MAUFACTURA ASISTIDA POR COMPUTADORA CAM

UNIDAD 1: MAQUINAS PROGRAMABLES

HISTORIA DE LAS MAQUINAS CNC

El uso de CNC (Computarized Numerical Control) tuvo sus inicios en la industria de aviacin durante la Segunda Guerra Mundial. Naci con el objetivo de mejorar la produccin de piezas para que tuvieran mayor exactitud y precisin.

El concepto de Control Numrico fue desarrollado por John Parsons, con el objetivo de producir mejoras en la industria de aviacin, con esto se iniciaron una serie de estudios y proyectos en el Instituto Tecnologico de Massachussets en 1949.

"El principal objetivo durante las investigaciones fue el de crear una fresadora experimental en el Laboratorio de Servomechanisms en el Instituto. El Prof. J.F. Reintjes, director del laboratorio, James O. McDonough, Richard W. Lawrie, A.K. Susskind, y H.P. Grossimon fueron los especialistas que trabajaron durante la investigacin" American Machinist. Agosto (1996).

La Fresadora Cincinnati Hydro-Tel con Husillo-Vertical fue el punto de partida. Fue modificada numerosas veces: la mesa, el carro transversal, los controles fueron removidos, y las tres transmisiones hidrulicas de velocidad variable fueron instaladas y conectadas al tornillo de avance, etc. American Machinist. Agosto (1996)

En 1951, el sistema fue ensamblado, y comenz la aplicacin de los estudios. En 1953 se tena suficiente informacin para describir el uso prctico de sta y el posible desarrollo. Un estudio de 24 pginas apareci en American Machinist el 25 de Octubre de 1954.

La primer mquina CNC que redujo la produccin de 8 horas a 15 minutos fue desarrollada por John Runyon. En 1956, la Fuerza Area de Estados Unidos acept la propuesta para producir el lenguaje de programacin de control numrico.

La primera generacin de utilizaba grandes equipos controladores de vlvulas de vaco, que consuman una gran cantidad de energa elctrica y generaban mucho calor. Los modelos de la segunda generacin sustituyeron los tubos de vaco por transistores de mayor fiabilidad, con menor consumo de energa y que ocupaban menos espacio. Estas mquinas de la primera y segunda generacin de controladores no tenan memoria. El controlador tena que ser alimentado con instrucciones, de una en una desde una fuente externa, como puede ser un lector de cinta. El controlador aceptar una sola instruccin (o comando), ejecutar ese comando, aceptar el comando siguiente, lo ejecutar y as sucesivamente.

Los comandos se codifican en una cinta de papel. A medida que la cinta pasa a travs del lector de cinta, un solo bloque de informacin (el comando) se lee y se transmite al controlador para su ejecucin. Despus de la ejecucin, el controlador enva una seal al lector de cinta, indicndole que est listo para otro comando. El lector de la cinta lee el siguiente bloque, y as sucesivamente, hasta que se lee toda la cinta, pasa al controlador, y se ejecuta. El ltimo comando en la cinta era un cdigo para hacer que el lector parase y rebobinase la cinta.

Si bien de inmediato se demostr que estas mquinas CNC podan ahorrar costos, eran tan diferentes que su uso tard en hacerse popular entre los fabricantes. Con el fin de promover su adopcin, el ejrcito de Estados Unidos compr 120 mquinas de control numrico y las prest a varios fabricantes para que pudieran familiarizarse con ellas. El lenguaje estndar G-Code se desarroll en el Laboratorio de Servomecanismos del MIT en 1958, siendo adoptado por muchos fabricantes de maquinaria.

La automatizacin de los procesos industriales en estos ltimos aos ha dado lugar a un avance espectacular de la industria. Todo ello ha sido posible gracias a una serie de factores entre los que se encuentran las nuevas tecnologas en el campo mecnico, la introduccin de los computadores, y sobre todo el control y la automatizacin de sistemas y procesos. La incorporacin de los computadores en la produccin es, sin lugar a dudas, el elemento importante que est permitiendo lograr la automatizacin integral de los procesos industriales. La aparicin de la nano-electrnica y de los microprocesadores ha facilitado el desarrollo de tcnicas de control complejas, la robotizacin, la implementacin de sistemas integrados de control y de produccin. Todos estos elementos llevan consigo la reduccin de costos, el aumento de la productividad y la mejora de calidad del producto.En la primera poca de la automatizacin estuvo marcada por la aplicacin de dispositivos mecnicos capaces de controlar una secuencia de operaciones y el comienzo del estudio sobre la regulacin automtica. Adems, a nivel de empresa, se desarroll el concepto de produccin continua tanto para la fabricacin de productos tpicamente continuos, como para los de tipo discreto. En la segunda poca, desde la Segunda Guerra Mundial hasta nuestros das, se ha caracterizado por la aparicin de la microelectrnica y con ello la de los computadores, y a su vez por el gran avance de la Teora del Control y redes de comunicacin pticas. Tambin en esta poca, la introduccin de los robots industriales en la fabricacin de series pequeas y medianas ha incrementado sustancialmente la flexibilidad y autonoma de la produccin.El objetivo de este presente texto y en base a mi experiencia transcurridas en el rea de la manufactura por las empresas muy tecnificadas que labore pretendo transmitir estas tecnologas muy pocos enseadas en este pas por instituciones educativas a nivel de especializacin.Espero que el estudiante estar en condiciones de: Comprender los conceptos y tcnicas relacionados con la Manufactura Asistida por Computadora: CAD, CAM, CNC, CAQ, FMS, CIM. Utilizar correctamente y aplicar el software especializado de programacin y fabricacin CAD/CAM para las Maquinas CNC. Conocer Sistemas de Manufactura Flexible FMS, Celdas de Fabricacin FMC. Desarrollar mtodos y los requerimientos de recursos tcnicos y humanos para operar Sistemas de Produccin Avanzados, que pueden ser utilizados para crear sistemas manufactureros competitivos aplicando parmetros de Productividad, Calidad, Flexibilidad y Costos mnimos.

2.1.2 Caractersticas Tcnicas.Existen mquinas de todos los tamaos, de pendiendo de tamao de piezas que queremos mecanizar. A continuacin se hablara de las partes o componentes de las maquinas CNC.

Componentes de las Mquinas CNC

1. Control Numrico (NC) o Panel de Mando Lo conforman el Monitor, el Teclado de programacin y el Panel del Operador.

2. EJES DE DESPLAZAMIENTO DE LA MAQUINA CNCEn el caso de los Tornos CNC tiene dos ejes principales que son X que equivale al dimetro y Z que corresponde a la longitud de la pieza.

Ejes de un Torno CNC bsico.

W

ZYCBAX

El Centro de Mecanizado CNC tiene tres ejes principales X,Y,Z y en algunas mquinas tres ejes secundarios A, B, C y W.

CENTRO DE TORNEADO ( MILLTURN ) DE 5 EJES

CENTRO DE MECANIZADO HORIZONTAL CNCZYX

3. Husillo principal.Para el caso de los Centros de Mecanizado, el Cambiador de herramientas automtico alimenta al husillo las herramientas necesarias para la ejecucin de las operaciones programadas.Los fabricantes recomiendan precalentar el husillo a un tercio del mximo de revoluciones de 10 a 15 minutos.En los Tornos CNC, en el husillo se instala el Mandril o Chuck, elemento de sujecin de las piezas. Normalmente el Mandril tiene un sistema autocentrante y de accionamiento hidrulico.

Husillo de un Torno CNC

Husillo de accionamiento indirecto a travs de fajas. Cada motor tiene un encoder para el control del giro en RPM.

Fig.: Husillo de Centro de Mecanizado CNC. La nueva tecnologa de motores de husillo en de accionamiento directo, es decir la carcasa del husillo es el estator y el eje es el rotor.

4. Mesa de trabajoLa mesa de trabajo es movida por un tornillo eje de esferas recirculantes accionada a un Motor directa o indirectamente.Las esferas recirculantes son lubricadas automticamente por un chorro a presin de aire con aceite lubricante, manteniendo su alta precisin 0.005mm.

Tornillo con tuerca de esferas recirculantes autolubricadas.

Reduce friccin Elimina holgura, es un sistema de alta precisin mecnica.

Tornillo de esferas recirculantes auto lubricadas desde la Unidad central de Lubricacin. Este mecanismo garantiza una precisin de hasta 0.01 mm.

Tornillo de desplazamiento con tuerca de bronce de una maquina convencional, su desgaste produce errores de ms de 0.1mm.

Bancadas de un torno CNC

Mesa o pallet intercambiable de un Centro de mecanizado CNC.

5. Sistema de Medicin pticoLas Mquinas Herramientas CNC tiene como elemento de control de precisin a un sistema ptico bajo dos modelos:

Regla ptica. Este modelo es un sistema de medicin directa y como su nombre lo indica es de forma lineal. Su escala est diseada con miles de microventanas que permiten el paso de la luz transformndose en una seal o impulso elctrico que es procesada en la computadora CNC determinando con precisin el posicionamiento de la mesa de trabajo.

Regla ptica, tiene grabaciones muy finas por un proceso ptico.

Disco ptico o Encoder. Es un sistema de medicin indirecta formado por un disco rotativo que indirectamente traduce el movimiento angular en un desplazamiento lineal.Este sistema generalmente esta unido al tornillo de esferas recirculantes.

Disco ptico o encoder, mide el posicionamiento angular y multiplicado por el paso del tornillo lo convierte en un desplazamiento lineal.

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO DE LA MESA DE TRABAJO

Mayor precisin Sensores para medir posicin real Seal de retroalimentacin

Sistema de control de posicin.

6. Torreta portaherramientasEs el elemento donde se sujetan las herramientas de corte.

En esta figura se muestra una Torreta estndar de un Torno CNC

Maquinas mas especiales poseen un magazn de herramientas tipo faja segn se observa en la figura.

En la figura se muestran un Torno con dos husillos y dos torretas para una alta produccin.

UNIDADES AUXILIARESA. SISTEMA DE LUBRICACION AUTOMATICA CENTRALIZADAEs la unidad que lubrica a todo el sistema. Tiene puntos de lubricacin que son liberados cada cierto periodo expulsando de una a varias gotas de lubricante cada 5 minutos sobre las partes importantes del mecanismo.

Unidad central de lubricacin de las maquinas CNC.

B. SISTEMA DE REFRIGERACION DE ACEITE PARA HUSILLOMantiene el control de la temperatura del husillo para un largo tiempo y alta velocidad de trabajo. La maquina CNC requiere un previo calentamiento.

C. EXTRACTOR DE VIRUTAS.Permite la extraccin constante de las virutas y para una fcil limpieza de la maquina.

2.1.3 OPERACIN DE MAQUINA CNC

PRECAUCIONES DE SEGURIDAD Todas las maquinas CNC estn provistas de mltiples dispositivos de seguridad tanto por software como por hardware para proteger al operador y la maquina; pero existen normas bsicas de seguridad muy comunes para uso o manejo de maquinas herramientas que se deben tener siempre en cuenta .El operador debe leer cuidadosamente el catalogo de seguridad y respetar todos los avisos de peligro que se encuentran colocadas alrededor de la maquina.Se deber hacer un repaso a todos los participantes sobre las Instrucciones de Seguridad antes de iniciar la operacin de la maquina CNC.