- Lenguaje de
programación - Sistemas de coordenadas en
control numérico - Sistemas locales de
referencia - Selección del plano de
maquinado - Programación absoluta e
incremental - La función de la
herramienta - La velocidad de
corte - Funciones
auxiliares M - Referencias y
vínculos Web
Las máquinas
de control
numérico son máquinas automáticas de corte.
Si comparamos la estructura de
una máquina de corte convencional y una de control
numérico, observaremos las siguientes
diferencias:
El sistema de
medición para el control de la distancia
que debe viajar el carro a lo largo de un eje consistía de
una escala
numérica. Esta escala se encontraba grabada en un cilindro
que al movimiento del
eje giraba e indicaba la distancia recorrida. La máxima
precisión que podía lograrse en un sistema de este
tipo era de 0.01 mm.
En las máquinas de control numérico la
escala se ha sustituido por un sistema de medición lineal
que se encuentra acoplado a las guías e indica la
distancia recorrida en forma ana!ógica (variación
de voltaje) basado en el principio de fotocelda. Esta celda
recibe energía luminosa de una fuente acoplada al sistema.
La celda y fuente luminosa tienen posiciones fijas y la
guía se desplaza en forma conjunta con el carro. La
guía se compone de diferentes tonos de gris que ocasionan
diferentes niveles de voltaje en la salida de la celda lectora.
Estos niveles de voltaje se asocian a distancias mediante un
sistema de Hardware y Software acoplado a la
máquina. La precisión que se logra en la
colocación usando esta tecnología es del
orden de 0.001 mm.
Precisión: 0.001 mm
FIGURA 7.1 Precisión de una
maquina de CNC.
El sistema de transmisión de las máquinas
convencionales consistía del accionamiento del tipo
tornillo-tuerca. El juego que
existía entre estos elementos no permitía una
colocación más precisa que la especificada (0.01
mm).
El sistema de transmisión utilizado en las
maquinas de control numérico consiste de la
transmisión del tipo de tornillo-tuerca de bolas. En este
mecanismo un conjunto de balines se introducen entre el tornillo
y la tuerca lo que resulta en una disminución del juego
existente entre los elementos mecánicos, lográndose
una colocación más exacta, (del orden de 0.001
mm).
Los motores en las
máquinas tradicionales de corte eran motores de corriente alterna
trifásicos. Los motores utilizados en las máquinas
herramienta de control numérico son motores de corriente
directa. Estos motores son controlados por dispositivos
electrónicos. En una máquina tradicional el
movimiento de los carros a lo largo de los ejes se realizaba por
manipulación de manivelas. El operador giraba la manivela
y el carro se desplazaba una distancia dada. Una escala asociada
a la manivela indicaba la distancia recorrida por el
carro.
Las máquinas herramienta de control
numérico cuentan con un panel de control.
Este panel funciona como interfase entre la máquina y el
usuario y a través de él se introduce el programa de
control numérico. Este programa es un conjunto de
instrucciones que son convertidas en órdenes (voltajes), y
accionan mediante las tarjetas de
control, el movimiento de los carros. La secuencia del programa
sigue una lógica
que va de acuerdo a la trayectoria de la herramienta de corte.
Las trayectorias de la herramienta están basadas en el
análisis de fabricación que se
realiza antes de la generación del programa. El
desplazamiento de la herramienta produce superficies maquinadas.
El conjunto de superficies constituye la pieza
maquinada.
De las anteriores afirmaciones podemos concluir que el
control numérico es un lenguaje de
manufactura.
La estructura del lenguaje y su semántica se han definido
de acuerdo a la generación tradicional de superficies
maquinadas utilizando máquinas convencionales. La
semántica y estructura se encuentran establecidas en
normas
internacionales.
Los pasos a seguir para la programación en control numérico son
similares a aquellos establecidos en la manufactura.
- Entendimiento del dibujo de
definición de la pieza, el cual debe
contener:
La información dimensional.
Las tolerancias dimensionales y de forma
permitidas.
El acabado superficial de la pieza
El material de la pieza
Otros datos
Del análisis de este dibujo el programador
obtiene el conjunto de superficies que van a ser maquinadas, las
dimensiones de la pieza en bruto y las herramientas
de corte que van a utilizase en el proceso.
2. Una vez conocidos:
El conjunto de superficies a maquinar en el
proceso
Las herramientas de corte.
Los parámetros de corte
Las dimensiones de la pieza en bruto.
Las dimensiones y tolerancias de la pieza terminada,
el programa de control numérico puede ser
escrito.
- Una vez generado el programa de control
numérico es necesario introducirlo a la memoria
de la 'maquina. En este proceso se utiliza el panel de
control. - Cuando la introducción del programa ha terminado la
manufactura de la pieza puede iniciarse. Las herramientas deben
estar colocadas en sus posiciones. El sistema de referencia
utilizado en la programación definido. Los compensadores
de herramienta introducidos en la memoria
correspondiente de la máquina y el refrigerante
contenido en el depósito correspondiente.
SISTEMAS DE COORDENADAS EN CONTROL
NUMÉRICO
Cuando la posición a la que la herramienta ha de
desplazarse ha sido programada, el sistema de Control
Numérico Computarizado mueve la herramienta a esa
posición utilizando las coordenadas contenidas en los
vocablos dimensionales del bloque. Para la máquina
específica que estamos estudiando, se definen tres
diferentes tipos de sistemas
coordenados:
El sistema coordenado de la máquina.
El sistema coordenada de trabajo.
El sistema coordenado de referencia.
EL SISTEMA
COORDENADO DE LA MÁQUINA
El origen de este sistema se conoce como cero
máquina. Este punto es definido por el fabricante de la
máquina. El sistema coordenado de la máquina se
establece cuando se enciende ésta y la herramienta es
llevada al punto de referencia.
Una vez que el sistema de referencia de la
máquina se ha establecido, este no puede ser cambiado por
definición de un sistema local o de trabajo. La
única posibilidad para que el sistema sea borrado es que
la máquina sea apagada.
EL PUNTO DE REFERENCIA
La posición de este punto generalmente coincide
con las marcas de
colocación en las reglas de medición, debido a que
estas marcas se encuentran generalmente en los extremos de las
reglas, el punto origen del cero máquina se define en los
extremos de la carrera de la máquina. Cuando la
máquina es encendida la operación de llevar la
maquina a su punto de referencia es la primera tarea que debe
ejecutarse. Una vez que este punto es alcanzado el sistema de
referencia de la máquina es establecido.
EL SISTEMA COORDENADO DE TRABAJO.
El sistema coordenado utilizado en el maquinado de la
pieza se conoce como sistema coordenado de trabajo. El origen de
este sistema se define en un punto de utilidad para la
programación de la geometría
de la pieza. El sistema de trabajo coordenado puede ser
establecido utilizando cualesquiera de los dos métodos
siguientes:
Utilizando la función
G92.
Utilizando las funciones
G54-G59.
ESTABLECIMIENTO DEL SISTEMA COORDENADO DE TRABAJO
UTILIZANDO LA FUNCIÓN G92.
En este caso, en el mismo bloque donde se programa la
función G92 se introducen las coordenadas del
origen del trabajo. Por ejemplo:
G92 X90 Y78 Z-67
Las coordenadas especificadas en el anterior bloque
localizan la posición del origen del sistema coordenado
respecto del cero máquina. Para obtener las coordenadas
del origen del sistema de referencia la herramienta de corte
podrá ser utilizada. Para explicar el procedimiento que
deberá seguirse se utilizan los siguientes
pasos:
- Se coloca la pieza de trabajo sobre la mesa de la
máquina y se sujeta utilizando cualesquiera de los
dispositivos de sujeción conocidos. - Se pone a girar la herramienta de trabajo utilizando
el modo MDI de programación. - Se desplaza la herramienta de corte hasta que roce
una de las superficies perpendiculares a uno de los ejes
coordenados. El valor de la
coordenada que se lee en el control numérico se le resta
o se le suma el radio de la
herramienta, dependiendo de la dirección del eje coordenado. En ese
momento la posición del eje de la herramienta a lo largo
del eje considerado queda establecida. Esto se debe a que el
origen de cero dimensiones de la herramienta se localiza en el
punto de intersección del eje de rotación de la
herramienta y la base sobre el husillo de trabajo donde se
apoya la herramienta de corte.
Ejemplo. Si suponemos que la herramienta tiene un
diámetro de 10 mm a la posición marcada en la
pantalla del panel de control, deberá restársele 5
mm que se asocian al radio de la herramienta de corte. En el caso
del eje Y la coordenada que se lee en el panel de control
se le restan 5 mm. En el caso del eje Z la longitud de la
herramienta deberá ser considerada. Si en el maquinado de
la pieza solamente una herramienta de corte será:
utilizada se puede tomar la coordenada que aparece en el panel de
control, cuando la superficie perpendicular al eje de la
herramienta es rozada por la punta de la herramienta de corte. En
la memoria del herramental la longitud de la herramienta es
considerada como cero.
Cuando varias herramientas son utilizadas en el proceso,
se lleva el husillo de trabajo hasta hacerlo coincidir con la
superficie a maquinar. La coordenada que se lea en el panel de
control será la coordenada del origen. Las dimensiones de
la herramienta se incluyen en la localidad de la memoria
correspondiente. La compensación se realiza
automática mente cuando la herramienta se
selecciona.
Una vez conocidas las coordenadas del origen del sistema
coordenado de trabajo se programa la función G92 X_ Y_
Z_. El control numérico transfiere el origen del
sistema coordenado del cero máquina al punto definido por
X, Y y Z.
ESTABLECIMIENTO DEL SISTEMA COORDENADO DE
TRABAJO UTILIZANDO LAS FUNCIONES G54-G59.
Seis diferentes sistemas coordenados pueden ser
establecidos utilizando el conjunto de funciones G54-G59.
Estos sistemas coordenados se establecen introduciendo en la
memoria de la maquina las coordenadas, respecto del cero
máquina, de los orígenes de los sistemas de
trabajo. En el programa de control numérico el origen de
trabajo se activa mediante la programación de la
función correspondiente a la localidad de memoria donde
las coordenadas de su origen se almacenaron.
G54 | SISTEMA DE TRABAJO 1 |
G55 | SISTEMA DE TRABAJO 2 |
G56 | SISTEMA DE TRABAJO 3 |
G57 | SISTEMA DE TRABAJO 4 |
G58 | SISTEMA DE TRABAJO 5 |
G59 | SISTEMA DE TRABAJO 6 |
Ejemplo:
G55 G00 X20 Z100
En este caso, la colocación de la herramienta se
realiza a las posiciones especificadas en los vocablos
dimensionales. Estas coordenadas se localizan respecto al sistema
de trabajo 2 debido a la programación de la función
G55.
SISTEMAS LOCALES DE REFERENCIA
Mientras se programa en un sistema coordenado de
trabajo, es conveniente tener un sistema local definido. El
sistema local se especifica respecto al sistema coordenado de
trabajo mediante la utilización de la función
G52. El origen de este sistema se define en los vocablos
dimensionales que acompañan a la función principal.
Por ejemplo, cuando se programa:
G52 X20 Y45 Z32
Con lo cual, en la posición especificada se
define e! origen de un nuevo sistema coordenado. La
dirección de los ejes del nuevo sistema definido coincide
con las direcciones de los ejes del sistema coordenado de
trabajo. Cuando un sistema local se define, las instrucciones de
movimiento que se programen en modo absoluto estarán
referidas al sistema local definido. El sistema local puede ser
cambiado mediante la programación de la función
G52 acompañado por las coordenadas del nuevo
origen. El sistema local puede ser anulado mediante la
programación de la función G52
acompañado de los vocablos dimensionales igualados a
cero.
SELECCIÓN DEL PLANO DE
MAQUINADO
En aplicaciones relacionadas con interpolaciones
circulares y compensación del radio de la herramienta, la
selección del plano de maquinado le permite
conocer al sistema de control el eje perpendicular al plano de
maquinado y los ejes respecto de los cuales la
interpolación y la compensación del radio de la
herramienta podrá ejecutarse. La definición del
plano de maquinado se realiza mediante la programación de
las siguientes funciones:
G17 | DEFINICIÓN DEL PLANO |
G18 | DEFINICION DEL PLANO |
G19 | DEFINICIÓN DEL PLANO |
PROGRAMACIÓN ABSOLUTA E
INCREMENTAL
En control numérico existen dos formas posibles
de especificar, los valores de
los vocablos dimensionales. La diferencia entre estas dos, formas
es la referencia utilizada en la
especificación:
FUNCIÓN G90.
En el caso de coordenadas especificadas en forma
absoluta se utiliza la función G90. Las coordenadas
especificadas respecto de este sistema deberán ser siempre
referidas
al sistema coordenado activo en ese momento.
Ejemplo:
G90 GOO X30 Y60
FUNCIÓN G91.
En este caso, la posición a la que ha de
desplazarse la herramienta de corte se programa mediante los,
vocablos expresados respecto al punto anterior definido.
Ejemplo:
G91 G00 X20 Y30
LA FUNCIÓN DE LA
HERRAMIENTA
El proceso de manufactura de una pieza generalmente
utiliza varias herramientas de corte en sus operaciones,(en
manufactura a estas operaciones se les conoce como fases del
proceso). Para _ ejecución de cada fase, una herramienta
debe ser colocada en el husillo de trabajo. En control
numérico el cambio de
herramienta' se realiza en forma automática mediante la
programación de una orden especifica. Las dimensiones de
la herramienta se programan utilizando los compensadores
estáticos y dinámicos de la herramienta.
El cambio de la herramienta de corte se especifica
utilizando el vocablo T. Cuando esta función se programa
en forma conjunta con la función auxiliar MO6 (cambio
automático de herramienta) la herramienta de corte se
desplaza hasta la posición de cambio automático. En
esta posición el carrusel de herramientas retira la
herramienta activa en el husillo de trabajo y en su lugar coloca
la herramienta cuya posición se especifico bajo el vocablo
T. Ejemplo:
M6 T2
Cuando el anterior comando se ejecuta, la herramienta se
desplaza a la posición de cambio automático, el
carrusel retira la herramienta que se encuentra activa y coloca
la herramienta número 2 del carrusel en el husillo de
trabajo.
FUNCIÓN G00.
Cuando esta función se programa, la herramienta
se desplaza a la posición programada, siguiendo una
línea recta a una velocidad
especificada en el sistema de control. Generalmente esta
función se utiliza para colocar la herramienta de corte de
un punto a otro, dentro del espacio de trabajo de la
máquina. Cuando una función G00 se ejecuta, la
herramienta es acelerada hasta alcanzar una velocidad
predeterminada.
Cuando el control detecta la aproximación a la
posición programada la herramienta desacelera.
La programación de esta función puede
realizarse en coordenadas absolutas o incrementales.
Además deberá tenerse cuidado de programar los
desplazamientos de la herramienta considerando la secuencia de
los movimientos. El primer movimiento de la herramienta
deberá programarse en un plano paralelo al plano de
maquinado. Una vez colocada la herramienta esta podrá
descender a lo largo del eje perpendicular al plano de maquinado.
En forma similar cuando la herramienta se retire después
del proceso de corte se deberá mover en la
dirección perpendicular al plano de maquinado
retirándose de éste y posteriormente se
deberá desplazar la herramienta en un plano paralelo al
plano de maquinado.
FUNCIÓN G01.
Cuando esta función se utiliza la herramienta se
desplaza a la posición programada, siguiendo una
línea recta entre el punto en el que se encuentra colocada
y el punto programado. La velocidad de desplazamiento de la
herramienta se especifica en el vocablo F que se encuentra en el
mismo bloque donde se programo la función G01. La
programación de esta función podrá
realizarse en coordenadas absolutas o incrementales.
Las recomendaciones dadas en la programación de
la función de colocación G00 deberán ser
tomadas en cuenta cuando se programe utilizando la función
G01.
FUNCIONES GO2 y GO3.
Las funciones que describen arcos de circulo se conocen
como funciones de interpolación circular. En estas
funciones el punto final que debe alcanzarse se programa en los
vocablos dimensionales que acompañan a la función
G. Así el punto final del arco se especifica por los
vocablos X, Y o Z, donde las magnitudes pueden ser expresadas en
coordenadas absolutas o incrementales. También se debe
programar el radio del círculo que se describirá o
de manera alternativa las coordenadas del centro del radio y la
velocidad de avance de la herramienta. Un importante aspecto que
debe considerarse es que el plano de maquinado donde se define el
arco de círculo deberá ser programado en un bloque
anterior. Además de estos valores
deberá programarse el sentido de la trayectoria de la
herramienta cuando la función se ejecute:
La función G02 define un arco de
círculo en el sentido de las manecillas del
reloj.
La función GO3 define un arco de
círculo en el sentido contrario al de las manecillas del
reloj.
La consideración planteada anteriormente
referente a que el plano donde el arco de círculo necesita
estar programado en un bloque anterior a aquel donde la
función de interpolación circular se programa, se
debe al hecho de que las funciones de interpolación
circular se definen en un plano. Los vocablos dimensionales a
utilizar dependen del plano donde el arco se
maquinara.
Arco en el plano X-Y.
G17 (G02/G03) X_Y_(R_/I_J_)
F_
Arco en el plano X-Z
G18 (G02/G03) X__ Z__ (R__/I__ K__)
F__
Arco en el plano Y-Z
G19 (G02/G03) X__ Z__ (R__/J__ K__)
F__
En los primeros paréntesis
utilizados se define el sentido de la trayectoria mientras que en
el segundo paréntesis se programa el radio del arco de
círculo o las coordenadas del centro del arco.
Consideraciones relevantes en la programación de
las funciones de interpolación circular.
Cuando el arco del círculo excede de 180 grados,
el radio del círculo deberá especificarse con un
valor negativo.
Cuando el valor del radio no pueda ser especificado, las
coordenadas del centro del círculo deberán ser
dadas, utilizando los vocablos I, J o K:
I en una coordenada paralela al
eje X
J en una coordenada paralela al
eje Y
K en una coordenada paralela al
eje Z
La posición del punto final de un arco de
círculo se especifica por medio de los vocablos
adimensionales X, Y o Z y puede ser expresado en
coordenadas absolutas o relativas:
Para el caso de la programación de las
coordenadas de modo absoluto, las coordenadas se especifican de
modo absoluto, las coordenadas se especifican respecto al origen
del sistema coordenado activo. El bloque de programación
estará formado por las palabras:
N…G…X…Y…I…J…F…
Donde G especifica la dirección del
movimiento. X y Y serán las coordenadas del
punto final del arco I, J serán las coordenadas del
centro del círculo.
Para el caso de la programación de modo relativo,
las coordenadas se especificarán respecto del punto
inicial del arco.
La determinación de las coordenadas del punto
final debe realizarse respecto del punto inicial del
arco.
La determinación de las coordenadas del centro
del circulo se realiza respecto del punto inicial del
arco.
La programación del maquinado del arco
será:
N…G…X…Y…I…J…F…
La velocidad lineal generada entre la herramienta de
corte y la pieza de trabajo debida a la rotación de alguno
de las partes cuando se realiza el proceso de maquinado, se
conoce en manufactura como velocidad de corte. Debido que nos
referimos a una velocidad relativa, esta se presenta en la
superficie donde herramienta y pieza interaccionan.
Los esfuerzos generados en el proceso de manufactura
influyen de manera determinante en la distribución de temperatura
tanto en la herramienta de corte como en la pieza de trabajo. La
distribución de temperatura en la herramienta determina
por una parte el cambio de sus propiedades mecánicas, lo
que influye directamente en la duración de su filo, la
tasa de desgaste y, consecuentemente, la precisión del
maquinado. Mientras que la distribución de la temperatura
en la pieza determina sus propiedades mecánicas, su
calidad
superficial y la precisión dimensional obtenida en el
proceso.
En manufactura las unidades de la velocidad de corte se
expresan generalmente como:
En el sistema métrico: (mm/minuto) o (mm/revolución)
En el sistema inglés:
(pulgadas/minuto) o (pulgadas/revolución)
Debido a que la velocidad lineal tangente a la
superficie giratoria debe su naturaleza a una
velocidad angular, su cálculo se
basa en la ecuación del movimiento rotacional:
V= p x D x S/1000
Donde : D = Diámetro de la parte
giratoria.
V = Velocidad lineal de la parte giratoria en la
superficie tangente.
S = Velocidad angular de la parte
giratoria.
En el caso de centros de maquinado y fresa de control
numérico la parte giratoria es la herramienta de corte. La
pieza se encuentra montada en una superficie de trabajo, realiza
movimientos lineales programados que están relacionados
con la geometría del contorno, definido en el dibujo de la
pieza.
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