2-1_Tecnolgia CNC VBB(1)
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© Christian Schindler
TECNOLOGÍAS DE AUTOMATIZACIÓN DE LA MANUFACTURA
Fundamentos y Aplicaciones de la Tecnología CNC:
• Componentes básicos de un sistema CNC
• Control de movimientos e interpolación
• Software NC
• Sistemas de posicionamiento NC
Integración de Sistemas de Manufactura
Tecnologías de Automatización de la Manufactura
Fundamentos y Aplicaciones de la Tecnología NC
Componentes básicos de un sistema NC
Programa NC(Part program)
Contiene la secuencia de instrucciones paso a paso que defina la posición relativo entre la herramienta de corte y la mesa de trabajo e instrucciones adicionales como velocidad del husillo avance tipo de herramienta entre otros
Unidad de control de maquina (Machine Control Unit MCU)
Microcomputadora y hardware de control
que memoriza el programa NC, convertirte
y ejecuta cada comando a una acción
mecánica del equipo de procesamiento
Incluye interfaces con el equipo de procesa-
miento (feedback control), Lector de
programas, Teclado, Monitor, Sistema
operativo, Calculaciones de algoritmo
(Interpolaciones)
Equipo de procesamiento(Processing equipement)
Transforma le pieza con dimensiones iniciales en la pieza terminada
Integración de Sistemas de Manufactura
Tecnologías de Automatización de la Manufactura
Fundamentos y Aplicaciones de la Tecnología NC
Punzonado / LASER
Inspección
TorneadoCorte con LASER
Corte con Agua
Fresado
Punzonado
Ejemplos de equipos NC de procesamiento
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Tecnologías de Automatización de la Manufactura
Fundamentos y Aplicaciones de la Tecnología NC
• Reducción de tiempo de preparación (Setup Time)
• Reducción en tiempo de maquinado
• Exactitud y Repetibilidad
• Contorneado de geometrías complejas
• Simplificación por uso de herramientas estandarizadas y sistemas de sujeción para CNC
• Aumento de la productividad general: Menor perdida por defectos en las piezas, Changeover time”
reducido, Menor esfuerzo en inspección
• Tiempo de procesado (cycle time) consistente y constante
• Posibilidad de integración
Comparando el proceso convencional con el proceso CNC se pueden observar siguientes puntos comunes:
1. Obtener y estudiar el dibujo técnico
2. Selección de método de maquinas mas adecuado
3. Decisiones del Setup (método de sujeción, herramientas de sujeción)
4. Establecer avances (feed) y velocidad de corte (speed)
5. Remoción del material, Maquinado
Que ventajas principales tiene CNC?
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Tecnologías de Automatización de la Manufactura
Ejes y Grados de libertad
X
Y
Z
A B
C
?
Grados de Libertad (Degrees of Freedom, DOF)
Cuantos grados de libertad tiene un cuerpo
rígido en el espacio?
Designación de ejes y regla de la mano derecha
+
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Tecnologías de Automatización de la Manufactura
Fresadoras CNC Maquinas CNC
Las maquinas Fresadoras se puede dividir en categorías:
• Numero de ejes: dos, tres o mas ejes
• Orientación de los ejes : vertical, horizontal
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Maquinas CNC
Ejes lineales: X, Y, Z
Ejes de rotación: A, B, C
Ejes auxiliares lineales: U, V, W
Centro de Maquinado Vertical (VMC)
Para maquinado de piezas planas como platos donde la mayoría de las operaciones se hace en una
sola cara.
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Maquinas CNCCentro de Maquinado Horizontal (HMC)
Para maquinado de piezas grandes como carcasa
de bombas, caja de engranes o bloques de motor.
Están normalmente equipados con un cambiador
de pallet
XZ
Y
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Maquinas CNCTonos CNC (Lathe)
Los torno se clasifican según el eje principal:
• Torno horizontal
• Torno vertical
En el torno horizontal (mas común) se diferencia
• Torno tipo delantero (front lathe) y
• Torno tipo trasero (Rear lathe)
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Maquinas CNC
+X
+Z
-X
-Z
Werkzeug
Werkstück
Werkstück
WERKZEUG VOR DER DREHACHSE WERKZEUG HINTER DER DREHACHSE
Werkzeug
Herramienta de corte delante del eje del huisillo
Herramienta
Pieza
Pieza
Herramienta
Herramienta de corte atrás del eje del huisillo
-Z
+Z
+X
-X -Z
+Z-X
+X
Sistema de coordenadas NC en piezas rotacionales (torno)
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Maquinas CNC
El sistema de coordenadas se refiere siempre a la pieza a maquinizar
ZX
Y
Taladros CNCSistemas de coordenadas NC en piezas planas y prismáticas (taladros)
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Control NC
1) Sistema punto a punto (Point-to-Point Systems)
Para maquinas procesadoras en puntos discretos:
• Taladros,
• Soldador de punta
• Troquelado
2) Sistemas de paso continuo (Continuous-Path NC)
• Movimientos solamente a lo largo de un eje paralelo a un
eje principal : Staight Cut NC
• Movimiento simultaneo de dos o mas ejes: Contorneado
(Contourning NC)
Para maquinas que procesan durante el moviente en líneas
rectas, círculos o otros líneas curveadas
• Fresadora
• Tornos
• Cortador LASER
Tipos de control NC
Línea recta(Straight-Cut NC)
Contoneado 2D Contorneado 3D
Control punto a punto
Maquinizar
Posicionar
Maquinizar
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Control NCMétodos de interpolación NC
• Con la interpolación NC se aproximan perfiles y formas continuos con un sistema NC, que es digital.
• Cortando un contorno curvilínea o circular se aproxima el contorno dividiéndolo entre pequeños
segmentos lineales para coincidir estrechamente con el contorno deseado
El error máximo entre la superficie nominal
deseada) y el actual (maquinado) se controla a
través de las longitudes de los segmentos
individuales
Los aproximaciones están controlados por la
desviación máxima (tolerancia):
a) Tolerancia definido adentro de una curva
nominal
b) Tolerancia definido afuera de la curva nominal
c) Tolerancia definido en ambos lados de un
contorno curveado
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Control NCTipos de interpolación CNC
Interpolación lineal
Interpolación cúbica
Interpolación circular
Interpolación helicoidal
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Control NCInterpolación CNC
El módulo de interpolación de una MCU efectúa los cálculos de los
puntos y dirija la herramienta a lo largo de la ruta.
Métodos de interpolación NC para controles de paso continuo:
• Lineal ( Linear interpolation): para generar una línea recta en un
sistema NC de paso continuo
• Circular (Circular interpolation): aproximación de un circulo
matemáticamente definido con x2+y2=r2 en un plano paralelo a
un plano definido por dos ejes del sistema NC (Planos: X-Y, X-Z
ó Y-Z)
• Helicoidal (Helical interpolation): Combinación de la
interpolación circular con el movimiento lineal en un tercer eje.
• Parabólica (Parabolic interpolation) y Cúbica (Cubic
interpolation): Aproximaciones de curvas de formas libres
definidos por ecuaciones de mayor orden.
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Control NC
Investigación/ Tarea #2: Descripción matemática de diferentes curvas
Investigación sobre la descripción analítica de conjunto de puntos (geometría analítica) de:
• Hélice en el cilindro
• Espiral cónica
• Parabólica
• Curvas de orden mayor 2 (Curvas Bezier, Splines)
Entregar por impreso:
Explicación de las formulas que describe el conjunto de puntos de diferentes curvas
Programar formulas en Matlab
Graficar cada uno de las curvas dentro de un cierto rango en Matlab
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Tecnología NC
Configuración de la unidad de control NC (Machine control Unit, MCU)
Control de comandos y datos entre componentesEjecuta cálculos y funciones lógicas Memoria temporal que están procesando al momento
ROM; Sistema operativo, Interfaces con la maquina
RAM: Programas NC
Comunicación entre varios elementos del sistema CNC:Transmite y recibe señales de unidades externos del sistema CNC
Componente de hardware que controla posición (open loop / closed loop) y velocidad de cada uno de los ejes Controla la velocidad rotacional del husillo de la maquina herramienta
Control binario de funciones auxiliares Liquido de enfriamientoSistema de SujeciónInterlocksContadores
Los MCU consisten normalmente de PC’s equipados con una tarjeta de control de movimientos y otro hardware para operar la maquina herramienta
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LAN
Tecnología NC
Control Numérico Distribuido (Distribuited Numerical Control DNC)
• DNC permite que se envía programas NC completos de una central a los diferentes unidades CNC conectados en una red
• DNC permite comunicación bidireccional entre la fabrica en la computadora central:• Programas NC• Lista de herramienta requeridos• Instrucciones para el operador• Información sobre la programación (scheduling)
• Numero de piezas fabricadas• Tiempo de ciclo • Estadísticas sobre la vida útil de herramientas• Datos sobre la calidad del la pieza
RS-232
Posibles configuraciones DNC
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Tecnología NC
Sistemas de Posicionamiento de Control Numérico (control point-to-point)
La mesa de trabajo se mueve de forma lineal propulsionado por grupo del motor-reductor (motor paso a paso) y un eje sinfín .El eje sinfín esta acanalado y el acoplamiento donde se fija el conjunto mecánico desplaza la mesa.
Bucle abierto (open loop)No verifica la posición actualPara sistemas donde ya míniales fuerza que resisten al movimiento
Bucle cerrado (closed loop) Mide la posición actual para confirmar si la mesa llego a la posición deseadaPara maquinas de paso continuo como fresadoras, tornos etc.
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Tecnología NC
Regla de vidrio
con lectorMotor paso
a paso
Encoder montado en el eje sinfín
Motor paso a paso
Sistema de Medición en Maquinas de Control Numérico: Sistema de medición directo e indirecto(NC-Closed-Loop Positioning)
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Tecnología NC
DEZIMALCODIERTER MASSSTAB
BINÄRCODIERTER MASSSTAB
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 18 19 20 21 101
102
12 13 14 15 16 17 29 30 31
0
98 99 1000
103 0 00
200
201
198
199
202 0 0
300
298
299
01234567890
20
0
10
200
90
3000
100
300
100
101
102
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 18 19 20 21 31 3212 13 14 15 16 17 23 24 2522 28 29 3026 33 34 3527 38 3936 37 40 41 42 4543 44
20
21
22
23
24
25
Escala de Código binario
Escala de Código decimal
Sistema de Medición en Maquinas de Control Numérico: Regla(NC-Closed-Loop Positioning)
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Tecnología NC
Sector
Encoder incremental Encoder absoluto
Sistema de Medición en Maquinas de Control Numérico: Encoder(NC-Closed-Loop Positioning)
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Tecnología NC
Clutch
Medición de Posición
Sinfín de bolas
Codificador rotario
Control
Freno Tacómetro
Velocidad husillo
ParámetroVelocidad
Señal de corrección
Control
Velocidad
Parámetrovelocidad Parámetro
Posición
Control con retroalimentación
Closed-Loop
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Tecnología NC
Actividad: Ejercicios de cálculo del sistema de posicionamiento