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Perfeccionamiento de procesos de maquinado del área CNC de SBCTECNOLOGIAS

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Informe Técnico de Residencia

Profesional

Perfeccionamiento de procesos de

maquinado del área CNC de

SBCTECNOLOGIAS

Angel Daniel Munguía Mendoza

Ingeniería Mecatrónica

Asesor:

M.C. Rosario Lugo Báez

Villa de Álvarez, Col., junio de 2016


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Índice

1 Introducción…………………………………………………………………………………………………………………………3

2 Justificación………………………………………………………………………………………………………………………3

3 Objetivos…………………………………………………………………………………………………………………………………3

4 Problemas a resolver……………………………………………………………………………………………………4

5 Procedimiento y descripción de las actividades realizadas…4

5.1 Levantamiento del equipamiento del área de maquinado……5

5.2 Análisis de requerimientos…………………………………………………………………………7

5.3 Adecuación del equipo de corte………………………………………………………………9

6 Resultados……………………………………………………………………………………………………………………………23

7 Conclusiones y recomendaciones………………………………………………………………………34

8 Competencias desarrolladas y/o aplicadas……………………………………………35

9 Referencias bibliográficas y virtuales…………………………………………………36


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Introducción

El proyecto que se realizara en la empresa SBCTECNOLOGIAS es

el perfeccionamiento de la maquinaria utilizada para la

realización de ciertos prototipos que se fabrican en la empresa

para su futura comercialización, la maquinaria principal que

fue asignada a este proyecto son una fresadora CNC, esta

herramienta es utilizada para cortes en madera, acrílico,

aluminio etc., además de un pequeño torno en el que se realizan

piezas más pequeñas o que no se pueden realizar con el equipo

CNC.

El principal problema que presenta la empresa con esta

maquinaria es que no cuentan con un manual o guía rápida para

que cualquier operario pueda hacer uso de esta y realizar

cualquier pieza que se requiera, por lo que se dificulta y

retrasa la realización de los prototipos, y esto se traduce en

costes para la empresa, además de que en el caso del equipo

CNC necesita algunas modificaciones para realizar cortes que

hasta ahora no son posibles ya que se necesita cambiar varias

piezas del eje Z del CNC.

Justificación

La maquinaria es la encargada de pasar de un archivo virtual

diseñado en el ordenador a algo físico, para su posterior

ensamble y comercialización de algún dispositivo en concreto,

es por ello que el correcto funcionamiento de este equipo es

de vital importancia para la empresa.

En perfeccionamiento del equipo se desarrollan y amplían

conocimientos que en el salón de clase se enseñan, como el

diseño de piezas, mantenimiento y control numérico, por lo es

para mí de gran importancia la realización de este proyecto.

Objetivos

Correcto funcionamiento de la maquina CNC, eliminado atascos y

corrigiendo los errores en los cortes.

Lograr que la impresora 3d realice impresiones de calidad y

eliminando porosidades en las piezas.

Diseño de piezas mecánicas que la empresa y maquinas requieran

para su adecuación.


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Problemas a resolver

Primeramente es necesario resolver los problemas que se tiene

con la fresadora CNC, corrigiendo el atasco y modificando el

eje Z para que esta logre mecanizar las piezas de manera

correcta.

Corregir los problemas de mala calidad de las piezas

mecanizadas en la impresora 3D.

Ajustes y modificaciones en los prototipos existentes.

Elaboración de manuales de la maquina fresadora CNC y el Mini

torno CNC.

Procedimiento y descripción de las actividades

realizadas

En la siguiente tabla se describen de forma detallada las

actividades y tiempo estimado para su realización.

Tabla 1


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Levantamiento del equipamiento del área de maquinado

Fresadora CNC

Un CNC enrutador es una máquina de corte controlada por

ordenador con la finalidad de cortar diferentes materiales

duros, tales como madera, materiales compuestos, aluminio,

acero, plásticos y espumas. CNC es sinónimo de control

numérico.

Un enrutador CNC es muy similar en concepto a un CNC fresadora.

En lugar de controlar a mano las trayectorias de herramientas

se controlan mediante el control numérico por computadora.

Especificaciones técnicas

Impresora 3D (prusa i3)

Una impresora 3D es una máquina capaz de realizar réplicas de

diseños en 3D, creando piezas o maquetas.

Ficha Técnica de Equipo

Nombre Router CNC

Construcción Aluminio y Acero. Modelo -- Tipo Herramienta de

taller Tamaño de la

maquina (cm)

124x145x87

Tamaño máximo de

corte (mm)

780x750

Velocidad 6 inch/seg

Energía 120v, 60Hz

Velocidad Max. de

trabajo.

6 inch/seg

Comunicación Puerto LPT


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Mini torno

El mini torno CNC es una máquina herramienta del tipo torno

que se utiliza para mecanizar piezas de revolución mediante un

software de computadora que utiliza datos alfa-numéricos,

siguiendo los ejes cartesianos X,Y,Z. Se utiliza para producir

en cantidades y con precisión porque la computadora que lleva

incorporado control para la ejecución de la pieza.



Nombre Impresora 3D

Construcción Acrílico,

plástico y

aluminio Tipo Herramienta de


maquina (mm)

510*400*415

Tamaño máximo de

impresión (mm)

220*220*220

Velocidad 100mm/s

Material

consumible

Pla, ABS, Wood,

Nylon, PVA, TPU,

PP

Energía 120v, 60Hz

Velocidad Max. de

trabajo.

6 inch/seg

Temperatura de

trabajo

10-30 °C, humedad

20 a 50 %



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Análisis de requerimientos

Fresa CNC

Modelo de situación actual

Cortes defectuosos

Atascos en el eje X y Y.

Dimensiones del eje Z reducido por lo que no se pueden realizar

cortes de manera correcta.

Requerimientos y deseos de los interesados (Empresa)

Cambio completo del eje Z de la máquina.

Lubricación en las guías lineales.

Calibración en todos los ejes X, Y y Z.

Correcto funcionamiento sin atasco de los ejes.

Realización de cortes de prueba para verificar su correcto

funcionamiento.

Tipos de requerimientos recomendados

Limpieza y lubricación de los tornillos sin fin.


Nombre Mini Torno CNC

Construcción Acero y aluminio. Motores 2*NEMA 17

Tipo Herramienta de


maquina (cm)

52*29*29

Tamaño máximo de

corte (mm)

180*40

Velocidad Max. de

trabajo.

100 mm/seg


(RS232)

Controladora Arduino


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Lubricación de las chumaceras.

Remplazo de chumaceras y guías lineales para el eje Z de mayor

tamaño.

Adecuación del eje Z.

Impresora 3D


Impresión de piezas defectuosas.

Atascos en el filamento.

Piezas porosas.


Remplazo del extrusor.

Lubricación en las guías lineales.

Correcto funcionamiento sin atasco del extrusor.

Impresiones con alta calidad.


Limpieza y lubricación de los tornillos sin fin.

Lubricación de las chumaceras y guías lineales.

Remplazo de extrusor y boquilla.

Mini torno CNC


No se cuenta con un manual de operación, por ello no se puede

utilizar.


Crear un manual de operación de la máquina.


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Conocer y echar a andar el equipo.

Realizar un manual de operación.

5.3 Adecuación del equipo de corte

Actividades realizadas

Las actividades fresadora CNC

Identificación de la maquina

Ilustración 1, Fresa CNC.

Antes que nada se comenzó a inspeccionar la máquina, investigar

sus componentes, identificar sus fallas y proponer soluciones,

así como el levantamiento de su ficha técnica.


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Se encontraron dos principales problemas que impedían el

correcto funcionamiento, uno de ellos es la lubricación de sus

ejes y el otro es que el eje Z tenía un recorrido muy corto y

este no llegaba hasta la plataforma.

Para ello se llevaron a cabo las siguientes tareas:

Lubricación de los tornillos sin fin

La lubricación en esta máquina fue requerida ya que se contaba

con alta fricción entre el tornillo sin fin y las guías lineales

de ambos ejes X y Y, por lo que se limpió y se lubricaron ambas

piezas, imagen 1.

Imagen 1, Detalle de tornillo sin fin del eje Y lubricado.

Imagen 2, de tornillo sin fin del eje X lubricado.


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Desmontaje Del Eje Z

Fue necesario desmontar todo el eje Z, para cumplir con los

requerimientos de la maquina ya que anteriormente el recorrido

del eje z era muy corto y se necesitaba ampliar para su correcto

funcionamiento, es por eso que se desmonto y posterior mente

se adecuo para la instalación de las nuevas guías lineales más

largas y unas nuevas chumaceras para estas nuevas guías, imagen

3.

Imagen 3, Detalle de las guías lineales y chumaceras para el eje Z.

Las guías lineales y chumaceras de la imagen3, corresponden a

las que tenía anteriormente, las nuevas guías lineales y todo

el eje Z armado nuevamente se muestra en la imagen 4.

Al colocar las nuevas guías se tuvieron algunos problemas ya

que como son más grandes los orificios que las soportabas junto

con la estructura que las sostenía no coincidían es por ello

que se tuvieron que adaptar, haciendo nuevos orificios en la

estructura de soporte, además de que estas debían quedar

perfectamente alineadas y paralelas entre sí, para que no

provocaran demasiada fricción y que después no se pudiera mover

el carro Z con plena facilidad.


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Imagen 4, Detalle del eje Z con las nuevas guías lineales.

En imagen 5, se muestra el tamaño de las viejas guías lineales

comparadas con las nuevas y el eje Z, correctamente montado y

alineado.


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Imagen 5, Detalle y comparativa de las guías lineales.

Diseño y construcción de soporte para balero del eje z

Se diseñó una pieza en SolidWorks y posteriormente se fabricó

con una impresora 3d, esta pieza ayudo a que el tornillo sin

fin de este eje pueda permanecer fijo e impide imperfectos en

el maquinado, imagen 6.


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Imagen 6, Detalle de pieza maquinada, soporte de rodamiento.

Una vez que toda la estructura fue correctamente adecuada se

procedió a enlazar la controladora de la fresadora con el PC y

comprobar que los ejes no presentaran atascos, para ello se

ejecutó el programa Mach3 que está instalado en la Pc, imagen

7.

Imagen 7, Detalle del programa Mach3 conectado a la fresadora.


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Ya echo todo esto y calibrado de la fresa, se procedió a

elaborar el manual completamente detallado, el cual ayuda al

operador a conocer la máquina y trabajar con ella, imagen 8.

Imagen 8, Manual de operación.

Actividades impresora 3D

Lubricación y limpieza de guías lineales.

Las guías lineales y tornillos sin fin fueron lubricados ya

que estos a futuro pueden ocasionan atascos y los resultados

de las piezas pueden perder calidad, imagen 9.


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Imagen 9, Guías y tornillo sin fin.

Remplazo completo del extrusor.

El extrusor es una de las partes más importantes de la

impresora, este se encarga de tomar el filamento y hacerlo

pasar por j head donde se derrite y es colocado de manera

precisa sobre la superficie, un mal funcionamiento de este o

alguna parte que lo componen afecta seriamente el resultado de

la impresión, es por eso que se hizo el remplazo total de este

por los problemas de calidad que generaban al resultado final,

imagen 10.


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Imagen 10, Extrusor defectuoso.

Las piezas que se lograban con este extrusor eran de muy baja

calidad, mostrando porosidades, además de que regularmente se

atascaba dejando piezas si terminar, lo que ocasionaba

desperdicio de material, imagen 11.

Imagen 11, Pieza porosa de muy baja calidad sin terminar.


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La mala calidad de las piezas orillo a cambiar por completo el

extrusor, para ello se desatornillo y se desconectaron todos

sus cables, retirándolo de la base de aluminio, imagen 12.

Imagen 12, Extrusor defectuoso retirado.

Se presentaron algunos inconvenientes a la hora de colocar el

nuevo extrusor, porque este no era compatible con la base, este

no entraba hasta el fondo y no se podía colocar de manera fija,

imagen 13.

Imagen 13, detalle de la base.


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Para resolver el problema, se desmonto la base y se cortó un

pedazo de esta, esto permitió resolver el problema y fijar

correctamente el extrusor, imagen 14.

Imagen 14.

Ya colocado el extrusor en su base, se conectaron los cables

correctamente a la tarjeta controladora, imagen 15.

Imagen 15.


20

Con el extrusor colocado y sus cables conectados se insertó el

filamento quedando como muestra la imagen 16.

Imagen 16, Detalle del nuevo extrusor.

Actividades mini torno CNC

Como ya se menciona anteriormente el mini torno no podía ser

operado por que no se contaba con un manual que ayudar al

operador al trabajar con él, es por ello que la primera tarea

que se realizó con él es el conocimiento de la máquina, imagen

17.


21

Imagen 17, Detalle de los componentes del torno.

A continuación se procedió a controlar la maquina mediante el

ordenador.

Para ello se ejecutó el programa Grbl Controller instalado en

el PC, imagen 18, se consultó en internet, el funcionamiento

de esta interfaz, y posteriormente se hizo el control de la

máquina.


22

Imagen 18, Interfaz Grbl Controller.

Todo esto ayudo a realizar el manual de operación de esta

máquina, en donde se detalla más afondo como trabajar y poner

en marcha el mini CNC, imagen 19.

Imagen 19, Manual Mini Torno CNC.


23

Resultados

Prueba de los nuevos procesos implementados

Fresadora CNC

En las siguientes imágenes se muestran las pruebas de los

resultados de las modificaciones que se hicieron a la máquina,

con la modificación del eje Z, se logró que la fresa alcanzara

la base, para que esta lograra cortar las piezas con gran

facilidad, imagen 20.

Imagen 20, Detalle de fresa y base.

Se realizaron algunos cortes, que servierian para la contrucion

de otro equipo, los cortes que se realizaron fueron ejecutados

prefectamente por la maquina, lo que resulto muy faborable y

se cumplieron los objetivos, imagen 20, 21 , 22 y 23.


24

Imagen 20.

Imagen 21.

Imagen 22.


25

Imagen 23.

Impresora 3D.

Los resultados que se obtuvieron con las modificaciones y

adecuaciones a este equipo fueron favorables, las piezas que

se imprimieron después de estas modificaciones recuperaron su

calidad, también se eliminaron los atascos, removiendo en si

los problemas existentes, en las siguientes imágenes se

muestran los resultados de las impresiones con el nuevo

extrusor, imagen 24.

Imagen 24, Impresora con nuevo extrusor.


26

Imagen 24, Calidad de piezas requerida.

Actividades secundarias realizadas

En la empresa continuamente se desarrollan prototipos para que

estos puedan ser ofrecidos al público o sirvan como

herramientas y se amplié la cantidad de equipos de mecanizado

con las que se cuenta, las siguientes actividades de

mejoramiento y construcciones de algunos prototipos fueron las

siguientes:

Diseño e instalación de piezas para un router CNC

La empresa previamente estaba desarrollando un prototipo router

CNC, ilustración 2, este router necesitaba algunas piezas

mecánicas que tenían que ser remplazadas ya que impedían en

correcto funcionamiento de la máquina además de presentar muy

poca firmeza y estabilidad, en concreto en el eje X, por lo

que se diseñaron e instalaron estas piezas.


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Ilustración 2

Las piezas fueron diseñadas en SolidWorks un programa de diseño

mecánico, como no se contaba con un archivo base que pudiera

ser modificado, se realizó la pieza de cero, esta pieza debía

encajar perfectamente en el eje Z, los resultados de los

diseños son los siguientes:

Imagen 25, Pieza 1.


28

Imagen 26, Pieza 2.

Imagen 27, Pieza 3.

Las piezas fueron impresas con la impresora 3D y posteriormente

instaladas en el nuevo router, imagen 28, 29.


29

Imagen 28, Detalle de pieza 1 instalada.



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Armado de prototipo de impresora 3d

Se realizó el armado de un prototipo de impresora 3D, en

concreto la Smartrap imagen 31, esta impresora es una mini

impresora 3D bajo la licencia “Spider Plant License” (GLP) esto

significa que las piezas e instrucciones para su armado se

encuentran libres y gratis en la web.

Imagen 31, Impresora 3D Smartrap


31

Para el mecanizado de las piezas fue necesaria la impresora

3D, el resultado de las impresiones fueron las siguientes:

Imagen 32, Piezas impresas y construcción.

El armado de la impresora continúo de la siguiente manera,

imagen 33.

Imagen 33.


32

Lamentablemente algunas de las piezas que se necesitan para el

armado, no se pudieron encontrar localmente y es por ello que

se probó hacer la construcción de esta impresora haciendo

alguna modificaciones, algunas de ellas fueron cambiando las

guías lineales que para esta máquina se necesitaban de 6mm de

diámetro y con las que se contaban eran de ¼ de pulgada, algunas

milésimas de diferencia pero impedían entrar en los baleros

lineales que estaban construidos para guías lineales de 6mm,

se diseñaron y crearon baleros que permitieran el deslizamiento

libre de las guías lineales y que a su vez encajaran en su

base, los nuevos baleros quedaron de la siguiente manera,

imagen 34.

Imagen 34, Detalle de los baleros.

Al cambiar las guías lineales de un diámetro ligeramente

mayor, también ocasiono que se crearan algunos inconvenientes,

pues las piezas originales que soportaban los ejes X, Y, ya

no encajarían con las nuevas guías, es por ello que se diseñaron

unas nuevas piezas que encajaran y se alinearan perfectamente

con las restantes, las piezas que se diseñaron son las

siguientes:


33

Imagen 35.

El armado de la impresora concluyo de la siguiente manera:

Imagen 35, Conclusión de armado.


34

Conclusiones y recomendaciones

Conclusiones:

Los objetivos propuestos fueron alcanzados, se desarrollaron

las actividades marcadas en el cronograma en tiempo y forma,

se implementó mucho de los conocimientos aprendidos en clases,

principalmente diseño y dibujo técnico, así como lo aprendido

referente a las máquinas de control numérico como CNC y

fresadoras, poniendo en práctica y reforzando los conocimientos

existentes.

También se aplicaron conocimientos de electrónica,

instrumentación y robótica, uno de los principales

conocimientos que se reforzaron y perfeccionaron fueron los de

diseño mecánico en SolidWorks, algo que debería verse a más

profundidad en las clases ya que es de gran utilidad en las

empresas.

Otro de los puntos clave en esta estancia fue la realización

de los manuales de operación de las maquinas CNC, los cuales

se realizaron y se pretende sean de gran ayuda para la

capacitación del personal de la empresa en el área de

maquinado.

Recomendaciones:

En cuanto a la realización de prototipos se recomienda antes

de que se realice un armado verificar que las piezas con las

que se construirá sean accesibles y se encuentren disponibles

localmente, si esto no se tiene en cuenta algunas piezas pueden

ser muy difíciles de conseguir o que tarden varias semanas en

llegar aumentando el tiempo de realización del prototipo,

además puede ocasionar que se tengan que hacer muchas

modificaciones reduciendo la fiabilidad de este o que el

prototipo quede inconcluso.


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Competencias desarrolladas y/o aplicadas

Las principales competencias aplicadas y desarrolladas fueron

las siguientes:

Dibujo técnico:

Esta competencia fue aplicada y también reforzada al diseñar

piezas mecánicas para las diferentes mejoras en las maquinas

CNC.

Metrología y normalización:

Los conocimientos de esta asignatura se aplicaron en el diseño

de las piezas al tomar medidas y hace uso del vernier.

Control numérico:

Muchos de los conocimiento de esta materia se necesitaron para

la realización de pruebas y correcto funcionamiento de las

maquinas CNC, tales como el conocimiento de los códigos G que

son un lenguaje propio de estas máquinas.

Instrumentación:

El conocimiento de sensores, la electrónica aplicada fueron de

gran utilidad.

Electrónica:

Los conocimientos de electrónica y microcontroladores se

hicieron presentes para un correcto armado de los prototipos

evitando conexiones erróneas y cortos circuitos.


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Referencias bibliográficas y virtuales.

Control Numérico por Computadora – Ing. Ricardo Jimenez.

Manual de operación y prácticas didácticas de torno y fresadora

CNC. – Jose Flores Perez.

http://reprap.org/wiki/Smartrap_Build_Manual

http://www.demaquinasyherramientas.com/mecanizado/torno-cnc

http://zapmaker.org/projects/grbl-controller-3-0/

http://tallerdedalo.es/web/sites/tallerdedalo.es/files/file/M

anualMach3castellano.pdf

http://reprap.org/wiki/Smartrap_Build_Manual

http://www.demaquinasyherramientas.com/mecanizado/torno-cnc

http://zapmaker.org/projects/grbl-controller-3-0/

http://tallerdedalo.es/web/sites/tallerdedalo.es/files/file/ManualMach3castellano.pdf

http://tallerdedalo.es/web/sites/tallerdedalo.es/files/file/ManualMach3castellano.pdf

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