Tema 2 - Fichas técnicas-MHCN-ITIM IIND-2006

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MÁQUINAS, HERRAMIENTAS, OPERACIONES ....

APUNTES DE CLASE / FICHAS 54-98APUNTES DE CLASE / FICHAS 54-98

DPTO. DE INGENIERÍA MECÁNICADPTO. DE INGENIERÍA MECÁNICA

SISTEMAS DE CONFORMACIÓN SISTEMAS DE CONFORMACIÓN MECÁNICAMECÁNICA

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CONFIGURACIÓN (DISPOSICIÓN Y FUNCIÓN) DE DISPOSITIVOS Y ELEMENTOS EN UNA MÁQUINA-

HERRAMIENTA DE CONTROL NUMÉRICO.

PARTE I – CONCEPTOS BÁSICOS

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RELACIÓN ENTRE FACTORES

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HEIDENHAIN

¿ Qué es el CONTROL NUMÉRICO ?

Es un dispositivo de automatización que implantado en una máquina-herramienta, automatiza y controla todas las acciones que la máquina puede desarrollar, y lo hace mediante una serie de instrucciones codificadas.

Es decir que el CN puede controlar:

Los movimientos de los carros o del cabezal. El valor y el sentido de las velocidades de avance y de corte. Los cambios de herramientas, así como la de piezas. Las condiciones de funcionamiento de la máquina.

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¿ Qué elementos intervienen en la PROGRAMACIÓN?

PROGRAMACONTROL NUMÉRICO MÁQUINA

Contiene toda la información de las

acciones a realizar para obtener el pieza. Es escrito en un código (ISO), por medio de

caracteres alfanuméricos.

Interpreta estas instrucciones, las convierte

en las señales correspondientes para los

órganos de accionamientos de la máquina y comprueba

los resultados.

Ejecuta las operaciones previstas.

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¿ Cómo es el proceso de EJECUCIÓN DE UNA PIEZA ?

1º.- Escribir el programa ( código ISO), a partir de los datos técnicos que se tienen en el plano de la pieza, y en el proceso de fabricación definido anteriormente.

2º.- Preparación de todos los elementos que se necesitan para empezar la serie de piezas a obtener, como utillajes, herramientas, piezas en bruto, etc.

3º.- Realizar la puesta a punto de la máquina, que normalmente consiste en poner a punto las herramientas de corte, el utillaje de sujeción, y la introducción del programa en el propio CN de la máquina.

4º.- Realización de una pieza de prueba, para comprobar la obtención de los resultados planificados.

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TALLER CONVENCIONAL vs TALLER FLEXIBLE.

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VIDEO

“ Fabricación con MHCN y ejemplos de mecanizado en MHCN “

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TALLER CONVENCIONAL vs TALLER FLEXIBLE

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NOMENCLATURA DE EJES Y MOVIMIENTOS en las MHCN

(ISO-841UNE 71-018).

El control de posicionado del útil exige la elección de unos ejes de coordenadas y un origen de los mismos.

Un sistema de ejes cartesianos XYZ, sitúa la herramienta en el punto del espacio deseado y unas rotaciones A, B y C sobre estos ejes le dan la orientación correcta.

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¿ Qué es el número de EJES ?

1.- MAQUINA DE 2 EJES.En este tipo de máquinas se puede realizar cualquier mecanizado en el plano definido por los mismos, ejemplo.:torno.

2.- MAQUINA DE 2 EJES Y MEDIO.El CN gobierna coordinadamente dos ejes y puede situar el tercero en distintas posiciones, pero sin sincronización con los dos primeros.

3.- MAQUINA DE 2 EJES CONMUTABLES.La máquina posee tres ejes de libertad pero no se pueden sincronizar más que dos a la vez (X,Y) o (X,Z) por conmutación.

El número de ejes gobernados coordinadamente por el CN de la máquina, nos da una clasificación que sirve para medir la complejidad de los mecanizados que puede realizar. No se deberá confundir el nº de ejes, con la cantidad de ejes de movimiento de que dispone la máquina. Solo se contarán los ejes accionados coordinadamente por el controlador de la máquina para posicionar la herramienta de corte.

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4.- MAQUINA DE 3 EJES.En estas máquinas podemos mecanizar superficies en tres dimensiones, pero manteniendo la herramienta siempre en la misma dirección.

5.- MAQUINAS DE 4 EJES.Permite efectuar mecanizados en el espacio manteniendo la herramienta siempre en el mismo plano pero en este puede tomar diferentes orientaciones.

6.- MAQUINAS DE 5 EJES.Cuando se gobiernan 5 ejes coordinadamente se pueden mecanizar superficies en el espacio manteniendo la herramienta siempre normal a una superficie.

7.- MAQUINAS DE 6 EJES.¿Es posible?

¿ Qué es el número de EJES ?

Máquinas basadas en cinemática paralela

y cinemática mixta.

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¿ Cómo funciona una MÁQUINA-HERRAMIENTA DE CN ?

CNC = Control numérico

PLC = Autómata programable

V: Pres. = Valor teórico.

C. Real = Valor real

CNC

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AUTOMATISMO O PARTE DE CONTROL

SEÑALES DE DETECCIÓN

TRABAJO

CAPTADORES

MÁQUINAS O PROCESO OPERATIVO

ACTUADORES

Principio de un sistema automático


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CARRO

MOTOR EJE X

CARRO

100 mm

IMP

UL

SO

S

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Esquema funcional de un equipo CNC

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Automatismos eléctricos / mecánicos

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Automatismos eléctricos / mecánicos en una MHCN

Podemos definir un automatismo como un conjunto de elementos capaces de realizar secuencias de trabajo que debidamente ordenadas y siguiendo una

lógica dan como resultado una maniobra completa. La mayoría de los automatismos que encontramos en las máquinas herramienta son combinaciones de

elementos mecánicos, eléctricos, neumáticos e hidráulicos.

PUEDEN EXISTIR DIFERENTES TIPOS DE AUTOMATÍSMOS DEPENDIENDO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE SUS ELEMENTOS:

• AUTOMATÍSMOS ELÉCTRICOS.

- AUTOMATÍSMOS MECÁNICOS.

- AUTOMATÍSMOS NEUMÁTICOS.

- AUTOMATISMOS HIDRÁULICOS.

- AUTOMATISMOS MIXTOS.

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PLC (MÓDULOS DE ENTRADA / SALIDAS)

Componentes eléctricos de una MHCN - PLC

En la mayoría de los automatísmos empleados en las máquinas herramienta de

cnc, la lógica de dichos automatísmos es eléctrica, debido a su complejidad y a la

integración necesaria de todos estos automatísmos en un control único (plc -

control lógico programable) que trabaja por medio de señales eléctricas.

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Componentes neumáticos-hidráulicos

CILINDROS ELECTROVÁLVULAS

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ELEMENTOS DE SEGURIDAD

Componentes eléctricos de una MHCN

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN

REGLETAS DE CONEXIÓN

CONTACTORES

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TRANSFORMADORES

PRESOSTATOS

DETECTORES DE PROXIMIDAD

INTERRUPTORES O PULSADORES

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MOTORES AUXILIARES


ELEMENTOS DE MEDIDA

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ÍNDICE



PARTE II – EQUIPO DE CONTROL NUMÉRICO

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Configuración de un EQUIPO CN

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Requisitos actuales de MÁQUINA. CNC´s para MAV.

Tiempo de proceso de bloque

es el mínimo tiempo que transcurre entre la ejecución de dos bloques del programa de CNC.

1 ms = 1000s

Tiempo de ciclo del servoaccionamientotiempo que transcurre entre cada medida de

posición y actualización de la consigna que el CNC envía a los servoacionamientos.

0,1 ms

Look-Aheadel procesador evalúa por adelantado los cambios en los movimientos de los ejes que aparecen en

el programa de pieza que se está ejecutando100 / 1000 bloques

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Interpolación polinómica. NURBS.El empleo los NURBS para definir una

trayectoria de mecanizado precisa evidentemente de la disponibilidad de un

CNC con interpolador polinómico, capaz de procesar la información codificada en esta

forma

Capacidad de almacenamiento. Ethernet. CNCs están, cada vez más, basados en

arquitecturas PC y conexión a red

Control de aceleraciones, suavización posibilidad de limitar el valor del jerk, lo que hace que el perfil de la aceleración no

sea una constante, sino que tenga forma trapezoidal

curva de la aceleración= función sen2. Controles abiertos

aprovechan la arquitectura PC para permitir al usuario implementar funciones propias, poniendo a su alcance muchos recursos

internos del control

Requisitos actuales de MÁQUINA. CNC´s para MAV.

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ÍNDICE



PARTE IV – CENTRO DE TORNEADO

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VIDEOS

“ Configuración centro de torneado SHAUBLIN “

“ Diferentes arquitecturas:

TRAUB-NAKAMURA-SCHAUBLIN “

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TORNO DE CNC (Centro de torneado)

PARTES PRINCIPALES:

1.- Estructura.2.- Guiado de carros.3.- Husillo principal (Cabezal).4.- Accionamiento.5.- Contrapunto.

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TORNO: partes principales

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SOPORTE O BASE SOBRE LA CUAL SE ASIENTAN TODOS LOS DISPOSITIVOS O ELEMENTOS DE LA MÁQUINA HERRAMIENTA

TORNO – Estructura (bancada)

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FUNDICIÓN:- Tiene buen amortiguamiento.- Contracciones durante el envejecimiento.- Tiempo de fabricación elevado.- Consumo de energía elevado.- Tratamiento anticorrosión.- Fácil obtención de formas complicadas.

ACERO SOLDADO:- Bajo amortiguamiento.- Elevada rígidez.- Costes de fabricación elevados.- Tratamientos para reducir tensiones residuales.- Tratamiento anticorrosión.- Tiempos de fabricación elevados.- Tendencia a producir ruidos.

CARACTERISTICAS DE APLICACIÓN DE LOS MATERIALES PARA ESTRUCTURAS DE MÁQUINAS

HORMIGÓN:- Elevado amortiguamiento.- Tiempo de curado elevado.- Tendencia a las grietas bajo determinadas condiciones.- Cambios dimensionales con la humedad.- Tratamiento de superficies.

HORMIGÓN-EPOXI:- Elevado amortiguamiento.- Tiempo de fabricación corto.- Estabilidad dimensional.- Coste de fabricación reducidos.- Resistencia al agua y a los fluidos de corte.

TORNO – Estructura (bancada)

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Capacidad de la máquina para absorber la vibración provocada por la acción del corte, herramienta o porta

desequilibrado.

TORNO – Estructura (bancada) - AMORTIGURACIÓN

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SUMINISTRAN LA POTENCIA NECESARIA PARA LAS OPERACIONES DE CORTE

Torno Centro de mecanizado horizontal

TORNO – Husillo principal (CABEZAL)

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TORNO – Husillo principal (CABEZAL)

Cabezales de taladrado / fresado a velocidades de 20000 rpm o

superiores. Elevadas características de marcha concéntrica del sistema cabezal y

regulación de la velocidad. Nuevos rodamientos basados en tecnologías de recubrimiento en las

pistas de rodadura y combinando materiales y lubricaciones. Estabilidad térmica y control de temperatura.

Cabezales de taladrado / fresado a velocidades de 20000 rpm o

superiores. Elevadas características de marcha concéntrica del sistema cabezal y

regulación de la velocidad. Nuevos rodamientos basados en tecnologías de recubrimiento en las

pistas de rodadura y combinando materiales y lubricaciones. Estabilidad térmica y control de temperatura.

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Requisitos de MÁQUINA. El Cabezal. ¿engranajes?

Transmisión por engranajes

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Requisitos de MÁQUINA. El Cabezal integrado.

Cabezal con acoplamiento directo

Cabezal integrado

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TORNO – Configuraciones posibles

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PERMITE EL DESPLAZAMIENTO DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE O BIEN DE LA PIEZA A MECANIZAR

TORNO – Guiado de carros

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TORNO – Guiado de carros

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TORNO – Máquina-herramienta. Torreta.

Permite la sujeción de herramientas estándar de torneado así como de herramientas rotativas frontales y radiales para operaciones de fresado y taladrado.

Dada la evolución de las herramientas de corte actuales, debe posibilitar la alimentación interna de refrigerante

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Proporcionan la potencia necesaria para el desplazamiento de la herramienta de corte a lo largo de la trayectoria a mecanizar, mediante el movimiento de los diferentes carros a lo largo de sus guías.

Los husillos pueden permitir la transmisión de potencias de accionamiento del orden de 37Kw. y superiores, pares de 1200 Nm. y mayores o velocidades medias del orden de las 8500 r.p.m. y más elevadas. Se les exige una excelente estabilidad de marcha, así como una elevada rigidez tanto a esfuerzos de flexión como de torsión.

El accionamiento de los carros de guiado puede ser indirecto o bien directo.

TORNO – Accionamientos de avance

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Requisitos de MÁQUINA. Motor lineal.

¿ síncronos o asíncronos ?

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Requisitos de MÁQUINA. Motor lineal vs husillo de bolas.

Husillo a bolas Motor lineal

Velocidad máxima

0,5 m/s 2 m/s (3 ó 4 posible)

Aceleración máxima

0,5 – 1 g 2 – 10 g

Rigidez dinámica 9 – 18 kgf/mm 6– 21 kgf/mm

Tiempo posicionado

100 ms 10 – 20ms

Fuerza máxima 26.700 N 9.000 N/bobina

Fiabilidad 6.000 – 10.000 h 50.000 h

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Uniones INDIRECTAS

Las uniones indirectas incorporan un sistema polea-correa-polea entre el motor y el husillo a bolas. Esta solución se adopta básicamente para problemas de espacio en el montaje del motor o bien para multiplicar el par o la velocidad de salida del motor con una proporción reductora o multiplicadora respec-tivamente.

Esta solución no es recomendable en una máquina de alta velocidad, porque la transmisión a correa rebaja la rigidez del sistema debido a la elasticidad de la correa y, especialmente, a frecuencias de trabajo altas. La ventaja más importante de estos montajes es el aislamiento térmico del motor, cosa que evita evacuar con tanta urgencia el calor que genera.


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Uniones DIRECTAS

Las uniones directas consisten en una unión doble que fija los extremos del husillo y del eje del motor. Estas uniones pueden tener diferentes grados de rigidez.

Las uniones más rígidas son simplemente una pieza sólida de acero. Éstas proporcionan mucha precisión, pero obligan a un montaje muy preciso porque no absorben ninguna desalineación de los ejes motor y husillo. Esta desalineación crea un esfuerzo cíclico, que puede producir la rotura de alguno de los ejes por fatiga.

Para evitar estos problemas se utilizan unas uniones que proporcionan cierta flexibilidad radial y axial, pero en cambio tienen mucha rigidez torsional. Éstas son, sin duda, las más utilizadas en las máquinas de alta velocidad.


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Operaciones complementarias de Fresado y taladrado


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CENTRO DE TORNEADO FLEXIBLE MULTITAREA

1 husillo principal + contrahusillo – con 11 ejes

de posición y 5 ejes controlados

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TORNEADO EN 4 EJES SOBRE UN HUSILLO Y MECANIZADO A LA VEZ EN EL OTRO

MECANIZADO INDIVIDUALIZADO POR HUSILLO Y TORRETA

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CENTRO DE TORNEADO MULTIEJES

1 husillo principal + contrahusillo – con 9 ejes de posición y 4 ejes

controlados

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TORRETA SUPERIOR CON POSICIÓN ANGULAR (eje B)

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CENTRO DE TORNEADO FLEXIBLE MULTITAREA

1 husillo principal + contrahusillo – con 11 ejes

de posición y 5 ejes controlados

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TORNEADO EN 4 EJES SIMULTANEOSFRESADO, TALADRADO Y ROSCADO

SIMULTANEO POR TRES TORRRETAS

TORNEADO Y FRESADO SIMULTANEO EN TRES TORRETAS SOPORTE DE CENTRADO EN TORRETA

TORRETA COMO APOYO CENTRAL

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ÍNDICE



PARTE V – CENTRO DE MECANIZADO

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VIDEO

“ Configuración centro de mecanizado SHAUBLIN “

“Diferentes arquitecturas:

SCHAUBLIN - HECKERT- DECKEL ...“

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PARTES PRINCIPALES:

1.- Estructuras.

2.- Guiado de carros.

3.- Husillo principal.(Cabezal).

4.- Accionamientos.

5.- Almacén de herramientas.

CENTRO DE MECANIZADO

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Palets de sujeción y

manipulación de piezas

Almacén y cambiador de herramientas

Extractor de virutas

Armario eléctrico. Equipo

neumático e hidráulico

Husillo principal,

eje Z

Husillo Longitudinal,

eje X

Husillo Longitudinal,

eje X

CENTRO DE MECANIZADO – Partes principales

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Tipo C Columna

fija

Tipo C Columna

Fija

Columna móvil

Columna fija con

caña

Columna móvil

Tipo C Columna

fijaPuente o pórtico

fijo

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CENTRO DE MECANIZADO – Configuración de bancada

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El MAV requiere máquinas con estructuras

muy rígidas

La arquitectura de la máquina debe tener

una configuración estudiada y modular

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CENTRO DE MECANIZADO – Guiado

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CENTRO DE MECANIZADO – Guiado.

Guías de fricción hidrodinámicas

Se trata de dos superficies planas o inclinadas, rectificadas y tratadas térmicamente para aumentar la dureza superficial, que incorporan una película intermedia de aceite para mejorar el deslizamiento. Las superficies pueden ser rasqueteadas dependiendo de la precisión geométrica requerida, y una de las superficies lleva un recubrimiento de “Turcite” para disminuir el deslizamiento y mecanizar los conductos de aceite

Estas guías presentan una buena absorción de las vibraciones para la película de aceite, y el coeficiente de amortiguación es proporcional a la superficie de contacto. Esta característica las hace ideales para aplicaciones de gran esfuerzo y corte interrumpido, y en aplicaciones donde el acabado superficial es crítico.

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Además, se produce un efecto de “stick-slip” debido a la diferencia de valor del coeficiente estático y dinámico de fricción. Cuando la máquina se para, el espesor de aceite disminuye aumentando la fricción del sistema.

Este efecto es muy perjudicial para los servosistemas cuando se producen constantes cambios de sentido en los ejes, ya que se presenta una resistencia diferente al movimiento cuando el eje justo empieza a moverse y después de comenzar. De aquí el nombre de “stick-slip” o pegar-deslizar.

Este efecto no favorece, en principio, a las máquinas que deben describir trayectorias de 3D de grandes precisiones.


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Guías de rodadura

Las guías de rodadura se basan en el mismo concepto de un rodamiento de bolas. El elemento fijo monta unas guías rectificadas con unas superficies donde ruedan las bolas o cilindros, que dan vueltas a un circuito contenido en un bloque precargado y que se fija al elemento móvil de la máquina. Para cada guía se monta un mínimo de dos bloques. Cuanto más largo sea el elemento móvil, más bloques habrá que montar.

Estas guías no necesitan ajuste, y su vida es presumiblemente mayor que la de las guías hidrodinámicas, si bien no se dispone todavía de valores estadísticos suficientes para asegurarlo.

Sección de una guía de rodadura con cilindros de la marca IKO (izquierda) y una guía de rodadura de bolas montada al carro de una máquina horizontal de la marca THK (derecha)


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Las guías de rodadura presentan una mayor rigidez que las guías hidrodinámicas del mismo tamaño, pero la capacidad de absorción de las vibraciones es mucho más pobre. El coeficiente de fricción es mucho más bajo y, por tanto, se pueden conseguir respuestas dinámicas mucho más cortas y mejores precisiones en trayectorias de 3D.

Estas guías son hoy en día la solución casi exclusiva a las máquinas de producción que requieren aceleraciones y velocidades muy elevadas para reducir los tiempos de posicionamiento. Como ejemplo se muestra el centro de mecanizado vertical de la fotografía siguiente.

Este centro tiene movimientos en rápido de 40 m/min, y está destinado básicamente a la producción de pequeñas piezas de aluminio prefundido.


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SON TODOS AQUELLOS DISPOSITIVOS QUE SIRVEN PARA REALIZAR MANIOBRAS RELACIONADAS INDIRECTAMENTE CON LA ACCIÓN DE MECANIZADO, PERO QUE

CONTRIBUYEN A LA MEJORA O AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO

ENTRE ESTOS DISPOSITIVOS AUXILIARES, PODEMOS CITAR COMO EJEMPLO:

- CAMBIADORES AUTOMÁTICOS DE HERRAMIENTAS.

- EQUIPOS DE SUMINISTRO DE REFRIGERANTE DE CORTE.

- EXTRACTORES DE VIRUTAS.

- SISTEMAS HIDRÁULICOS O NEUMÁTICOS DE AMARRE DE PIEZAS.

- ...

CENTRO DE MECANIZADO – Dispositivos auxiliares

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CENTRO DE MECANIZADO – Dispositivos auxiliares: pallets

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Accionamiento por engranajes

Disposición del husillo mixta

VERTICAL-HORIZONTAL

CENTRO DE MECANIZADO – Dispositivos auxiliares: orientación

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Lineal

Cartucho

Esférico

Tambor

CENTRO DE MECANIZADO – Dispositivos auxiliares: almacén htas.

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CENTRO DE MECANIZADO– Configuración

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Util de amarre

Cambio de herramienta

Cambiador de palets

Cambiador de palets


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Máquinas basadas en cinemática paralela

y cinemática mixta.

El Seyanka, muestra de la tecnología más avanzada en la actualidad. Se trata de una arquitectura de cinemática paralela de tipo hexápodo, desarrollada por la Fundación Tekniker. Todavía falta algún tiempo para que se generalice. En

el futuro, tal vez, este tipo de máquinas sean consideradas historia.


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Requisitos de MÁQUINA. Configuración básica

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Requisitos de MÁQUINA. Control de temperatura.

FUENTES DE DISTORSIÓN TÉRMICA:

Los cambios de temperatura ambiente.

El calor generado por la propia máquina.

El calor que se genera en el propio proceso de mecanizado. .

FUENTES DE DISTORSIÓN TÉRMICA:

Los cambios de temperatura ambiente.

El calor generado por la propia máquina.

El calor que se genera en el propio proceso de mecanizado. .

101

Requisitos de MÁQUINA. Control de temperatura.

Refrigeración de un cabezal

integrado

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Deformación térmica, un factor importante.

La bancada.

Debido a que se trata de estructuras de grandes dimensiones, desde el punto de vista económico sería difícil de compensar deformaciones con modificaciones en su arquitectura.

Lo normal es recubrir las zonas más expuestas con materiales aislantes que, si bien reduce la influencia de la temperatura ambiente, no aquella que se genera durante largos tiempos de mecanizado que pueden producir modificaciones estruc-turales tipo S (fig.1).

Además del calor del mecanizado -que se transfiere con las virutas y el refrigerante- otros elementos que influyen en la temperatura de la estructura son los circuitos hidráulicos y los componentes eléctricos del control.

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En muchos equipos la deformación continúa después que empiece a disminuir la temperatura, o bien aquélla se genera en dirección opuesta y las formas no vuelven a su forma original hasta mucho después de alcanzar la temperatura inicial.

Este comportamiento se puede explicar porque el valor varía en cada componente. Como muestra la fig.2, el diseño que acusa estas diferencias se inclina hacia el lado donde la temperatura es más baja.

Los elementos de la máquina mas susceptibles a generar error por este hecho son la columna y el cabezal del husillo.


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La fig.3 muestra en una máquina vertical, la posición de la columna (y cabezal).

Cuando las temperaturas de la parte frontal y posterior aumentan un mismo valor, la posición del husillo se mueve proporcionalmente hacia arriba y al frente; si hay diferencia se curva generándose errores de posición acentúandose si las variaciones de temperatura son irregulares. Si se desea alta precisión debe corregirse este problema (solución TAS-C de Okuma).


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La fig.9 muestra los gráficos registrados durante dos días de la temperatura ambiente e inclinación de la columna. El gráfico superior se refiere al comportamiento antes de la modificación.

La inclinación de la columna va siguiendo casi proporcional a la temperatura que es más estable en días nubosos o lluviosos y también lo son las inclinaciones de la columna.

El gráfico inferior muestra el estado después de la modificación tras dos días de buen tiempo en que a pesar de oscilaciones mas amplias de la temperatura ambiente, la inclinación mejoraba respecto a la registrada en el caso anterior (menos de 1/3).


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Evaluación de nuevos productos el valor de la deformación térmica con un cambio de 8ºC en el ambiente de prueba del laboratorio. Los resultados se ven en la figura. Las dimensiones varían según lo previsto; pero se garantiza una precisión de 0.01mm, o menor gracias al conjunto de medidas correctoras.

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Comparativa de materiales con Velocidad de corte

Actualmente las deformaciones térmicas del cabezal de los centros de mecanizado del fabricante OKUMA, se compensan con un algoritmo de corrección interno de programa que considera los aspectos mencionados tal como muestra la figura siguiente.

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Se puede utilizar programas NC con curvas NURBS o definidas como diminutas interpolaciones lineales y las intervenciones manuales durante la operación son tan prácticas como las de un control normal NC: corrección, parada de avance, verificación, modificación, etc.

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Comparativa de materiales con Velocidad de corte

Esta función consigue un control óptimo según las especificaciones de la maquina; las formas curvas o aristas vivas de la pieza; las condiciones de mecanizado; etc. Calculando la velocidad de avance óptima (función Hi-Cut), control de aceleración, etc. Para garantizar una precisión de mecanizado segura y amortiguar las rampas de aceleración y deceleración de la máquina sin sacudidas (función Hi-G), para un mecanizado de calidad y alta velocidad.

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CENTRO DE MECANIZADO – Control de vibraciones

Las vibraciones en la máquina son provocadas por la aceleración y desaceleración de los ejes, afectando al tiempo y precisión de mecanizado. Algunas máquinas disponen de un control de vibración durante el mecanizado que mejora sustancialmente el acabado de las superficies.

111

Requisitos de MÁQUINA. Seguridad redoblada.

El control numérico tiene que permitir entradas y salidas rápidas para reaccionar inmediatamente y las masas en rotación tienen que estar equilibradas con mucho más cuidado.

El control numérico tiene que permitir entradas y salidas rápidas para reaccionar inmediatamente y las masas en rotación tienen que estar equilibradas con mucho más cuidado.

En las máquinas actuales existe también un factor añadido, que es el riesgo que supone una masa moviéndose a muy alta velocidad. Recordemos que la energía cinética aumenta con el cuadrado de la velocidad, y ésta resulta ser en la práctica hasta un orden de magnitud superior a la del mecanizado convencional.

En las máquinas actuales existe también un factor añadido, que es el riesgo que supone una masa moviéndose a muy alta velocidad. Recordemos que la energía cinética aumenta con el cuadrado de la velocidad, y ésta resulta ser en la práctica hasta un orden de magnitud superior a la del mecanizado convencional.

112

CENTRO DE MECANIZADO – Seguridad simulada

Cuando el operario mueve manualmente los ejes de la durante la medida de la herramienta o en el cambio de plaquitas, se visualiza simulataneamente en la pantalla del control los movimientos para comprobar posibles interferencias, parandose la máquina en el caso de detectar dicha interferencia.

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PRECISION Y SERVICIO.

FACTORES QUE ENCABEZAN LA LISTA DE PARAMETROS EN LA EVALUACION PREVIA A LA ADQUISICIÓN DE NUEVAS MÁQUINAS.

Resultados de una encuesta entre 200 responsables de compras e ingeniería, sobre los parámetros que se evalúan al adquirir nueva maquinaria y la importancia que le han dado a cada concepto.

En cuanto a los encuestados, el 19% pertenecían a empresas con 1-49 empleados, el 28% a empresas con 50-99 empleados, el 19% a aquellas con entre 100-199, 20% a las de 200-499, 12% a las de 500-999 y un 1% superiores a 1000.

Máquina-herramienta - ¿Exigencias?

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Requisitos actuales de MÁQUINA-HERRAMIENTA DE CN.

Posibilidades y limitaciones del cabezal

(husillo).Suministro del fluido.Velocidades de mecanizado.Programación de los controles numéricos

mediante funciones especiales de anticipación

de trayectorias.La temperatura de cara a la obtención de

tolerancias.La estrategia del mecanizado, donde los

detalles estén definidos alrededor del filo

herramienta, geometría, material y el proceso

que ha de seguir el programa de control

numérico.

Posibilidades y limitaciones del cabezal

(husillo).Suministro del fluido.Velocidades de mecanizado.Programación de los controles numéricos

mediante funciones especiales de anticipación

de trayectorias.La temperatura de cara a la obtención de

tolerancias.La estrategia del mecanizado, donde los

detalles estén definidos alrededor del filo

herramienta, geometría, material y el proceso

que ha de seguir el programa de control

numérico.

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ÍNDICE



PARTE III – PRESTACIONES FUNCIONALES

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CARACTERISTICAS BÁSICAS DE UNA MÁQUINA-HERRAMIENTA

DISEÑO MECÁNICO DE MÁQUINAS-HERRAMIENTA.

a.- ¿Como podemos considerar el concepto DISEÑO?

Proceso de elaboración de soluciones que partiendo del análisis funcional, llega a la definición física de un producto capaz de satisfacer los requisitos funcionales con limitaciones definidas.

El paso de lo funcional a lo formal requiere el desarrollo de especificaciones y la determinación de los parámetros básicos de diseño. Estos parámetros básicos deben permitir el análisis mecánico de las soluciones parciales y globales, dadas al problema del diseño de la máquina-herramienta.

El desarrollo de especificaciones y determinación de los parámetros básicos es una etapa crítica en el diseño de las máquinas-herramienta, pues determina sus características funcionales y su competitividad.

Definición de las especificaciones técnicas y los parámetros mecánicos básicos.

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ESPECIFICACIONES FUNCIONALES.

Definen características de la máquina desde el punto de vista de su utilización. La clasificación

puede hacerse mediante los siguientes grupos:

1.- ARQUITECTURA Y CARACTERÍSTICAS DIMENSIONALES.2.- CAPACIDAD DE ARRANQUE.3.- PRECISIÓN DE TRABAJO.4.- AUTOMATIZACIÓN.

ESPECIFICACIONES DE DISEÑO

Definen las características "internas" a que debe responder la máquina.

1.- RIGIDEZ ESTÁTICA.2.- RIGIDEZ DINÁMICA.3.- DURACIÓN O VIDA DE ELEMENTOS MECÁNICOS (engranajes, cojinetes,...)

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PARÁMETROS MECÁNICOS BÁSICOS

Se derivan de la capacidad de arranque de material de la máquina y constituyen las acciones a que deben responder su diseño.

Parámetros:

W POTENCIA (KW)Tmax Par máximo (N.m)nmin Velocidad angular mínima (r.p.m.)nmáx Velocidad angular máxima (r.p.m.)Vf Velocidad de avance (mm/min)Fx, Fy y Fz Esfuerzos de corte según ejes X, Y, Z. (N)

Determinan el diseño de elementos y subconjuntos de la máquina-herramienta.

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Máquina-herramienta - ¿ Exigencias, parámetros ?

Material Vc Herramienta mínimo

Velocidad angular (S)

Aeronáutica: piezas de estructuras Aluminio 1200 15 25.500

Moldes de inyección de plásticos multicavidad de precisión

Acero DIN 1.2344

220 1 70.000

Aeronáutica: piezas estructurales Titanio 60 Ø 10 1.900

Tabla 1.- Velocidad angular máxima del cabezal

Material Z Herramienta

mínimo Velocidad

(S)

Avance por diente

(fz)

Avance de trabajo

(F)

Aeronáutica: piezas de estructuras

Aluminio 3 15 25.500 0,25 19.125

Moldes de inyección plásticos

Acero DIN 1.2344

2 1 70.000 0,05 7.000

Aeronáutica: piezas estructurales

Titanio 3 Ø 10 1.900 0,2 1.140

Tabla 2 .- Avances de trabajo y por diente

121


Material Avance de trabajo (F)

Ae Ap MRR MRp Ps

Aeronáutica: piezas estructuras Aluminio 19.125 15 15 4303 71,4 60,2

Moldes inyección plástico

Acero DIN 1.2344

7.000 0,4 0,04 0,112 14,7 0,008

Aeronáutica: piezas estructurales

Titanio 1.140 6 5 34,2 20 1,8

Tabla 3.- Cantidades desalojadas y potencia necesaria para ello

122


Unidades automatizadas, de tres ejes interpolados que trabajan en alta velocidad de translación, de giro y en los cambios de herramienta

Fiabilidad sin disminuir las exigencias de productividad.

Ajustarse a las necesidades de demanda.

Competitividad.

Productividad Máquinas Transfer

(rápidas y con elevado tiempo de funcionamiento (24h), 1 unidad rígida para cada operación de mecanizado,

fabricación de piezas específicas)

Flexibilidad Centros Mecanizado

(baja productividad, gran variedad de piezas, capacidad de programación)

Alta Velocidad Alta Aceleración Alta capacidad de

corte

Módulos Configurables

Objetivo

Combinan

123


ESPECIFICACIONES DE LA MÁQUINA

Solución compacta

Solución Modular

Fácil integración de los sistemas de manipulación

Máxima prestaciones en velocidad y aceleración

ARQUITECTURA DE LA MÁQUINA

PROPIEDADES

Pieza estática y utillaje, no afectan al comportamiento dinámico de la máquina.

Estructura modular Movimiento de la herramienta (3 ejes) independiente de la pieza a mecanizar.

Disposición Horizontal Fácil evacuación de viruta.

ESPECIFICACIÓN VALORArquitectura Máquina Caja en caja

Curso X 630Curso Y 500Curso Z 500

Velocidad de Avance Máxima, ejes X, Y, Z 120 m/minAceleración Máxima, (Ejes X, Y) 15 m/s2

Aceleración Máxima, (Eje Z) 20 m/s2Pallet 630x630

Electromandrinado 24.000 rpmComo Adaptador Herramienta HSK A-63

ATC 16 herramientasMaterial Estructural Perfil comercial

124


MOTORES LINEALES

SÍNCRONOS

ASÍNCRONOS

INCONVENIENTES

Gran atracción magnética.

Necesidad de un buen aislamiento en la parte de trabajo para evitar la

presencia de viruta.

VENTAJAS

Mayor eficiencia. Mayores prestaciones de velocidad y aceleración.

Mayor fuerza/unidad de

peso. Menor necesidad de

refrigeración

CABEZAL

Operaciones

Fresado Planeado Taladrado Roscado etc...

Múltiples condiciones de corte (velocidad, avance, etc...)

Tiempos de aceleración y deceleración mínimos.

125


ESTUDIO GENERAL

DISEÑO (masa a

desplazar y peso de los

motores)

ANÁLISIS ESTRUCTURAL (deformación de la estructura debido a los

motores)

CICLO DE TRABAJO

(requerimientos de velocidad y aceleración)

X, Y ZTiempo Parado 45 30

Tiempo acel./decel. sin mecanizar 35 10

Tiempo a velocidad constante sin mecanizar 0 10

Tiempo acel./decel. y mecanizado 10 0

Tiempo a velocidad constante y mecanizado 10 50

TOTAL 100% 100%

CICLO DE TRABAJO

126


ESTRUCTURA FIJA

ESTRUCTURA MÓVIL

Materiales para responder al compromiso masa/rigidez que debe cumplir una estructura

bajo altos requerimientos de aceleración acero soldado + aluminio

Método de

Elementos Finitos

Afectada continuamente por el movimiento a alta velocidad de las partes móviles de la máquina y

por las fuerzas de atracción de los motores lineales dotadas de amortiguación

CAMBIADOR DE HERRAMIENTAS

Tiempos de parada/arranque

Tiempos de aproximación/retirada

Movimientos de almacén

Cambios de herramienta

Mínimos

127


CNC

Para conseguir:

Respuesta rápida y amortiguada Altas velocidades Altas aceleraciones

Proceso de ajuste de parámetros, regulación y uso de funciones de

control

Función Lookhead: regula la velocidad de avance en función de las características geométricas del recorrido calculando en las curvaturas y en los cambios de dirección las velocidades máximas posibles.

Función Feedforward: reduce al máximo el error de seguimiento en la respuesta a través de un comando en adelanto enviado por el CNC.

128


Aplicaciones

Refrigeración

Disposiciones

Mínimo espacio (instalación de los tubos de conexión entre las partes móviles y las partes fijas)

Garantizar la alta disponibilidad de la máquina (velocidad y aceleración extrema)

1 única máquina con intercambio de pallets.

Configuración en línea (varias máquinas).

Configuración circular (varias máquinas)

Sector automovilístico

Sector aeronáutico

Fabricación de moldes

Fabricación de matrice, etc.

Tema 2 - Fichas técnicas-MHCN-ITIM IIND-2006

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