Máquinas cnc

MÁQUINAS CNC (ComputerNumerical Control)
POR
NATALIA URREGO OSPINA

INTRODUCCIÓN – MAQUINAS CNC
El CNC tuvo su origen a principios de los años cincuenta en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en donde se automatizó por primera vez una gran fresadora.
En esta época las computadoras estaban en sus inicios y eran tan grandes que el espacio ocupado por la computadora era mayor que el de la máquina.
Hoy día las computadoras son cada vez más pequeñas y económicas, con lo que el uso del CNC se ha extendido a todo tipo de maquinaria: tornos, rectificadoras, eletroerosionadoras, máquinas de coser, etc.

INTRODUCCION – MAQUINAS CNC
En una máquina CNC, a diferencia de una máquina convencional o manual, una computadora controla la posición y velocidad de los motores que accionan los ejes de la máquina. Gracias a esto, puede hacer movimientos que no se pueden lograr manualmente como círculos, líneas diagonales y figuras complejas tridimensionales.
Las máquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo en los tres ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales como las que se requieren para el maquinado de complejos moldes y troqueles.

INTRODUCCION – MAQUINAS CNC
En una máquina CNC una computadora controla el movimiento de la mesa, el carro y el husillo. Una vez programada la máquina, ésta ejecuta todas las operaciones por sí sola, sin necesidad de que el operador esté manejándola. Esto permite aprovechar mejor el tiempo del personal para que sea más productivo.
El término "control numérico" se debe a que las órdenes dadas a la máquina son indicadas mediante códigos numéricos. Estos códigos son un conjunto de órdenes que siguen una secuencia lógica constituyen un programa de maquinado.

INTRODUCCION – PROGRAMACION CNC
Al principio hacer un programa de maquinado era muy difícil y tedioso, pues había que planear e indicarle manualmente a la máquina cada uno de los movimientos que tenía que hacer. Era un proceso que podía durar horas, días, semanas y aún así era un ahorro de tiempo comparado con los métodos convencionales.
Actualmente muchas de las máquinas modernas trabajan con lo que se conoce como "lenguaje conversacional" en el que el programador escoge la operación que desea y la máquina le pregunta los datos que se requieren. Cada instrucción de este lenguaje conversacional puede representar decenas de códigos numéricos. Por ejemplo, el maquinado de una cavidad completa se puede hacer con una sola instrucción que especifica el largo, alto, profundidad, posición, radios de las esquinas, etc. Algunos controles incluso cuentan con graficación en pantalla y funciones de ayuda geométrica. Todo esto hace la programación mucho más rápida y sencilla.

INTRODUCCIÓN – PROGRAMACIÓN CNC
También se emplean sistemas CAD/CAM que generan el programa de maquinado de forma automática. En el sistema CAD (diseño asistido por computadora) la pieza que se desea maquinar se diseña en la computadora con herramientas de dibujo y modelado sólido. Posteriormente el sistema CAM (manufactura asistida por computadora) toma la información del diseño y genera la ruta de corte que tiene que seguir la herramienta para fabricar la pieza deseada; a partir de esta ruta de corte se crea automáticamente el programa de maquinado, el cual puede ser introducido a la máquina mediante un disco o enviado electrónicamente.
Hoy día los equipos CNC con la ayuda de los lenguajes conversacionales y los sistemas CAD/CAM, permiten a las empresas producir con mucha mayor rapidez y calidad sin necesidad de tener personal altamente especializado.

Las ventajas, dentro de los parámetros de producción son:
Posibilidad de fabricación de piezas imposibles o muy difíciles. Gracias al control numérico se han podido obtener piezas muy complicadas como las superficies tridimensionales necesarias en la fabricación de aviones.
Seguridad. El control numérico es especialmente recomendable para el trabajocon productos peligrosos.
Precisión. Esto se debe a la mayor precisión de la máquina herramienta de control numérico respecto máquinas herramienta convencionales.
Aumento de productividad de las máquinas. Esto se debe a la disminución del tiempo total de mecanización, en virtud de la disminución de los tiempos de desplazamiento en vacío y de la rapidez de los posicionamientos que suministran los sistemas electrónicos de control.
Reducción de controles de calidad y desechos. Esta reducción es debida fundamentalmente a la gran fiabilidad y repetitividad de una máquina herramienta con control numérico. Esta reducción de controles permite prácticamente eliminar toda operación humana posterior, con la subsiguiente reducción de costos y tiempos de fabricación.
VENTAJAS DEL CNC

DESVENTAJAS DEL CNC
La aplicación de las máquinas de control numérico es sólo rentable para la producción en serie de 5 o más piezas, también teniendo en cuenta que su fabricación será repetida más de una vez al año.
Para una cantidad menor a 5 piezas, solo es justificable si su geometría es muy compleja, justificando así el uso de una computadora para su fabricación. En caso que la geometría no sea compleja, la fabricación de un lote menor a 5 unidades es mucho más económica usando máquinas herramientas convencionales.

SISTEMAS DE COORDENADAS
El sistema de coordenadas utilizado en las máquinas de control numérico, es el sistema cartesiano o rectangular, donde:
El eje Z se encuentra situado en la dirección del husillo principal (el que proporciona la potencia de corte). Si no existiera husillo principal, el eje Z se obtiene según la normal saliente al plano de sujeción de la pieza. Su sentido positivo es aquel en que se aleja la herramienta de la pieza.
El eje X es perpendicular a Z y se elige sobre un plano horizontal paralelo a la superficie de sujeción de la pieza. Su sentido positivo es aquel tal que la herramienta se aleja de la pieza. En máquinas en las que el eje Z es horizontal, X también es horizontal.
El eje Y forma un triedro a derechas con X y Z.
Z+
Y+
X +
X-
Y-
Z-

SISTEMAS DE REFERENCIA - TORNO
El torno es el más primario de las máquinas herramientas y posee 2 o 2 ½ ejes
REGLAS:
Lo que se mueva es “Z”
Se mecaniza en “Z-”
“0” mecaniza o no, dependiendo de la pieza.
“0” de máquina depende de esta.
El próximo eje a analizar es el “X”
X+: cuando la herramienta se aleja de la pieza.
X-: cuando la herramienta se acerca a la pieza

SISTEMAS DE REFERENCIA - FRESADORA
Z=0 Es la superficie mas alta del sustrato.
En una máquina el eje X es aquel que tenga el mayor recorrido (el eje longitudinal) y el otro es el Y. X=0 y Y=0 se definen según la pieza y la conveniencia del maquinado de acuerdo al operario.
Z+
Y+
X +
X-
Y-
Z-

SISTEMAS DE COORDENADAS EN MAQUINAS DE 4, 5 Y 6 EJES
SISTEMA COORDENADO PARA MÁQUINAS DE 4 EJES
CENTRO DE MECANIZADO DE 6 EJES
SISTEMA COORDENADO PARA MÁQUINAS DE 5 EJES

PROGRAMACIÓN – CODIGO ISO
El código ISO comúnmente conocido como el leguaje G, esta compuesto por unas letras que siempre van en mayúsculas y se les conoce como direcciones.
Las letras se combinan con números y a ese conjunto se le llama instrucción, varias instrucciones en la misma línea se llaman bloques; la máquina ejecuta las ordenes por bloques.
A# ………… E# C# } Bloque
Dirección Instrucción

INSTRUCCIONES “G” - OPERACIONES
Las instrucciones G son de operaciones.
G0:Movimiento rápido, no se utiliza para mecanizar si no para desplazamiento y posicionamiento rápido de la herramienta en un punto determinado.
Ejemplo: G0X0Y0Z0
Coordenadas
OJO!!Los bloques se escriben sin espacios.
La cantidad de decimales que acepta la máquina para operar, depende del tipo de máquina. Las máquinas pequeñas aceptan centésimas de mm y las grandes milésimas de mm
Ejemplo 2 : G0 X10
mueve la maquina solo en x, pero no en “Y” ni en “Z” porque no se le ordeno

Los bloques con instrucciones G usan las letras X, Y, Z, A, B, C, I, J y K para dar la posición, donde:
X = movimiento en el eje “X”
Y = movimiento en el eje “Y”
Z = movimiento en el eje “Z”
A = rotación en “X”
B = rotación en “Y”
C = rotación en “Z”
I = vector unitario de X
J = vector unitario de Y
K = vector unitario de Z
Algunos controles permiten hasta 720° pero lo normal es hasta 360°
lineal
en grados: 0° a 360°
para hacer arcos

G1: movimiento controlado, el movimiento G1 lo controla la letra F que significa feed o avance y se da en mm/min en el sistema métrico y en in/min (ipm) si se trabaja en el sistema ingles.
F es una función modal, teniendo en cuenta que modal significa que se sigue con la función anterior a menos que alguna variable lo cambie, es decir, en este caso el avance no varia a menos que se especifique un cambio al ingresar una nueva instrucción.
Ejemplo : G1Z20F50
Avance
Coordenadas
Comando

Para determinar el sistemas de unidades que se va a utilizar para la programación de la máquina se utilizan las siguientes instrucciones:

Para programar el maquinado de una pieza se debe escoger entre dos sistemas de coordenadas, para indicar la posición de los puntos objetivos donde tiene que ir la máquina. Estos sistemas de coordenadas son el absoluto y el relativo. El sistema de coordenadas se establece al principio pero se puede cambiar en cualquier momento al cambiar la instrucción.
G90  Sistema de coordenadas absolutas
X
40
B
C
30
D
10
G91  Sistema de coordenadas relativas
A
10
E
50
Y
10

Cada programa que se hace debe llevar un nombre, los nombres de los programas de denotan con la letra “O” y con un número, los paréntesis en los programas son los comentarios y la letra “N” denota el número de la línea.
Y
5
Ejemplo: Realizar un programa con los comandos aprendidos hasta ahora
25
4
6
10
3
7
5
O1 (mi primer programa)
N1G21G90 (Unidades y Coordenadas)
N2G0X0Y0Z0 (origen de la pieza)
N3G0Z5 (Plano de seguridad)
N4G0X20Y10
N5G1Z-2F50 1
N6G1X70Y10F200 2
N7Y60 3
N8X80 4
N9X45Y85 5
N10X10Y60 6
N11X70 3
N13X20 7
N14G1Z-2
N15Y10 1 (Ahora la puerta)
N16X35 8
N17Y40 9
N18X55 10
N19Y10 11
N21G0X25Y45 12…
5
10
50
20
10
9
30
1
2
8
11
10
50
0,0
X
20

INSTRUCCIONES “M” - MISCELANEAS
Las instrucciones con la letra “M” son instrucciones para indicaciones tecnológicas como encender o apagar el husillo, prender o apagar el refrigerante….
M0: Parar
M2: Finalizar programa
M3: Prender el husillo en sentido horario (CW : Clockwise)
M4: Prender el husillo en sentido anti horario (CCW: Counter Clockwise )
M5: Apagar el husillo
Para prender el husillo se requiere de dar la velocidad, por lo tanto M4 y M3 van acompañadas de la letra S que es la velocidad en RPM.
Ejemplo:
N4.1M3S2500 (enciende el husillo a 2500RPM)
N33.1 M5 (Apaga el husillo

INSTRUCCIONES “M” - MISCELANEAS
M7: Prende el refrigerante, si es refrigerante interno de la herramienta
M8: Prende el refrigerante externo a la herramienta
M9: Apaga el refrigerante interno y externo.
Notas:
Todo lo programado es modal a menos que se indique lo contrario.
Un plano de seguridad bueno es Z=5, entendiendo como plano de seguridad un plano donde la herramienta no va a tocar el material que esta siendo maquinado, con el propósito de cambiar su posición o hacer cambios en alguna variable.
RECOMENDACIÓN: No sacar la herramienta en diagonal!! G0 en diagonal NO!!

PERFILES CIRCULARES….
Planos en que se realizan los perfiles circulares
XY G17
XZ  G18
YZ  G19
G17
Nota: Existen máquinas que sólo son capaces de procesar códigos de líneas, otras son capaz de procesar círculos y líneas, y las más nuevas son capaces de procesar NURS (Non Uniform Rotational Splines)
La mayoría de las máquinas sólo procesa círculos en el plano G17.
G18
G19
G18
Z
Y
X

G2: Trayectoria circular (o arco) en el sentido de las manecillas del reloj
G3: Trayectoria circular (o arco) en sentido anti horario.

Los comandos G2 y G3 necesitan las coordenadas en los ejes X, Y y Z, para dar la posición del punto final del arco, además de unos vectores unitarios que se denotan con las letras I, J y K que son las distancias desde el origen (donde comienza la trayectoria la herramienta) hasta el centro del arco, así:
G2X#Y#Z#I#J#K#
G3X#Y#Z#I#J#K#
30
G2 y G3 conservan el Feed (F) de G1
3
4
Y
20
1
2
X
0,0
G3X30Y0I0J-10

PERFILES CIRCULARES
Ejemplo: hace un pequeño programa para la figura
Coordenadas relativas
O2 (El segundo programa)
G90G21 (coordenadas absolutas y mm)
G0X0Y0Z5
G91 (Coordenadas relativas)
M3S2500 (Encender husillo)
G1Z-7F50
G1X0Y20F100 4
G1X30 3
G17 (Plano donde se realiza el arco)
G2X0Y-20I0J-10 2
G1X-301
G0Z5
M5 (Apagar el husillo)
M2 (Finalizar programa)
Coordenadas absolutas
O2 (El segundo programa)
G90G21
G0X0Y0Z5
M3S2500 (Encender husillo)
G1Z-2F50
G1Y20F100 4
G1X30 3
G17 (Plano donde se realiza el arco)
G2X30Y0I0J-10 2
G1X0Y0 1
G0Z5
M5 (Apagar el husillo)
M2 (Finalizar programa)
30
3
4
Y
20
1
2
X
0,0
G3X30Y0I0J-10

COMPENSACIÓN
Hasta ahora en los programas de ejemplo, han hecho el mecanizado donde la trayectoria de la herramienta se hace por el centro de la misma.
trayectoria
Ranura hecha con una fresa (sin compensación de radio)
Centro de la herramienta
Muchas veces lo que necesitamos son dimensiones finales, y eso se logra por medio de compensaciones, las compensaciones se pueden hacer manualmente o por medio de un cogido G.
Contorno hecho con una fresa (con compensación de radio a izquierdas).

COMPESACIONES PERFILES LINEALES
40
15
Tenemos un lamina de madera (MDF) de 60 x 25 mm y un espesor de 4 mm, se debe maquinar el perfil que se ilustra en la imagen en todo el centro del material con una broca de 10 mm
20
20
25
10
10
60

Primero re acotamos la pieza para sacar las coordenadas para hacer el programa.
Para compensar se debe ubicar es el centro de la herramienta , para este caso el centro de la broca.
1
2
10
0,0
5
3
2.5
10
6
4
12.5
7.5
27.5
27.5
5 mm
1

COMPESACIONES PERFILES LINEALES (punto 2)
Tan α =10/15
α =tan-1 (10/15)=33.69°
β=180- α =180-33.69°=146.31°
β=2* θ θ= β/2=73.15°
ΔX=ΔY/Tan θ=5/Tan(73.15°)=2.2434

COMPESACIONES PERFILES LINEALES (punto 3)
Sen α = 5/H
H=5/Sen (33.69°)= 9.904
ΔX=H

Entonces el programita seria en coordenadas absolutas:
O4
N1G90G21
N2G0X0Y0Z5
N3G0X-25Y15 1
N4M3S2500
N5Z-2
N6G1X22.2 2
N7X44.904Y0 3
...
La idea es ubicar el centro de la broca…
40
15
1
2
10
20
0,0
5
25
20
3
2.5
10
10
10
6
4
12.5
7.5
27.5
27.5
60

COMPENSACIONES DE PERFILES CIRCULARES
Hacer un programa para realizar este perfil utilizando una broca de 2 mm

O5
N1G21G90
N2M3S2000
N3G0X-1Y-1Z5
N4G1Z-2F50 1
N5Y26.06 2
N6X0 (para llevar la fresa al punto inicial del arco como muestra la figura)
N7G3X0Y34.66I0J4.3(Realizo el arco) 3
N8G1X-1 (Saco la fresa para subir al punto 4)
N9Y54.27 4
N10X24.02 5
N11Y32.05 6 ….

…
N12G3X34.88Y32.05I5.43J0 7
N13G1Y42.76 8
N14G1X50.5 9
N15G2X59.23Y34.03I0J-8.73 10
N16G1Y-1 11
N17X28.11 12
….

C12+C22=h2
C12=h2-C2
C12=(5.72+1)2-12
C12=44.15
C1=6.64
…
N18G2X16.75Y-1I-6.64J113
N19G1X-1 1
N19G0Z5
N20M5
N21M2
….

CICLOS FIJOS / TALADRADO
R1
R2
G81: taladrado por punto, es decir, puntea y se sale, en este ciclo se utiliza la broca centro para este comando se utilizan las letras :
R: es un plano imaginario al cual vuelve la herramienta durante este ciclo, debe ser un valor positivo por encima de un plano de referencia (R1 y R2)
Z: es la profundidad de punteo
X, Y: indican la posición en el plano X,Y.

R1
R2
G82: Taladrado con pausa, utiliza las letras R, Z, F, X y Y como G81 y además se utiliza la letra P para indicar la pausa en milisegundos, se utiliza para hacer el abocardado.
G83: Taladrado profundo, se utiliza para hacer los agujeros. Los parámetros que utiliza son R, Z, F, X y Y como G81 y además se utiliza la letra Q para indicar la profundidad de cada pasada, siempre se utiliza un valor positivo.

R1
R2
G80: Cancela el ciclo de taladrado.
Los ciclos para agujeros son iguales a los ciclos de contorno, es decir, son modales (si tengo un G81, las posiciones que indique después de G81 son G81) por lo que hay que cancelarlas con G80.
M6: Es el comando de cambio de herramienta, y va acompañado de la letra T más un número el cual indica el numero de la herramienta. Ejemplo: M6T1

R1
Z
X
R2

O007
G2190
M6T1
G0X0Y0Z5
M3S350 (Enciende husillo)
G81R-7Z-12F25 (Empieza ciclo punteado)
X25.32Y25
X##Y## (Si se tuviera otro agujero debajo del mismo plano de referencia)
G81R3Z-2
X78.7Y25
X##Y##
M5 (Apaga el husillo)
M6T2 (Cambia la herramienta)
M3S350
G0X20Y15 (Es una buena practica hacerlo)
G83R-7Z-17.5F25Q3
X25.32Y25
G0Z10 (Por seguridad)
G83R3Z-10F25Q3 (Así no se ejecuta, solo se ejecuta cuando tiene las coordenadas en X y en Y)
X78.7Y25
M5
M6T3
G0X78.7Y25Z10
G82R3Z-2F25P500 (1/2 Segundo de pausa, para abocardar)
X78.7Y25
G80 (Ya termine de hacer los agujeros
M5
M2
“Cuando la broca baja (entra en el material) tiene la velocidad del avance (Fit) y cuando sube es con la velocidad de G0”

CICLOS DE ROSCADO
G84: Roscado rígido a la derecha.
R, F, Z, X, Y
Q=paso  (1/filete para pulgadas)
si es un machuelo de 20 hilos por pulgadas es Q=1/20.
G74: Roscado rígido a la izquierda.
G85: Boring (ampliado de agujero, es un ciclo muy raro, es un ciclo especial)
R, Z, F, X, Y

COMPENSACION DE LA MÁQUINA
La máquina tiene la capacidad de compensar por si misma, pero requiere mayor procesamiento, las compensaciones son modales y los comandos son:
G41: compensación izquierda
G42: compensación derecha
G40 ó G43: Eliminar compensación (depende de la máquina)
La flecha ↑ y el sentido de mecanizado (el sentido en que gira la herramienta) me da cual es el sentido de compensación a utilizar.

COMPENSACIÓN DE LA MÁQUINA
TABLA DE OFFSET
La máquina utiliza la tabla de offset para hacer la compensación de la herramienta.
G41D2  aquí le digo a la máquina que haga compensación izquierda para para la herramienta #2. luego continuo el programa dando las coordenadas de sin realizar la compensación manualmente.
Es de anotar que las compensaciones sólo trabajan en X y Y.
RECOMENDACIÓN: al iniciar cualquier programa se deben cancelar los ciclos de taladrado y las compensaciones sólo por precaución.

http://www.tecnoedu.com/Denford/CNC.php
http://www.tecnoedu.com/Denford/GM.php
http://www.4shared.com
http://www.scribd.com/doc/14977680/Manual-Torno-Cnc-Muy-Completo
http://isa.umh.es/asignaturas/tftm/Tema%2014-2%20CNC.pdf
Notas MCAD – Natalia Urrego Ospina
BIBLIOGRAFÍA

https://jujo00obo2o234ungd3t8qjfcjrs3o6k-a-sites-opensocial.googleusercontent.com	206
http://www.slideshare.net	97
http://cnccontrolnumericocomputerizado.blogspot.com	28
http://cnccontrolnumericocomputerizado.blogspot.com.es	14
http://www.actiweb.es	13
http://jujo00obo2o234ungd3t8qjfcjrs3o6k-a-sites-opensocial.googleusercontent.com	5
http://www.cnccontrolnumericocomputerizado.blogspot.com	1
https://twitter.com	1

Máquinas cnc

by Natalia Urrego

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