa. A nivel mundial se producen maquinas fresadoras tipo router CNC con diversos precios dependiendo del alcance de las mismas cuyos precios que oscilan desde 8000$ hasta 17000$ tomando en cuenta que en el Ecuador, estas mquinas CNC trabajan solo en dos ejes X,Y siendo el eje Z regulable manualmente se podra considerar que son modelos muy bsicos en precios que superan los 6000$ sin contar los cargos del envo.

La mquina CNC que se propone construir tiene las mismas prestaciones, puesto que elimina gran parte de los procedimientos manuales al momento de realizar el ruteado y taladrado de circuitos impresos en menor tiempo y con una mayor calidad, logrando contribuir en el cambio de la matriz productiva desarrollando tecnologa en el pas.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Ennuestropasenlosltimosaos ha venido imponiendo aranceles a los artculos electrnicos con el fin de reducir las importaciones para fomentar el desarrollo de nuestra propia tecnologa en el Ecuador, haciendo cada vez ms complicado el tener a nuestra disposicin dichos componentes. Naciendo as la necesidad de fabricarlos de manera artesanal o en ciertos casos con tecnologas bsicas que consumen mucha inversin en recursos y tiempo.

Para lo cual en el Ecuador ha venido incrementndose la aplicacin de la tecnologa CNC, dando lugar a la importacin de mquinas CNC nuevas y de segunda mano, en el primer caso de altsimo costo que pequeas empresas no pueden adquirir con mucha facilidad, en el segundo caso son ms asequibles con un menor tiempo de vida til, y en algunos casos vienen con defectos difciles de identificar por el personal encargado en el montaje y a veces no las pueden instalar quedando obsoletas por lo que representa una gran prdida econmica para la empresa que la adquiri.

JUSTIFICACIN

Las maquinas CNC tienen un costo elevado, puesto que realizan trabajos de alta precisin en 2D y 3D en diversos materiales, adems de la dificultad de la obtencin de partes para la reposicin de elementos en el mantenimiento correctivo, otro factor seria la mano de obra especializada para realizar el mantenimiento de software y hardware; por tales motivos lo que pretendemos lograr es construir una mquina que realice funciones similares orientadas a la fabricacin de PCBs; que reduzca el tiempo de fabricacin de las mismas, con una mayor calidad y un costo menor reduciendo la el uso de la mano de obra aplicando un software de control.

Una placa de circuito impreso (PCB Printed Circuit Board) es una plancha de material rgido aislante, cubierta por una capa de cobre en una de sus caras o en ambas, para que realice la funcin de conductor. Las tcnicas para la elaboracin de PCBs, las hemos ubicado en funcin de las tcnicas para eliminar el excedente de cobre; as como el mtodo de transferencia del diseo; tal como se indican en la tabla referencial 01

El mtodo de creacin de placas PCBs por medio de la fresadora CNC mostrado en la tabla de referencia 01 demuestra que reducir considerablemente los ndices de uso de dinero, esfuerzos y tiempo invertido en la creacin de placas, en comparacin de los otros mtodos que son en su mayor parte de procesos manual adems de que se usa el ataque qumico el cual usa cidos los cuales son perjudiciales para la salud humana.

En fin, conforme avanza la tecnologa electrnica en especial en el campo de sistemas embebidos como microcontroladores, la fabricacin de PCBs es ms crucial, porque cada vez tienen mayor densidad y esto exige mayor exactitud y precisin, esto hace necesario la utilizacin de diseos asistidos por computadora y mquinas avanzadas; es por ello que nuestro trabajo, se centra en definir y especificar un mtodo ms rpido que ahorre tiempo, esfuerzo y dinero al usuario, y que elimine el uso y desperdicio de papel, agua y qumicos, que de cierta forma resulta perjudicial para la naturaleza y el medio ambiente.

Objetivos

Objetivo general

Disear y construccin de una mquina CNC de 3 ejes para el ruteo de pistas y taladrado de circuitos impresos (PCBs) controlado por (EMC2) Objetivos especficos

Realizar un estudio y determinar los parmetros caractersticos bsicos del prototipo CNC Elaborar una Mquina-Herramienta con control numrico computarizado CNC para la elaboracin de circuitos impresos (PCBs). Analizar y aplicar el diseo CAD-CAM en la elaboracin placas (PCBs) por medio de un software como el EMC2. Desarrollar el algoritmo para la elaboracin de la placa PCBs. Realizar pruebas de funcionamiento de cada elemento y del prototipo en general. Elaborar una gua para el proceso de elaboracin de la placa PCBs.

CAPTULO II

2. MARCO TERICO

2.1. MAQUINA FRESADORA

2.1.1. Alcance y campo de aplicacin. 2.1.2. Control Numrico Computarizado.2.1.3. Caracterizacin de las mquinas CNC2.1.4. Que es un sistema CNC?2.1.5. Ventajas de un sistema CNC2.1.6. Desventajas de un sistema CNC2.1.7. Sistema de control CNC2.1.8. Procesos en Maquinas CNC.2.1.9. Identificacin del sistema de control.2.1.10. Etapas del proceso.2.1.11. Diseo del sistema de control.

2.2. CAD/CAM

2.2.1. Tecnologa CAD2.2.2. Tecnologa CAM.2.2.3. Sistemas CAD/CAM2.2.4. Ventajas de la implementar sistemas CAD/CAM2.2.5. Software EMC2

2.3. REVISIN DE TODOS LOS COMPONENTES

2.3.1. Componentes Elctricos y Electrnicos 2.3.2. Componentes Mecnicas 2.3.3. Software

CAPTULO III

3. DISEO Y CONSTRUCCIN

3.1. PARMETROS DE DISEO 3.1.1 Aspectos preliminares del diseo de la maquina

3.2. VARIABLES DE DISEO 3.2.1 Sistema mecnico3.2.2 Sistema elctrico 3.2.3 Sistema de control

3.3. DISEO DEL EQUIPO 3.3.1. Calculo de los elementos mecnicos3.3.2. Seleccin de actuadores 3.3.3. Seleccin de controladores3.3.4. Seleccin de elementos del sistema de control

3.4. CONSTRUCCIN DEL EQUIPO 3.4.1. Lista de materiales3.4.2. Manufactura de las partes de la mquina3.4.3. Construccin de la estructura en el vertical eje Z3.4.4. Construccin de la estructura en el horizontal eje X3.4.5. Construccin de la estructura en el horizontal eje Y3.4.6. Instalacin del sistema de alimentacin3.4.7. Instalacin del sistema de control3.4.8. Instalacin y cableado de los actuadores

3.5. PRUEBAS Y FUNCIONAMIENTO

3.5.1. Pruebas del sistema mecnico3.5.2. Pruebas del sistema elctrico3.5.3. Pruebas del sistema electrnico3.5.4. Pruebas de comunicacin y transferencia de datos entre software y fresadora3.5.5. Pruebas de comunicacin y funcionamiento de los actuadores X, Y y Z3.5.6. Prueba de funcionamiento general de la fresadora.3.5.7. Maquinado del material mediante EMC23.6. ANLISIS DE RESULTADOS CAPTULO IV

4. ESTUDIO DE COSTOS

4.1. Costos directos COSTOS DIRECTOS

DESCRIPCINCOSTOS(Dlares)

Materiales y Herramientas1700

Adquisicin de software20

Capacitacin80

Modelado60

TOTAL1860

4.2. Costos indirectos COSTOS INDIRECTOS

DESCRIPCINCOSTOS(Dlares)

Impresiones 80

Transporte70

importacin componentes y motores400

Elementos varios50

TOTAL600

4.3. TIR 4.4. VAN

Conclusiones

Recomendaciones

Bibliografa

ANEXOS:

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

ACTIVIDAD/TIEMPOOctubre Noviembre Diciembre Enero Febrero Marzo Abril

1234123412341234123412341234

Elaborar la introduccin.xx

Recopilacin de informacin xxx

Diseo del Prototipo CNCxxxxx

Clculos del prototipoxx

Diseo en CAD/CAMxxxx

Construccin del prototipo CNC xxxx

Programacin CNCxx

Elaboracin de la pieza tipo x

Revisin y elaboracin del escrito faltantexxx

Elaboracin de las conclusiones y recomendaciones.xx

COSTO APROXIMADO

COSTOS TOTALES

DESCRIPCINCOSTOS(Dlares)

Costos Directos1860

Costos Indirectos600

TOTAL2460

ESQUEMA ESTRUCTURAL DEL PROTOTIPO

ESQUEMA DEL SISTEMA DE CONTROL

6. NOMBRE Y FIRMA DE POSTULANTES

BYRON LAMIA NGELO CANGA

7. NOMBRE Y FIRMA DEL TUTOR

ING. JHONNY OROZCO