Control numerico

El control numérico (también control numérico por computadora , y comúnmente llamado CNC ) es el control automatizado de herramientas de mecanizado (como taladros , tornos , fresas e impresoras 3D ) por medio de una computadora . Una máquina CNC procesa una pieza de material (metal, plástico, madera, cerámica o compuesto) para cumplir con las especificaciones siguiendo una instrucción programada codificada y sin un operador manual que controle directamente la operación de mecanizado.

Una máquina CNC que opera sobre madera

Una máquina CNC es una herramienta maniobrable motorizada y, a menudo, una plataforma maniobrable motorizada, ambas controladas por una computadora, de acuerdo con instrucciones de entrada específicas. Las instrucciones se envían a una máquina CNC en forma de un programa secuencial de instrucciones de control de la máquina, como el código G y el código M, y luego se ejecutan. El programa puede ser escrito por una persona o, con mucha más frecuencia, generado por software de diseño gráfico asistido por computadora (CAD) y / o software de fabricación asistida por computadora (CAM). En el caso de las impresoras 3D, la pieza a imprimir se "corta", antes de que se generen las instrucciones (o el programa). Las impresoras 3D también usan G-Code.

El CNC es una gran mejora con respecto al mecanizado no computarizado que debe controlarse manualmente (por ejemplo, utilizando dispositivos como volantes o palancas) o controlados mecánicamente por guías de patrón prefabricadas ( levas ). En los sistemas CNC modernos, el diseño de una pieza mecánica y su programa de fabricación está altamente automatizado. Las dimensiones mecánicas de la pieza se definen mediante software CAD y luego se traducen en directivas de fabricación mediante software de fabricación asistida por computadora (CAM). Las directivas resultantes se transforman (mediante un software de " posprocesador ") en los comandos específicos necesarios para que una máquina en particular produzca el componente y luego se cargan en la máquina CNC.

Dado que cualquier componente en particular puede requerir el uso de varias herramientas diferentes ( taladros , sierras , etc.), las máquinas modernas a menudo combinan varias herramientas en una sola "celda". En otras instalaciones, se utilizan varias máquinas diferentes con un controlador externo y operadores humanos o robóticos que mueven el componente de una máquina a otra. En cualquier caso, la serie de pasos necesarios para producir cualquier pieza está altamente automatizada y produce una pieza que se asemeja mucho al dibujo CAD original.

El movimiento controla varios ejes, normalmente al menos dos (X e Y), [1] y un husillo de la herramienta que se mueve en Z (profundidad). La posición de la herramienta es impulsada por motores paso a paso de accionamiento directo o servomotores para proporcionar movimientos de alta precisión, o en diseños más antiguos, motores a través de una serie de engranajes reductores. El control de bucle abierto funciona siempre que las fuerzas se mantengan lo suficientemente pequeñas y las velocidades no sean demasiado grandes. En las máquinas comerciales para trabajar metales , los controles de circuito cerrado son estándar y necesarios para proporcionar la precisión, velocidad y repetibilidad exigidas.

Descripción de las piezas

A medida que evolucionó el hardware del controlador, las propias fábricas también evolucionaron. Un cambio ha sido encerrar todo el mecanismo en una caja grande como medida de seguridad, a menudo con enclavamientos de seguridad adicionales para garantizar que el operador esté lo suficientemente lejos de la pieza de trabajo para una operación segura. La mayoría de los sistemas CNC nuevos construidos hoy en día están controlados 100% electrónicamente.

Los sistemas de tipo CNC se utilizan para cualquier proceso que pueda describirse como movimientos y operaciones. Estos incluyen el corte por láser , soldadura , soldadura por fricción-agitación , soldadura por ultrasonidos , de llama y de corte por plasma , de flexión , hilado, perforación de orificios, sujetando, pegado, corte de tejido, costura, de cinta y de colocación de fibras, de enrutamiento, tomar y colocar, y aserrado.

Las primeras máquinas NC se construyeron en las décadas de 1940 y 1950 , basadas en herramientas existentes que se modificaron con motores que movían la herramienta o la pieza para seguir los puntos introducidos en el sistema en cinta perforada . Esos primeros servomecanismos se ampliaron rápidamente con computadoras analógicas y digitales, creando las modernas máquinas herramienta CNC que han revolucionado los procesos de mecanizado .

máquina CNCDescripciónImagen
MolinoTraduce programas que constan de números y letras específicos para mover el husillo (o pieza de trabajo) a varias ubicaciones y profundidades. Muchos utilizan el código G . Las funciones incluyen: planeado, escuadrado, roscado, taladrado y algunas incluso ofrecen torneado. Hoy en día, las fresadoras CNC pueden tener de 3 a 6 ejes. La mayoría de las fresadoras CNC requieren colocar la pieza de trabajo sobre ellas y debe ser al menos tan grande como la pieza de trabajo, pero se están produciendo nuevas máquinas de 3 ejes que son mucho más pequeñas. [2]
TornoCorta piezas de trabajo mientras se giran. Realiza cortes rápidos y precisos, generalmente utilizando herramientas y taladros indexables . Eficaz para programas complicados diseñados para fabricar piezas que no serían factibles de fabricar en tornos manuales. Especificaciones de control similares a los molinos CNC y con frecuencia puede leer el código G . Generalmente tienen dos ejes (X y Z), pero los modelos más nuevos tienen más ejes, lo que permite mecanizar trabajos más avanzados.
Cortador de plasmaImplica cortar un material con un soplete de plasma . Se usa comúnmente para cortar acero y otros metales, pero se puede usar en una variedad de materiales. En este proceso, se expulsa gas (como aire comprimido ) a alta velocidad por una boquilla; al mismo tiempo, se forma un arco eléctrico a través de ese gas desde la boquilla hasta la superficie que se está cortando, convirtiendo parte de ese gas en plasma . El plasma está lo suficientemente caliente para fundir el material que se está cortando y se mueve lo suficientemente rápido como para expulsar el metal fundido del corte.
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Corte por plasma CNC
Mecanizado por descarga eléctrica(EDM), también conocido como mecanizado por chispa, erosión por chispa, quemado, hundimiento de la matriz o erosión por alambre, es un proceso de fabricación en el que se obtiene una forma deseada mediante descargas eléctricas (chispas). El material se retira de la pieza de trabajo mediante una serie de descargas de corriente que se repiten rápidamente entre dos electrodos, separados por un fluido dieléctrico y sujetos a un voltaje eléctrico . Uno de los electrodos se llama electrodo de herramienta, o simplemente "herramienta" o "electrodo", mientras que el otro se llama electrodo de pieza de trabajo o "pieza de trabajo".
Maestro en la parte superior, pieza de trabajo del troquel de placa en la parte inferior, chorros de aceite a la izquierda (se ha drenado el aceite). El estampado plano inicial se "aplicará" para dar una superficie curva.
Máquina de husillos múltiplesTipo de máquina de tornillo utilizada en la producción en masa. Considerado altamente eficiente al incrementar la productividad a través de la automatización. Puede cortar materiales de manera eficiente en trozos pequeños y al mismo tiempo utilizar un conjunto diversificado de herramientas. Las máquinas de múltiples husillos tienen múltiples husillos en un tambor que gira sobre un eje horizontal o vertical. El tambor contiene una cabeza de perforación que consta de varios husillos que están montados sobre cojinetes de bolas y son accionados por engranajes . Hay dos tipos de accesorios para estos cabezales de perforación, fijos o ajustables, dependiendo de si es necesario variar la distancia entre centros del husillo de perforación. [3] Electroerosión por hiloTambién conocido como electroerosión por corte de hilo, electroerosión por combustión de hilo o electroerosión por hilo móvil, este proceso utiliza electroerosión para mecanizar o eliminar material de cualquier material conductor de electricidad, utilizando un electrodo de hilo móvil. El electrodo de alambre generalmente consta de latón o material de latón recubierto de zinc . La electroerosión por hilo permite esquinas de casi 90 grados y aplica muy poca presión sobre el material. [4] Dado que el alambre se erosiona en este proceso, una máquina de electroerosión por hilo alimenta alambre nuevo de un carrete mientras corta el alambre usado y lo deja en un contenedor para su reciclaje . [5] Electroerosión por inmersiónTambién llamada EDM de cavidad o EDM de volumen, una electroerosión por inmersión consta de un electrodo y una pieza de trabajo sumergidos en aceite u otro fluido dieléctrico. El electrodo y la pieza de trabajo están conectados a una fuente de alimentación adecuada, que genera un potencial eléctrico entre las dos partes. A medida que el electrodo se acerca a la pieza de trabajo, se produce una ruptura dieléctrica en el fluido que forma un canal de plasma y pequeños saltos de chispas. Las matrices y moldes de producción a menudo se fabrican con electroerosión por penetración. Algunos materiales, como los materiales de ferrita blanda y los materiales magnéticos adheridos ricos en epoxi, no son compatibles con la electroerosión por inmersión, ya que no son conductores de electricidad. [6] Cortador de chorro de aguaTambién conocido como "chorro de agua", es una herramienta capaz de cortar metal u otros materiales (como granito ) utilizando un chorro de agua a alta velocidad y presión, o una mezcla de agua y una sustancia abrasiva , como arena. A menudo se utiliza durante la fabricación o fabricación de piezas para maquinaria y otros dispositivos. El chorro de agua es el método preferido cuando los materiales que se cortan son sensibles a las altas temperaturas generadas por otros métodos. Ha encontrado aplicaciones en una gran variedad de industrias, desde la minería hasta la aeroespacial, donde se utiliza para operaciones como corte , modelado, tallado y escariado .
Máquina de corte por chorro de agua para todos los materiales

Muchas otras herramientas tienen variantes de CNC, que incluyen:

  • Taladros
  • Máquinas de bordar
  • Tornos
  • Fresadora
  • Ciclo enlatado
  • Enrutadores de madera
  • Trabajos de chapa ( punzón de torreta )
  • Dobladoras de tubos, tuberías y alambres
  • Cortadores de espuma de alambre caliente
  • Cortadores de plasma
  • Cortadores de chorro de agua
  • Corte por láser
  • Combustible oxigenado
  • Amoladora de superficie
  • Amoladoras cilíndricas
  • Impresión 3d
  • Máquinas de endurecimiento por inducción
  • Soldadura de arco sumergido
  • Corte de vidrio
  • Enrutador CNC
  • Cortador de vinilo

En CNC, un "choque" ocurre cuando la máquina se mueve de tal manera que es dañina para la máquina, las herramientas o las piezas que se están mecanizando, lo que a veces resulta en la flexión o rotura de las herramientas de corte, abrazaderas de accesorios, prensas y accesorios, o causando Dañar la máquina misma al doblar los rieles de guía, romper los tornillos de arrastre o hacer que los componentes estructurales se agrieten o deformen bajo tensión. Es posible que un choque leve no dañe la máquina o las herramientas, pero puede dañar la pieza que se está mecanizando de modo que deba desecharse. Muchas herramientas CNC no tienen un sentido inherente de la posición absoluta de la mesa o las herramientas cuando se encienden. Deben ser "localizados" o "puestos a cero" manualmente para tener alguna referencia desde la que trabajar, y estos límites son solo para determinar la ubicación de la pieza para trabajar con ella y no son realmente ningún tipo de límite de movimiento duro en el mecanismo. A menudo es posible conducir la máquina fuera de los límites físicos de su mecanismo de transmisión, lo que resulta en una colisión consigo misma o daños en el mecanismo de transmisión. Muchas máquinas implementan parámetros de control que limitan el movimiento del eje más allá de un cierto límite además de los interruptores de límite físicos . Sin embargo, el operador a menudo puede cambiar estos parámetros.

Muchas herramientas CNC tampoco saben nada sobre su entorno de trabajo. Las máquinas pueden tener sistemas de detección de carga en mandos de husillo y ejes, pero algunas no. Siguen ciegamente el código de mecanizado proporcionado y depende de un operador detectar si se está produciendo un choque o está a punto de ocurrir, y que el operador anule manualmente el proceso activo. Las máquinas equipadas con sensores de carga pueden detener el movimiento del eje o del husillo en respuesta a una condición de sobrecarga, pero esto no evita que ocurra un choque. Solo puede limitar el daño resultante del choque. Es posible que algunos choques nunca sobrecarguen ningún eje o accionador de husillo.

Si el sistema de transmisión es más débil que la integridad estructural de la máquina, entonces el sistema de transmisión simplemente empuja contra la obstrucción y los motores de transmisión "se deslizan en su lugar". Es posible que la máquina herramienta no detecte la colisión o el deslizamiento, por lo que, por ejemplo, la herramienta debería estar ahora a 210 mm en el eje X, pero, de hecho, a 32 mm donde golpeó la obstrucción y siguió resbalando. Todos los siguientes movimientos de la herramienta estarán desviados en -178 mm en el eje X, y todos los movimientos futuros ahora no son válidos, lo que puede resultar en más colisiones con abrazaderas, prensas o la máquina misma. Esto es común en los sistemas paso a paso de bucle abierto, pero no es posible en los sistemas de bucle cerrado a menos que se haya producido un deslizamiento mecánico entre el motor y el mecanismo de accionamiento. En cambio, en un sistema de circuito cerrado, la máquina continuará intentando moverse contra la carga hasta que el motor impulsor entre en una condición de sobrecarga o un servomotor no llegue a la posición deseada.

La detección y la evitación de colisiones son posibles mediante el uso de sensores de posición absoluta (tiras o discos codificadores ópticos) para verificar que se haya producido movimiento, o sensores de torsión o sensores de consumo de energía en el sistema de transmisión para detectar una tensión anormal cuando la máquina debería estar simplemente en movimiento. y no cortar, pero estos no son un componente común de la mayoría de las herramientas CNC para aficionados. En cambio, la mayoría de las herramientas CNC para pasatiempos simplemente se basan en la supuesta precisión de los motores paso a paso que giran un número específico de grados en respuesta a los cambios del campo magnético. A menudo se asume que el paso a paso es perfectamente preciso y nunca se equivoca, por lo que el monitoreo de la posición de la herramienta simplemente implica contar el número de pulsos enviados al paso a paso a lo largo del tiempo. Por lo general, no se dispone de un medio alternativo de control de la posición del motor paso a paso, por lo que no es posible la detección de choques o resbalones.

Las máquinas comerciales de mecanizado de metales CNC utilizan controles de retroalimentación de circuito cerrado para el movimiento del eje. En un sistema de circuito cerrado, el controlador monitorea la posición real de cada eje con un codificador absoluto o incremental . Con una programación de control adecuada, esto reducirá la posibilidad de un choque, pero aún depende del operador y del programador asegurarse de que la máquina se opere de manera segura. Sin embargo, durante las décadas de 2000 y 2010, el software para la simulación de mecanizado ha ido madurando rápidamente y ya no es infrecuente para todo el entorno de la máquina herramienta (incluidos todos los ejes, husillos, mandriles, torretas, portaherramientas, contrapuntos, fijaciones, abrazaderas, etc.). y stock) para ser modelado con precisión con modelos sólidos en 3D , lo que permite que el software de simulación prediga con bastante precisión si un ciclo implicará un accidente. Aunque dicha simulación no es nueva, su precisión y penetración en el mercado están cambiando considerablemente debido a los avances informáticos. [7]

Dentro de los sistemas numéricos de programación CNC, es posible que el generador de códigos asuma que el mecanismo controlado es siempre perfectamente preciso, o que las tolerancias de precisión son idénticas para todas las direcciones de corte o movimiento. Esta no es siempre una condición real de las herramientas CNC. Las herramientas CNC con una gran cantidad de juego mecánico aún pueden ser altamente precisas si el mecanismo de accionamiento o de corte solo se acciona para aplicar la fuerza de corte desde una dirección, y todos los sistemas de accionamiento se presionan firmemente juntos en esa dirección de corte. Sin embargo, un dispositivo CNC con un gran juego y una herramienta de corte desafilada pueden provocar vibraciones en el cortador y posibles ranuras en la pieza de trabajo. El juego también afecta la precisión de algunas operaciones que involucran inversiones del movimiento del eje durante el corte, como el fresado de un círculo, donde el movimiento del eje es sinusoidal. Sin embargo, esto se puede compensar si la cantidad de juego se conoce con precisión mediante codificadores lineales o medición manual.

No se confía necesariamente en que el mecanismo de juego alto en sí sea repetidamente preciso para el proceso de corte, pero se puede usar algún otro objeto de referencia o superficie de precisión para poner a cero el mecanismo, aplicando presión firmemente contra la referencia y estableciendo eso como las referencias cero para todos los siguientes movimientos codificados por CNC. Esto es similar al método de la máquina herramienta manual de sujetar un micrómetro en un haz de referencia y ajustar el dial Vernier a cero usando ese objeto como referencia. [ cita requerida ]

En los sistemas de control numérico, la posición de la herramienta se define mediante un conjunto de instrucciones llamado programa de pieza . El control de posicionamiento se maneja por medio de un sistema de bucle abierto o de bucle cerrado. En un sistema de bucle abierto, la comunicación se realiza en una sola dirección: desde el controlador hasta el motor. En un sistema de circuito cerrado, se proporciona retroalimentación al controlador para que pueda corregir los errores de posición, velocidad y aceleración que pueden surgir debido a variaciones en la carga o la temperatura. Los sistemas de circuito abierto son generalmente más baratos pero menos precisos. Los motores paso a paso se pueden utilizar en ambos tipos de sistemas, mientras que los servomotores solo se pueden utilizar en sistemas cerrados.

Coordenadas cartesianas

Las posiciones del código G y M se basan todas en un sistema de coordenadas cartesiano tridimensional . Este sistema es un plano típico que se ve a menudo en matemáticas al graficar. Este sistema es necesario para trazar las trayectorias de la máquina herramienta y cualquier otro tipo de acciones que deban ocurrir en una coordenada específica. Las coordenadas absolutas son lo que generalmente se usa más comúnmente para las máquinas y representan el punto (0,0,0) en el plano. Este punto se establece en el material de stock para dar un punto de partida o "posición inicial" antes de comenzar el mecanizado real.

Códigos G

Los códigos G se utilizan para controlar movimientos específicos de la máquina, como los movimientos de la máquina o las funciones de perforación. La mayoría de los programas de código G comienzan con un símbolo de porcentaje (%) en la primera línea, luego seguido de una "O" con un nombre numérico para el programa (es decir, "O0001") en la segunda línea, luego otro porcentaje (% ) en la última línea del programa. El formato de un código G es la letra G seguida de dos o tres dígitos; por ejemplo G01. Los códigos G difieren ligeramente entre una aplicación de molino y torno, por ejemplo:

[Posicionamiento de movimiento rápido G00]
[Movimiento de interpolación lineal G01]
[G02 Movimiento de interpolación circular en sentido horario]
[G03 Movimiento de interpolación circular: sentido antihorario]
[G04 Dwell (Group 00) Mill]
[G10 Establecer compensaciones (Grupo 00) Molino]
[Bolsillo circular G12: en sentido horario]
[Bolsillo circular G13-En sentido antihorario]

Códigos M

[Funciones diversas del código (código M)] [ cita requerida ] . Los códigos M son varios comandos de la máquina que no controlan el movimiento del eje. El formato de un código M es la letra M seguida de dos o tres dígitos; por ejemplo:

[M02 Fin del programa]
[Eje de inicio M03 - En el sentido de las agujas del reloj]
[Eje de inicio M04 - En sentido antihorario]
[M05 Detener eje]
[Cambio de herramienta M06]
[M07 Refrigerante en refrigerante de niebla]
[M08 Refrigerante de inundación activado]
[M09 Refrigerante apagado]
[Mandril M10 abierto]
[M11 Chuck close]
[M13 AMBOS M03 y M08 Rotación del husillo en el sentido de las agujas del reloj e inundación de refrigerante]
[M14 AMBOS M04 y M08 rotación del husillo en sentido antihorario e inundación de refrigerante]
[Llamada de herramienta especial M16]
[Orientación del husillo M19]
[Modo M29 DNC]
[Programa M30 reiniciar y rebobinar]
[Puerta M38 abierta]
[Cierre de puerta M39]
[Engranaje del husillo M40 en el medio]
[Selección de marcha baja M41]
[Selección de velocidad alta M42]
[M53 Retract Spindle] (eleva el husillo de la herramienta por encima de la posición actual para permitir que el operador haga lo que sea necesario)
[Cierre de mandril hidráulico M68]
[Mandril hidráulico M69 abierto]
[M78 Contrapunto avanzando]
[Inversión del contrapunto M79]

Ejemplo

%O0001G20 G40 G80 G90 G94 G54 (Pulgadas, Compensación del cortador Cancelar, Desactivar todos los ciclos fijos, mueve los ejes a las coordenadas de la máquina, avance por minuto, sistema de coordenadas de origen)M06 T01 (Cambio de herramienta a la herramienta 1)G43 H01 (Comp. De longitud de herramienta en sentido positivo, compensación de longitud para la herramienta)M03 S1200 (el husillo gira en sentido horario a 1200 RPM)G00 X0. Y0. (Marcha rápida a X = 0. Y = 0.)G00 Z.5 (Marcha rápida az = .5)G00 X1. Y-.75 (Marcha rápida a X1. Y-.75)G01 Z-.1 F10 (Sumérjase en la pieza en Z-.25 a 10 pulgadas por minuto)G03 X.875 Y-.5 I.1875 J-.75 (arco antihorario cortado a X.875 Y-.5 con origen de radio en I.625 J-.75)G03 X.5 Y-.75 I0.0 J0.0 (arco en sentido antihorario cortado a X.5 Y-.75 con origen de radio en I0.0 J0.0)G03 X.75 Y-.9375 I0.0 J0.0 (arco en sentido antihorario cortado a X.75 Y-.9375 con origen de radio en I0.0 J0.0)G02 X1. Y-1.25 I.75 J-1.25 (arco CW cortado a X1. Y-1.25 con origen de radio en I.75 J-1.25)G02 X.75 Y-1.5625 I0.0 J0.0 (arco CW cortado a X.75 Y-1.5625 con el mismo origen de radio que el arco anterior)G02 X.5 Y-1.25 I0.0 J0.0 (arco CW cortado a X.5 Y-1.25 con el mismo origen de radio que el arco anterior)G00 Z.5 (desplazamiento rápido a z.5)M05 (el husillo se detiene)G00 X0.0 Y0.0 (El molino vuelve al origen)M30 (fin de programa)%

Tener las velocidades y avances correctos en el programa proporciona una ejecución del producto más eficiente y suave. Las velocidades y avances incorrectos dañarán la herramienta, el husillo de la máquina e incluso el producto. La forma más rápida y sencilla de encontrar estos números sería utilizar una calculadora que se puede encontrar en línea. También se puede utilizar una fórmula para calcular las velocidades y avances adecuados para un material. Estos valores se pueden encontrar en línea o en el Manual de maquinaria .

  • Cambiador de herramientas automático
  • Ubicación del cortador binario
  • Tecnologías asistidas por computadora
    • Ingeniería asistida por computadora (CAE)
  • Máquina de medición de coordenadas (CMM)
  • Diseño para la capacidad de fabricación para mecanizado CNC
  • Control numérico directo (DNC)
  • EIA RS-274
  • EIA RS-494
  • Formato Gerber
  • Automatización del hogar
  • Maslow CNC
  • Mecanizado multieje
  • Programa de piezas
  • Robótica
  • DNC inalámbrico

  1. ^ Mike Lynch, "Key CNC Concept # 1: The Fundamentals Of CNC", Modern Machine Shop , 4 de enero de 1997 . Consultado el 11 de febrero de 2015.
  2. ↑ Grace-flood, Liam (10 de noviembre de 2017). "Goliat representa una nueva generación de máquinas CNC" . Wevolver . Consultado el 20 de enero de 2018 .
  3. ^ "Máquinas de husillo múltiple: descripción detallada en profundidad" . Máquina Davenport . Consultado el 25 de agosto de 2017 .
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  5. ^ "Cómo funciona - Electroerosión por hilo | El mundo actual del mecanizado" . todaysmachiningworld.com . Consultado el 25 de agosto de 2017 .
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  • Medios relacionados con el control numérico por computadora en Wikimedia Commons