Apuntes de C.N.C.

00 Introducción al CNC

Guillermo Casado

Índice de contenidos

1.- El CNC..................................................................................................................................................................31.1.- Introducción:..............................................................................................................................................31.2.- Historia del control numérico:...............................................................................................................31.3.- Las máquinas herramientas (MMHH):..................................................................................................4

1.3.1.- Características:................................................................................................................................41.3.2.- Holguras:............................................................................................................................................41.3.3.- Rozamientos:.....................................................................................................................................41.3.4.- Motores:............................................................................................................................................51.3.5.- Diseño:................................................................................................................................................5

1.4.- Tecnología de las herramientas (htas):...............................................................................................61.4.1.- Características:................................................................................................................................61.4.2.- Mecanizado:......................................................................................................................................61.4.3.- Condiciones programación htas:..................................................................................................61.4.4.- Corrección:........................................................................................................................................61.4.5.- Materiales:........................................................................................................................................61.4.6.- Temperatura de corte:..................................................................................................................71.4.7.- Desgaste de las htas:.....................................................................................................................81.4.8.- Cambios automáticos de las htas:...............................................................................................8

1.5.- Clasificación de las MMHH CN:.............................................................................................................91.6.- Ventajas y desventajas en la aplicación de las MMHH CN:...........................................................91.7.- Control de posicionamiento:...................................................................................................................91.8.- Programación manual:.............................................................................................................................12

1.8.1.- Estructura de un programa:........................................................................................................131.8.2.- Programación de movimientos:...................................................................................................141.8.3.- Origen de coordenadas:...............................................................................................................141.8.4.- Programación de velocidades:....................................................................................................141.8.5.- Programación de las herramientas: .........................................................................................151.8.6.- Calculo de trayectorias:...............................................................................................................15

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1.- El CNC.

1.1.- Introducción: En los procesos de Fabricación Mecánica intervienen infinidad de Máquinas Herramientas (MMHH) de todo tipo, cada una adecuada a su forma y necesidad de mecanizado. Pero todas ellas realizan individualmente y de forma casi general los siguientes movimientos y operaciones:

● -Un desplazamiento en sus carros o cabezal.

● -Un determinado nº de revoluciones.

● -Unas direcciones y velocidades en sus avances.

● -Algunas pueden tener un almacén para el cambio de Herramientas y de piezas.

● -Todas tienen unas condiciones propias de mecanizado y de funcionamiento. Etc.

Los Controles Numéricos son equipos informáticos que desarrollan a través de un Software las siguientes funciones:

● -Control de flujos de información.

● -Control de sintaxis de la programación

● -Diagnóstico de su funcionamiento. Etc.

Si juntamos una Máquina Herramienta (MH) y un equipo de Control Numérico (CN), formaremos un sistema (MMHH de CN) que coordina y controla todas las funciones propias del CN y las de la MH, por tanto las automatiza, y todo esto realizado por ordenes compuestas de caracteres alfanuméricos. De aquí nos viene la denominación Ingles "Numerical Controlled", que equivaldrá a decir: MH que es gobernada por órdenes de letras y números. Las MMHH de CN, por ello, trabajan obedeciendo estas órdenes sin la intervención de operario.

Hoy dado el avance de la informática, tenemos el CNC: Control Numérico Computerizado.

1.2.- Historia del control numérico: Desde 1930 se están realizando estudios para obtener mejores métodos de trabajo.

1942 la empresa Bendix Corporation, aprovecha los cálculos de una Máquina automática para definir una trayectoria difícil. 1947 Jhon Parsons, concibe un mando automático con entrada de informaciones numéricas.

1953 El Massachusetts Institute of Technologie, usa por primera vez la denominación "Numerical controlled".

1956 La USAF hace un gran pedido de estas Máquinas a las grandes empresas americanas.

1960 Se inicia la técnica de elaboración de transistores para CN.

1960 Primeras demostraciones de Control Adaptable.

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1967 Se monto la 1ª Máquina con transistores de conducción.

1968 Se hacen los primeros ensayos de Control Numérico.

1.3.- Las máquinas herramientas (MMHH):

1.3.1.- Características: Las MMHH de CN han de tener unas condiciones específicas de construcción, que permitan realizar unos desplazamientos en mecanizado, con gran precisión y fiabilidad, por ello la tecnología de fabricación de estas Máquinas es algo diferente a la de las Máquinas clásicas.

Los factores que determinan la precisión y la capacidad de arranque de material en una MH podrían ser los siguientes:

Unos motores de características muy específicas, las holguras, los rozamientos, las deformaciones, la rigidez, las vibraciones, las desalineaciones, etc.

1.3.2.- Holguras: Para evitar las Holguras hoy se emplean los Husillos de bolas.

Este es el elemento encargado de transmitir movimiento del motor a un carro, sin holguras y con capacidad de reglado o ajuste.

Estos Husillos, tienen las siguientes ventajas:

Un mínimo rozamiento y desgaste y por ello una larga duración.

Transmiten grandes velocidades (alta precisión).

Carencia de juego axial.

Suavidad de operación.

Alta rigidez. Etc.

1.3.3.- Rozamientos: Para los Rozamientos, existen las guías comunes, las guías de rodadura (patines) y las guías hidrostáticas, estas últimas son las que reúnen un mas bajo coeficiente de rozamiento y desgaste.

Hoy las mas extendidas son las guías de rodadura, con el mas bajo coeficiente de rozamiento posible y están provistas de pistas de rodillos y las regletas reciben un tratamiento de endurecimiento contra desgaste.

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X

Y

Z

Tuerca A

Tuerca B

Arandela

1.3.4.- Motores: Los motores de corriente continúa o alterna pero se han de preparar de forma concienzuda de forma que sirvan a los grandes cambios y altas revoluciones para ello se usan los siguientes tipos de motores:

Motores de corriente continua con servo de estas características:

● -Supervisión constante del campo de velocidades.

● -Bajo momento de rozamiento.

● -Giro silencioso y constante incluso a velocidades pequeñas.

● -Poco desgaste de los colectores.

Motores de giro:

● -No llevan colectores ni anillos de rectificación.

● -Bajo índice de disipación del calor.

● -Regulación de la velocidad bastante fina.

1.3.5.- Diseño: Para lo demás hoy el diseño de las MMHH de CN ha evolucionado de tal forma que podemos decir que existe una nueva arquitectura de las MMHH de CN, capaz de adaptarse a cualquier necesidad Máquina-pieza. Las características de esta nueva arquitectura serían:

● Aumento de la rigidez estética.

● Aumento de la estabilidad térmica.

● Buena evacuación de las virutas y refrigerantes.

● Construcciones simples.

● Chapa soldada y hormigón en las estructuras.

● Cadenas cinemáticas simplificadas.

● Construcción modular.

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1

2

S

N

S

S

2

1 1

2

N

S

1

2

N

N NSN

S

Principio de funcionam iento del m otor PASO A PASO

1.4.- Tecnología de las herramientas (htas): En la MMHH de CN, debido a sus especiales Características, se usan unas Htas. de corte muy específicas, y que no siempre utilizan las MMHH convencionales.

1.4.1.- Características: Teniendo en cuenta las altas velocidades y la precisión con que trabajan las MMHH de CN, las herramientas usadas, han de reunir una serie de Características:

Resistencia al desgaste, gran duración del filo de corte.

Capacidad de resistir y disipar calor.

Estabilidad en su amarre durante el corte.

Cambio rápido del elemento cortante.

1.4.2.- Mecanizado: Según el tipo de mecanizado, se empleará el siguiente tipo de material de corte:

Acero rápido: Fresas frontales.

Metal duro: Fresas frontales de plaquitas y plaquitas de torno.

Cerámica: Torneado.

1.4.3.- Condiciones programación htas: En la programación de una MH de CN, se deben de tener en cuenta los siguientes datos:

● Avances: (F):

● Revoluciones: (S).

● Velocidad de corte: (S):

● Refrigerante: Si o no.

Dependiendo de los medios empleados, se obtienen óptimas velocidades de corte.

1.4.4.- Corrección: Para la corrección de algún valor de avance durante el mecanizado, en la MMHH de CN se usan dispositivos potenciómetros de corrección.

Igualmente para la corrección de valores en diámetros o longitudes los CCNN, disponen de Tablas de Htas. con dispositivos de corrección.

Para una correcta medición y galgado de todas las Htas, existe un aparato llamado PRE-SETTING, que realiza las funciones antes reseñadas y con lo cual se reducen los tiempos de preparación de una forma importante.

1.4.5.- Materiales: Propiedades de los distintos materiales de corte:

1-Htas. de Acero rápido:

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● Son tenaces.

● Son apropiadas para cortes intermitentes.

● Tienen escasa resistencia al desgaste.

2-Htas de Metal duro:

● Son de gran dureza, resistentes al desgaste y las altas temperaturas.

● Son sensibles a los cambios bruscos de temperatura.

● Son de distinta aplicación, según sus resistencia (P,K,M).

● Estén recubiertas para aumentar su resistencia al desgaste.

2-Htas de CERÁMICA:

● Tienen más resistencia en cuanto a desgaste que las anteriores.

● Son muy sensibles a las vibraciones.

● No se pueden refrigerar con líquidos.

● Son muy frágiles.

La gran robustez, rigidez y estabilidad con que se están construyendo hoy las MMHH, permiten cada vez más el uso de las Htas. de cerámica, esto está originado una revolución en el mecanizado, dada la gran gama de materiales a mecanizar y las altas Velocidades de corte, con lo cual se reducen los tiempo de una forma importante.

Hay diferentes calidades en la Htas. (Plaquitas) de cerámica, CC 620, CC650, CC680, y cada una de estas calidades, está adecuada para un tipo de material y condiciones de mecanizado, hoy cualquier fabricante establece unas tablas para cada calidad con sus condiciones de mecanizado, V/C, Avances, Pasada, etc.

1.4.6.- Temperatura de corte: Con la aplicación de las plaquitas de metal duro o Cerámica, se alcanzan elevadas velocidades en el arranque de viruta, con lo cual se generan grandes cantidades de calor, que ha de ser eliminado por:

● Las virutas.

● La herramienta.

● La pieza.

● El refrigerante.

La temperatura de la Máquina como la de la pieza ha de ser moderadamente baja, por ello emplearemos un refrigerante adecuado a las Características del material a mecanizar, la Hta. y la máquina. El fabricante de líquidos refrigerantes, ya establece y adecuados a las necesidades del mecanizado y mediante el catálogo podemos elegir el más adecuado.

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1.4.7.- Desgaste de las htas: La Hta. se nos desgasta mas o menos rápidamente, dependiendo de:

● Su zona de corte.

● Su ángulo de incidencia.

● Su ángulo de corte.

● Su refrigeración. Etc.

Este desgaste, influye de una forma determinante en e las tolerancias de las medidas de las piezas.

Dependiendo del empleo del refrigerante, pueden aparecer desviaciones en las medidas de una pieza.

Por ello corregiremos esto:

● Compensando automáticamente la medida.

● Aumentar el ángulo de corte.

● Disminuir el ángulo de incidencia.

● No usar refrigerante al usar plaquitas de Cerámica.

1.4.8.- Cambios automáticos de las htas: Un elemento muy importante en estas MMHH son los cambios automáticos de Htas., mediante el cual podemos realizar casi por entero una pieza aunque tengamos que usar un numero importante de herramientas.

Las herramientas necesarias para la mecanización, Estén en un almacén codificadas, de forma que cuando se precise una de ellas para una operación concreta, es llamada automáticamente por la MH.

Hay dos sistemas de Cambio de Htas.:

1.-Cambio por giro de torreta.

2.-Cambio por desplazamiento de brazo giratorio.

El primero lo usan tornos y taladros, con un número reducido de htas.

El segundo es el usado en MMHH que necesitan gran número de htas. para cada pieza a mecanizar como Centros de mecanizado.

Su filosofía es la siguiente:

1º.-Gira la tijera cargadora "A" 90 grados por medio de eje a en dirección al cabezal principal Se sujeta al mismo tiempo la H montada en el cabezal y la que se encuentra en la cadena o almacén.

2º.-La tejiera sale fuera unos X mm (en función de cada MMHH) con lo cual saca ambas htas. de sus cono de ajuste.

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3º.-Gira la tijera 180 grados por medio del eje b.

4º.-Retroceso de la tijera hasta colocar las htas. en sus respectivos conos. El brazo girará 90 grados e irá a su posición de reposo.

1.5.- Clasificación de las MMHH CN: A-Control Numérico Punto a punto: Podemos decir que es aquel que controla los posicionamientos de la herramienta, solo en los puntos donde se realiza un mecanizado. La trayectoria no es un elemento a mecanizar. Ejem.: Taladradoras, Punteadoras etc.

B-Control Numérico Paraxial: Con este sistema controlamos los posicionamientos y la trayectoria. Ejem: Taladradora-fresadora.

C-Control Numérico Continuo: Es aquel que nos controla en todo momento las posiciones y desplazamientos, de formas que estos correspondan a una recorrido establecido. Para que esto suceda hemos de tener unas MMHH que nos permitan relacionar los movimientos, según los ejes de coordenadas; de aquí que podemos establecer lo siguiente:

Máquina de dos ejes y medio.

Máquina de dos ejes cambiables

1.6.- Ventajas y desventajas en la aplicación de las MMHH CN: Hoy las necesidades de la industria plantean que cualquier proceso de mecanizado pueda desarrollarse con MMHH lo más versátiles posibles, por ellos hay infinidad de modelos, pero en líneas generales podemos establecer los siguientes:

● - Bajan los tiempos muertos.

● - El grado de utilización aumenta, al poder reagruparse las fases de mecanizado.

● - Poco rechazo, poco control: se reduce el porcentaje de piezas defectuosas.

● - Con la utilización del CN también se ahorran costosos útiles, levas o plantillas así como htas.

● - Mayor precisión en la ínter cambiabilidad de piezas.

● - Aumento de las tareas en el departamento de Métodos.

● - Gran inversión de capital.

● - Personal altamente cualificado.

● - Mantenimiento cualificado.

● - Buena y detallada planificación.

1.7.- Control de posicionamiento: Como decíamos al principio las MMHH de CN llevan un armario (ordenador), capaz de calcular y controlar los recorridos o las operaciones a mecanizar, transformando esto en órdenes precisas que envía a la MH. Para ello estas MMHH disponen de captadores de

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posición capaces de transformar el desplazamiento de un móvil, de magnitud Mecánica en magnitud eléctrica.

Mediante el control numérico, conducimos un órgano móvil a una posición concreta, con una trayectoria recta o curva. Para comprobar que este móvil esta en todo momento en su posición exacta, utilizamos dos sistemas de control de posicionamiento:

1º.-Bucle cerrado: Son MMHH con dos bucles de retorno de la información, uno para el control de la posición y otro para el de la velocidad de desplazamiento, que hace que esta disminuya al llegar a su posición Para ello se utilizan motores de corriente continua, alterna o hidráulicos.

2º.-Bucle abierto: Con el suprimimos el retorno de la información al llevar motores paso a paso.

Funcionamiento de un motor PASO A PASO: Es aquel que está alimentado por un tren de impulsos, donde el número determina el curso la cadencia y la velocidad, a cada impulso el rotor gira un paso. Ejem.: El desplazamiento deseado es comunicado a un control bajo la forma de impulsos, este traduce los impulsos en señales que excitan sucesivamente las diversas fases del estator del motor paso a paso, accionando el husillo. Con cada excitación el rotor gira 1/4 de vuelta o 90 grados en sentido horario, ósea que este motor cuenta cuatro pasos por vuelta. Con este sistema es fácil controlar desplazamientos y velocidades.

Medida de los desplazamientos:

En Máquinas de CN de Bucle abierto, son los motores paso a paso, los encargados de controlar las posiciones de los desplazamientos.

En las de Bucle cerrado usamos los captadores de posición, y los podríamos clasificar en función de los siguientes conceptos:

-Por la naturaleza de las informaciones cedidas:

● Analógicas o digitales.

-Por la relación entre la magnitud Mecánica y la eléctrica:

● Absoluta o incremental.

-Por el emplazamiento del captador:

● Medida directa o indirecta

-Por su forma física:

● Lineal o rotativo.

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Y

Z

Lector de Cintas

C o n t a d o r

Com parador

x

Pu

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me

mo

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Orden desplazamiento

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Generador

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Y

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Lector de C intas

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M ando de puerta

Entradacontaje

W

BU CLE ABIERTO

Digital Analógico

Incremental Absoluto Absoluto

Directo Indirecto Directo Indirecto Directo Indirecto

Regla Graduada Disco Graduado Regla Codificada Disco Codificado Industosyn Resolver

Características principales de los captadores de posición: Campo de medida, Poder de resolución, Precisión, Precisión de repetición, Sensibilidad, Ruido, Sensibilidad en la dirección del desplazamiento y Velocidad máxima de detención.

Captadores de posición mas empleados:

Hoy podemos decir que si en un principio se usaron un gran número hoy este se reduce a dos: el Resolver y el Inductosyn, que son captadores analógicos, siendo el primero de captación indirecta y el segundo directa.

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Control

M otor

M otor

Control

Inductosyn

Resolver

circular

ANALOGICOABSOLUTOINDIRECTOROTATIVO

ANALOGICOABSOLUTOINDIRECTOROTATIVO

CAPTADORES DE POSICION

1.8.- Programación manual: Para realizar una pieza en CN tendremos en cuenta el siguiente esquema:

Dimensiones de la pieza.

Acabado superficial.

Tolerancias.

Geometría Dimensiones Herramientas.

Longitud del desplazamiento.

Etc.

Información Velocidad de avance.

Velocidad de rotación.

Material de la pieza.

Tecnología Refrigerante.

Características htas.

Funcionamiento de la MH de CN.

Etc.

La preparación de esta información de forma inteligible para el CN, se denomina Programación y para ello utilizamos un Lenguaje de programación: que es un lenguaje alfanumérico (letras números y signos) accesible al hombre e interpretable por la MH de CN.

También se ha de conocer o establecer:

● -La capacidad y Características de la MH.

● -Las Características propias del CN.

● -El plano de la pieza.

● -Las dimensiones en bruto de la pieza.

● -Los mecanizados a realizar.

● -Los puntos o superficies de referencia.

● -Los tipos de Htas. así como sus Características.

Con toda esta información estableceremos los siguientes pasos:

1º.-El orden cronológico de las fases y operaciones.

2º.-Determinar las htas. y útiles necesarios así como las condiciones de trabajo.

3º.-Realizar los cálculos necesarios para definir las trayectorias concretas.

4º.-Escritura del programa.

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1.8.1.- Estructura de un programa: Norma DIN 66025.

Un programa esta compuesto por bloques o secuencias situados de forma cronológica.

Un bloque esta compuesto por:

La letra N determina el Bloque.

La N mas un número (entre el 0 y el 999) ordenan los bloques.

El N10 es un bloque y dentro de el encontramos diversas funciones, (G00, G90, etc.), si continuamos con el N20, N40 etc. tenemos un programa.

Las normas ISO utilizan las letras del Abecedario para la identificación o direccionamiento de una función.

A continuación de N10, tendremos las funciones G preparatorias.

Después vendrán las funciones que nos definirán las características del mecanizado, Velocidades (F S) y tipo de Herramienta a usar (T.).

Estas funciones se pueden programar en cualquier bloque que se necesite cambiar.

Después vendrán las funciones auxiliares M, que nos definirán igualmente características de mecanizado.

Veamos un ejem.

N10 GO G90 X123 Z30 F200 S2000 T1.10 M03 M41

N20 G1 X100 Z40

N30

ETC.

N250 M30

Por lo general, el primer bloque inicia el programa y en el se pueden establecer funciones permanentes para todo el programa.

Los demás bloques, son bloques de mecanizado o de información.

El último es el del final del programa y en el se coloca la función M30.

Todo programa estará numerado para su posterior identificación.

Los bloques no se numeran en orden cronológico seguido, sino de 3 en 3 o mas saltos, par poder intercalar futuras correcciones.

Si a continuación del número del bloque se escribe un punto decimal, el bloque queda personalizado como bloque condicional normal. Si le ponemos dos puntos seguidos de decimal, personalizamos el bloque como condicional especial (este bloque anula la compensación de radio). Tanto con uno como con dos puntos, necesitan de una señal exterior para ser activados.

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1.8.2.- Programación de movimientos: Para poder definir los movimientos que realiza una hta., se usa un sistema de coordenadas ortogonales de sentido directo con los ejes paralelos a las guías de la MH.

Así normalmente el eje Z es el del Husillo y esta situado perpendicularmente a la superficie de sujeción de la pieza.

El eje X es el situado horizontal y paralelo a la superficie de sujeción de la pieza.

Y el eje Y es perpendicular al X y forma con el Z y X un triedro de sentido directo.

Y Z X

X Z

Fresa Torno

Tomando estos ejes de coordenadas ortogonales, el del torno o el del la fresa, iremos usando las funciones G que nos determinan los desplazamientos o las trayectorias necesarias para realizar el mecanizado de una pieza.

1.8.3.- Origen de coordenadas: Este origen puede ser Fijo, Móvil y Flotante.

Es Fijo, cuando se encuentra definido y situado permanentemente en un punto de la MH.

Es Móvil, cuando podemos desplazarlo al lugar que deseamos.

Es Flotante, cuando la definición de origen se realiza, llevando la hta. a un punto concreto y validando estas posición como origen del programa.

Independientemente del origen de coordenadas que tenga establecido la Máquina Hta., nosotros podremos trabajar con tres tipos de coordenadas:

Absolutas (G90), Incrementales (G91) y Polares (G93).

1.8.4.- Programación de velocidades: Como comentábamos en Estructura de un programa, Tenemos unas letras para definir estas características:

La letra F nos permite definir las velocidades de avance y las podemos establecer en mm/min. para avances independientes de la velocidad de rotación o en mm/rev. si dependen de esta.

La letra S nos define las Velocidades de rotación y la podemos establecer en mts/min., Velocidad de corte constante o en rev/min.

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También tendremos unas funciones G que nos concretarán estas características:

G94, G95, G96,G97.

1.8.5.- Programación de las herramientas: Como comentábamos en Estructura de un programa, Tenemos una letra y una función M para definir estas características

La letra T y la función M06, nos definen el Nº de la Hta. a usar y un cambio de Hta. por lo tanto llamada a otra.

Esta Hta. estará definida por una cifra que nos indica el número de hta. y su corrector.

En esta cifra el número entero corresponde al Nº de la Hta. y el decimal al corrector.

Las htas. son diferentes en longitud, en diámetro en posición etc., pero todas al mecanizar han de reconocer el mismo origen, por lo tanto se han de decalar, ósea, establecer sus diferencias almacenándolas en la memoria del CN, para que al llamarlas (T6.6), este automáticamente corrija esas diferencias.

Hemos hablado de corrector, pues bien, el número entero por de decirlo de alguna forma, da nombre a la hta. y el corrector, busca en la memoria del CN las diferencias para corregirlas.

1.8.6.- Calculo de trayectorias: Las MMHH de CN llevan un "interpolador" capaz de hacer los cálculos de los valores dados a las coordenadas, esta interpolación puede ser:

● Lineal: Cuando descompone un segmento recto, y solo hay que suministrarle los valores de punto extremo.

● Circular: Cuando se descompone un arco de circunferencia, partiendo de los elementos necesarios que los definen.

● Parabólico: Igual que el anterior pero para una parábola.

Conociendo todo lo que hasta ahora hemos expuesto, pasamos a estudiar las diferentes Funciones G y Ciclos de que dispone el CN, para la elaboración de un programa, que nos permita mecanizar un pieza, de una forma completa y precisa.

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