CONTROL NUMÉRICO PARA MAQUINAS HERRAMIENTA.

DEFINICIÓN DE C.N.

El control numérico (C.N) es un sistema que, aplicado a máquinas-herramienta, automatiza y controla todas las acciones de la máquina.

En general con un C.N pueden controlarse:

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 pieza.

Las condiciones de funcionamiento de la máquina, en cuanto a su modo de trabajar

(con / sin refrigerante, frenos, etc.).

Paralelamente, el Control Numérico se encarga de coordinar otras funciones que le son propias. Por ejemplo:

Control de flujos de información.

Control de la sintaxis de programación.

Diagnóstico de su funcionamiento, etc.

Toda la información necesaria para la ejecución de una pieza constituye el PROGRAMA, que es escrito en un lenguaje especial (código) por medio de caracteres alfanuméricos.

ANTECEDENTES DEL C.N.

En principio contrariamente a lo que se pudiera pensar, el control numérico de máquinas herramientas no fue concebido para mejorar los procesos de fabricación sino para dar solución a problemas técnicos surgidos a consecuencia del diseño de piezas cada vez más difíciles de mecanizar.

En 1801 Jacquard Loom ideó una máquina textil que era capaz de realizar distintos tipos de tejidos variando un programa que se elaboraba mediante una tarjeta perforada.

Posteriormente las pianolas o pianos automáticos, utilizaban un rollo de cinta perforada en el que estaban ordenadas las notas de un programa musical.

Estos intentos valiosos no constituyeron en realidad un C.N, había si un control o mando que se desarrollaba automáticamente. El primer intento de un verdadero control numérico surgió en 1942 con la necesidad de construir hélices para helicópteros de diferentes configuraciones.

Otro antecesor del C.N fue el control o mando que aparece por la necesidad de automatizar las operaciones de mecanización de una pieza, con el propósito de mejorar la calidad, cantidad y los costos de fabricación, resolviendo los elevados costos de los maquinados complejos. El control o mando fue resuelto aplicando dispositivos automáticos de distinta índole: mecánicos, electromecánicos, neumáticos, hidráulicos y electrónicos.

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En 1952, el Instituto Tecnológico de Massachusetts desarrolla a pedido de la Fuerza Aérea (USA) y luego construyo un prototipo de fresadora de C.N en los ejes X-Y-Z.

Sobre esta base se desarrollan luego máquinas más simples para trabajos tales como, taladrado, mandrinado y punteado, que no requieren ningún movimiento continuo, pero sí un posicionamiento preciso.

Con la microelectrónica, la automática y las computadoras, se ha abierto una brecha tecnológica por donde emergen nuevos sistemas de control que han elevado la rentabilidad del C.N y su ámbito de aplicación.

FACTORES QUE FAVORECEN LA IMPLANTACIÓN DEL C.N.

Los problemas y exigencias de la industria actual favorecen la utilización de los sistemas de C.N. Entre los más importantes podemos citar los siguientes:

Mayor exigencia en la precisión de los mecanizados.

Diseños cada vez más evolucionadas y complejos.

Diversidad de productos, lo que ocasiona necesidad de estructuras de producción más flexibles.

Necesidad de reducir errores en la producción para no encarecer el producto.

Plazos de entrega cada vez más exigentes, lo que exige altos niveles de producción.

Abaratamiento de los equipos de C.N

ÁMBITO DE APLICACIÓN.

El siguiente gráfico muestra la relación entre el número de piezas elaboradas en una producción en serie y los costos de fabricación correspondientes, según sea el tipo de máquinas empleadas.

En procesos de fabricación de pequeñas series, es decir donde el número de piezas sea de hasta 5, las máquinas clásicas resultan las más apropiadas. En esta cantidad comienzan a reducirse los costos de fabricación relativos, cuando se utilizan máquinas dotadas de C.N, valores que se acentúan a medida que el número de piezas componentes de la serie es mayor.

Alrededor de las 700 piezas en la serie, marcan el inicio del predominio de las máquinas especiales (diseñadas para una producción determinada, poco flexibles).

Las ordenadas en el origen de cada una de estas curvas, representan los costos iniciales de fabricación (planificación, herramental, puesta a punto, etc.).

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Costos de fabrica

ción.

Número de piezas de la

serie 1 5 700

Máquinas especiales

Máq. C.N

Máquinas convencionales

Aunque el C.N se ha orientado fundamentalmente hacia máquinas herramientas que trabajan por arranque de viruta su utilización no queda restringida a estas aplicaciones.

El C.N se utiliza entre otras máquinas en:

Taladradoras

Fresadoras

Tornos

Centros de mecanizado

Rectificadoras

Plegadoras

Bobinadoras

Máquinas de dibujar

Robots

Alesadoras.

Máquinas de soldar.

Etcétera.

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VENTAJAS DEL CONTROL NUMÉRICO.

La ventaja más notable del control numérico es su flexibilidad. Basta cambiar el programa-pieza para que la máquina herramienta fabrique otro elemento, siendo posible poseer una gran biblioteca de programas (en cintas, discos, etc.).

Además:

Reducción de los tiempos de los ciclos operacionales. Debido principalmente a:

Trayectorias y velocidades más ajustadas que en las máquinas convencionales.

Menor revisión de los planos y hojas de instrucciones.

Menor verificación de medidas entre operaciones.

Ahorro de herramientas. Se utilizan herramientas más universales

Mayor precisión e intercambiabilidad de las piezas.

Reducción del porcentaje de piezas defectuosas.

Reducción del tiempo de cambio de piezas.

Reducción del tiempo de inspección. Dado que la posibilidad de que se produzcan piezas defectuosas dentro de una serie es menor, pueden evitarse inspecciones intermedias entre ciclos.

Mecanizado de productos de geometría compleja.

Posibilidad de simulación del proceso de mecanizado previo al mecanizado definitivo.

DESVENTAJAS DEL CONTROL NUMÉRICO.

Elevado costo de máquina y accesorios.

Necesidad de cálculos, programación y preparación correcta para eficiente funcionamiento.

Costos de mantenimiento elevados. Se necesita personal de servicio y mantenimiento con altos niveles de preparación.

Necesidad de mantener grandes volúmenes de producción para amortizar el sistema.

CONOCIMIENTOS Y HABILIDADES NECESARIAS.

Conocimientos de geometría, álgebra y trigonometría.

Elección y diseño de herramientas de corte.

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Conocimiento de los diversos sistemas de sujeción de herramientas y piezas.

Uso de instrumentos de medición y conocimientos de metrología.

Interpretación de planos.

Conocimiento de distintos procesos de mecanizado.

Conocer la estructura de la máquina CN.

Conocimiento sobe la programación de la máquina.

Conocimiento de parámetros y condiciones de corte.

Conocimiento general de computación.

CÁLCULOS GEOMÉTRICOS NECESARIOS.

La labor del programador de máquinas-herramienta con control numérico comprende desde la adquisición del plano de la pieza hasta la obtención de dicha pieza terminada en la máquina.

El operario debe conocer las técnicas necesarias que le permitan desarrollar su trabajo satisfactoriamente.

Las distintas etapas que debe cubrir el programador son:

Selección de la máquina adecuada para cada tipo de pieza.

Selección de las herramientas y utillajes.

Selección de las velocidades y los avances.

Programación.

En la etapa previa a la programación propia, es necesario definir geométricamente la pieza a mecanizar, ya que empleando directamente el plano de oficina técnica faltarán, con seguridad, datos para proceder a la ejecución del programa.

El contorno de una pieza (por compleja que este sea), la mayoría de las veces se descompone en figuras geométricas sencillas, como el triángulo y la circunferencia. Por consiguiente será de mucha importancia el conocimiento geométrico de estas figuras, así como el complemento trigonométrico necesario.

COMPARACIÓN DE UTILIZACIÓN MC Y CN.

Máquina herramienta convencionalMáquina herramienta convencional Máquina herramienta CNMáquina herramienta CNEl operario puede manejar sólo una máquina. El operario puede operar varias máquinas.

Consulta constante con plano. No es necesaria consulta continua con plano. Casi no se necesita.

El operario controla avances, profundidad, etc. El programa tiene todo el control de los parámetros de corte.

Se necesita amplia experiencia. No es necesaria una amplia experiencia.

Hay mecanizados imposibles de mecanizar. Se puede realizar prácticamente cualquier mecanizado.

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TIPOS DE CONTROL NUMÉRICO.

Como consecuencia de las diferencias entre las máquinas a automatizar, de las dificultades técnicas en el diseño de las unidades de control y de condicionamientos económicos, se han originado diversos tipos de control numérico, que pueden ser clasificados en tres tipos.

1. Control numérico “punto a punto”.2. Control numérico “paraxial”.3. Control numérico “continuo” o “de contorneo”.

Control numérico “punto a punto”.

Supongamos una pieza P, colocada sobre una mesa de trabajo. Debe realizarse una perforación en el punto A de la pieza. Si B es el centro de la broca a utilizar, es necesario desplazare la mesa de trabajo de manera tal que el punto A quede en coincidencia con el B. Se puede realizar de tres maneras distintas.

1.Accionamos el motor del eje Y hasta el punto A’ y luego el del eje X hasta la posición B requerida (sistema secuencial).

2.Con un procedimiento similar de A hasta A’’ (eje X), y de A’’ hasta B (eje Y) (también secuencial).

Se accionan ambos ejes al mismo tiempo. Si la velocidad de cada uno de ellos fuera la misma, la trayectoria resultaría una recta a 45º. Una

vez alcanzado el punto A’’’, el motor del eje Y se para y continua exclusivamente el motor del eje X hasta lograr la posición B (sistema simultaneo).

En cualquiera de estos sistemas del tipo “punto a punto”, partiendo de la información suministrada, el control determina el camino total

a recorrer y realiza el movimiento sin importar el camino recorrido, ya que el misma no forma parte del maquinado. Lo único que importa es alcanzar con precisión y rapidez el punto B. Se busca la máxima velocidad de traslación posible.

Este sistema de control “punto a punto” es utilizado básicamente en taladradoras.

Cabe aclarar que con el sistema simultáneo es imposible lograr trayectorias a 45º con precisión, puesto que cada eje es accionado por un motor independiente y ambos no trabajan sincronizados.

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P

A

B

X

Y

A

A` B

B

A`` A

45º

BA```

A

Control numérico “paraxial”.

Con este sistema es posible controlar, además de la posición del elemento desplazable (herramienta o mesa), la trayectoria seguida por el mismo según la dirección de alguno de los ejes coordenados.

Esta posibilidad se ofrece generalmente como una opción adaptable a un sistema punto a punto.

Una aplicación corriente de este tipo de sistema se halla en las taladradoras-fresadoras o fresadoras simples.

En cualquier caso, el fresado solo puede realizarse según trayectorias rectilíneas paralelas a uno de los ejes coordenados.

Control numérico “continuo” o de “contorneo”.

En los sistemas de posicionamiento continuo, los desplazamientos del elemento desplazable son controlados en todo momento, de manera que las posiciones sucesivas del mismo deben corresponder siempre a la trayectoria preestablecida. Existe una sincronización perfecta entre los movimientos de los ejes.

Este sistema controla la trayectoria real que debe seguir el elemento desplazable, generándose rectas con cualquier pendiente, arcos de circunferencia, y cualquier otra curva definible a través de una función matemática.

Los equipos de C.N “continuo” se utilizan en tornos, alesadoras, fresadoras complejas y centros de mecanizados.

Para efectuar este tipo de desplazamiento, el elemento desplazable recibe las órdenes de desplazamiento bajo la forma de componentes de un pequeño vector que permite alcanzar un punto próximo. Para lograr un contorneado cualquiera la trayectoria a seguir se descompondrá en segmentos elementales (incrementos), mayor cantidad de ellos cuanta mayor precisión se requiera. Esta descomposición de las trayectorias en segmentos elementales se denomina “interpolación”.

Perfil teórico (…..)

ARQUITECTURA GENERAL DE UN CONTROL NUMÉRICO.

Podemos distinguir cuatro subconjuntos funcionales en todo control numérico.

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Tolerancia

a) La unidad de entrada-salida de datos.

b) La unidad de memorización e interpretación de datos.

c) La unidad de cálculo.

d) Los órganos de enlace con los servomecanismos y con la máquina herramienta.

Unidad de entrada y salida de datos.

Introduce los programas de mecanizado en el equipo de control numérico, a través de códigos.

Esto se realiza a través del teclado alfanumérico y panel de mandos. El programa se entra a través del teclado y como puede editarse directamente sobre la máquina (viéndolo en el monitor), se pueden eliminar, insertar bloques, cambiar valores, etc.

Además se utilizan cintas magnéticas (en desuso), discos, pen drive, tarjetas de memoria, ordenador personal, etc.

Los controles modernos poseen puertos serie y usb que permiten la conexión de periféricos para la comunicación.

Unidad de memorización e interpretación de datos.

Cuando un programa ha sido ingresado en la memoria de la máquina, el C.N inicia su lectura para su posterior ejecución. Los bloques del programa se leen de forma secuencial.

Esta unidad se encarga de indicar a la unidad de cálculo que tipo de operación de maquinado se va a realizar y como ha de realizarse.

Unidad de cálculo.

Crea el conjunto de órdenes necesarias para gobernar los motores de la máquina herramienta.

Los bloques del programa poseen toda la información necesaria para la ejecución del mecanizado, es decir:

Como debe realizarse la trayectoria.

Las cotas que deben alcanzarse (x, y, z).

Velocidades de avance y giro de husillo.

Cambio de herramienta.

Inyección de refrigerante.

Etc.

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Órganos de enlace con la M.H.

El C.N tiene por función fundamental controlar los motores de la M.H. La cantidad de motores depende del tipo de máquina, y según sea el tipo de C.N, los movimientos de estos motores estarán sincronizados entre sí o no.

El control una vez procesados los datos, no los envía directamente a la máquina (motores de mesa, cabezal, puesta en marcha de refrigerante, etc.), sino que lo hace a través de un autómata programable (PLC).

Los motores pueden controlarse a través de un lazo abierto, donde la información es provista por la unidad de cálculo, quien calcula la distancia a recorrer, la velocidad de posicionamiento, etc. Para estos tipos de servomecanismos se utilizan en general los motores paso a paso que sólo pueden posicionarse en puntos fijos (tienen entre 100 y 500 pasos por vueltas). Tienen el inconveniente de que el salto entre punto y punto puede producir un acabado superficial imperfecto y su precisión es limitada, tienen una rápida respuesta, son insensibles a las variaciones de tensión, a las amplitudes de los impulsos que recibe, tienen larga vida útil y un posicionamiento exacto (salvando el error por el escalón entre dos posiciones sucesivas).

El control de los motores se puede realizar también por un lazo cerrado, donde un captador de posición chequea la posición del útil y la compara con la deseada. La posición se corrige si se detecta algún error.

Mandos para el control de la máquina.

Permiten el gobierno manual o directo de la máquina herramienta en actividades similares a las ejecutadas con una máquina convencional mediante, manivelas, volantes, interruptores, etc.

Estos comandos suelen estar integrados en el teclado o insertados en alguna zona de la máquina, de forma que estén accesibles y claros.

Es habitual que estas funciones aparezcan representadas mediante un ícono inscrito en el botón correspondiente.

Desplazamiento manual de ejes.

Básicamente existen los siguientes formatos o sistemas para el desplazamiento de ejes:

Botonera integrada al panel de control. Botonera integrada en los mandos de control de la

máquina.

Volante electrónico.

Carrusel

Los botones de movimiento suelen tener un botón central que permite activar el avance rápido. El movimiento puede ser continuo o por impulsos (en cada toque de tecla, el eje correspondiente avanza una distancia exacta, definida previamente a través de un potenciómetro o por el comando indicado).

El volante electrónico tiene la posibilidad de ajustar diferentes escalas, lo que permite que con el mismo giro, podamos conseguir diferentes desplazamientos. Lo que se hace es definir el desplazamiento por cada división del volante, en general puede ser de 1; 0,1; 0,01 o 0,001 mm / div.

Puede haber un volante por eje, pero por lo general existe un único volante que conmuta con los distintos ejes de la máquina. En este caso el volante electrónico puede ser móvil.

HERRAMIENTAS Y CAMBIADORES AUTOMÁTICOS.

El cambio de herramientas puede ejecutarse de manera manual o automática. En general en fresadoras, tornos y centros de mecanizados de C.N se usan cambiadores automáticos de herramientas, que pueden albergar un número variable de ellas dependiendo de su diseño.

Torno

El cambio manual se utiliza muy poco, y en esos casos es igual que en los tornos convencionales.

El cambio automático, controlado por programación, se realiza por giro de un tambor hasta colocar la herramienta solicitada en posición de trabajo. La capacidad de los tambores oscila entre 4 a 20 herramientas.

Fresadora y centros de mecanizado.

El cambio manual en estas máquinas recurre a sistemas clásicos de amarre con tirante roscado o por sistema de apriete neumático o mecánico.

Sistemas automáticos de cambio de herramienta.

Existen básicamente los siguientes sistemas de cambio de herramienta:

Carruseles.

Tambores giratorios.

Volante electrónico móvil

Sistema VDI Sistema propio del fabricante

Tambor de agarre clásico

Tambor giratorio Sistema de cadena

Sistema de cadena.

En estos sistemas se produce el giro controlado del mismo hasta ubicar la herramienta solicitada en posición de trabajo.

FUNDAMENTOS GEOMÉTRICOS Y TRIGONOMÉTRICOS

Sistema coordenado

Para trabajar con máquinas C.N es necesario tener conocimientos de geometría y trigonometría, que servirán como herramienta en la programación de la misma. En estas máquinas se utiliza un sistema de ejes coordenados ortogonales cartesianos para definir cada punto del proceso.

En CN se utilizan dos tipos fundamentales de coordenadas:

Coordenadas cartesianas o rectangulares.

Coordenadas polares.

Coordenadas cartesianas o rectangulares.

En C.N se utilizan dos tipos fundamentales de coordenadas:

Coordenadas 2D (en un plano)

Coordenadas 3D (en el espacio)

Las coordenadas 2D se utilizan fundamentalmente el torno, pues dispone de un solo plano de trabajo, en el que se puede mover la herramienta. Las coordenadas 3D se utilizan en máquinas con más de dos ejes de trabajo simultáneo, como es el caso de la fresadora y centros de mecanizado, siempre que el movimiento se realice los tres ejes.

Puntos indicados en un sistema coordenado de dos ejes (2D)

Asegúrese de tomar nota de:

1. Distancia desde el origen.

2. Sentido a tomar desde el origen.

3. El modo en que el punto es definido.

Los puntos se definen a través de sus coordenadas, indicadas entre paréntesis y separadas por una coma. Siempre debe indicarse en primer lugar la coordenada del eje X y luego la coordenada correspondiente al eje Y, o sea (X,Y).

En el caso del torno los ejes toma como nombres X,Z y se da la característica, que dependiendo de la estructura de la máquina, el eje X cambia su sentido de dirección.

Sistema de coordenadas cartesianas 3D

En la figura se observan los tres planos formados por los ejes coordenados, el origen del sistema y un punto dentro del mismo.

COORDENADAS ABSOLUTAS Y RELATIVAS O INCREMENTALES.

Absolutas: se cuentan las unidades desde el origen (0,0).

2 4

El punto de la figura tiene coordenadas absolutas (4,2). Indicamos primero la coordenada del eje X y luego la del eje Z.

Posición de la herramienta en lado operario

Posición de la herramienta en lado opuesto al operario

Y

X

Coordenada polarR40.31 A30

Coordenada rectangular

X7 Y4

40.31

30º

Muchas veces, y en particular cuando los procesos son complejos es conveniente tomar a lo largo de los mismo distintos orígenes, que servirán como referencia para distintos tramos del trabajo. Estos orígenes pueden definirse fácilmente en las máquinas que disponen de esta posibilidad y podrán usarse en cualquier momento del proceso mediante la orden adecuada.

Relativas o incrementales:

Se basa en indicar las coordenadas desde el último punto alcanzado hasta el siguiente, es decir, es como si cada vez se trasladara el origen al último punto alcanzado.

Ejemplos de coordenadas absolutas e incrementales

Coordenadas polares.

Las coordenadas polares definen el punto utilizando la apertura de un ángulo con centro en el origen (polo) y la longitud de un radio que parte del mismo punto. También existen coordenadas absolutas e incrementales en este sistema.

El uso de uno u otro sistema de coordenadas (rectangulares o polares) tienen por finalidad facilitar el trabajo de programación y dependerá de las características del trabajo a realizar.

Absolutas

Desplazamiento del origen

PUNTOS DE ORIGEN: ORIGEN PIEZA Y ORIGEN MÁQUINA.

Cuando se debe trabajar en máquina será necesario conocer donde estará ubicada la pieza con respecto a la máquina y a las herramientas.

Origen máquina o cero máquina.

Para poder mecanizar, es necesario tener un punto fijo en algún lugar para poder tomar como referencia. Este punto se llama “origen máquina o cero máquina” y viene prefijado por el fabricante. No esta en el mismo lugar en todas las máquinas y debe estar indicado en el manual de la misma.

El origen máquina normalmente se designa con la letra M y es el origen de coordenadas de la máquina y el punto de referencia para todo el reto de sistemas de coordenadas.

En los tornos suele ubicarse en la base interior del plato (posición 0 del eje Z) y el eje X coincide con el eje principal de la máquina.

Origen pieza o cero pieza

Al programar el operario debe conocer desde donde referencia todas las medidas de la pieza a fabricar. Este punto de referencia se llama “origen pieza o cero pieza” y es el operario quien decide su ubicación. Esta determinación es lo primero que se debe hacer al iniciar un proceso de programación.

Los planos que acompañan la pieza pueden tener indicado donde se encuentra el cero pieza, o bien el mismo programador deberá definirlo en base a la conveniencia del proceso de programación.

En piezas de torno (2D), sólo es necesario indicarlo en la vista de planta pero en las piezas 3D es necesario indicarlo en tres vistas.

La ubicación del cero pieza se debe basar en la lógica, dependiendo del tipo de pieza y la distribución de cotas. Por ej:

Referencia entre cero maquina y cero pieza.

Para indicarle a la máquina la posición relativa de los dos orígenes se realiza un proceso que se llama “decalaje del origen” y es lo primero que se realiza antes de cualquier proceso de mecanizado.

Los procesos de decalaje se realizan de distintas maneras:

Palpación con herramienta (el más usual). Palpación con bailarina Palpación con sensor eléctrico/electrónico (sólo en

fresadora). Etc.

Palpación con herramienta (para torno).

Colocar la pieza en el plato y cilindrar. Tomar la medida del diámetro e indicarle al control. Este realiza los cálculos necesarios para fijar el decalaje según el eje X.

Rozar frontalmente el material e indicarle al control la posición obtenida en el eje Z. Si quiero el origen sobre el extremo de la pieza hacia el plato se indicará la longitud de la pieza.

No ampliaremos más sobre los distintos procesos. Los manuales del fabricante usualmente describen claramente los procedimientos para realizar el decalaje del origen.

PROGRAMACIÓN CNC.

La programación es la base del control numérico, conocer dicha programación es absolutamente imprescindible para cualquiera que intervenga en el proceso constructivo, desde la oficina técnica hasta la mecanización última.

Estructura de la programación.

Un programa es una sucesión de órdenes y procesos CNC, se distinguen siempre dos grandes grupos de información:

Datos geométricos, como posición de orígenes, datos dimensionales de la pieza y descripción de los movimientos de la herramienta.

Datos tecnológicos, como datos de la herramienta, condiciones de corte (velocidad, avance, etc.) y las funciones auxiliares de la máquina (refrigeración, sentidos de giro, cambios de herramienta, etc.)

La programación según la estructura, puede dividirse en:

Programación estructural (poco usada) Programación abierta.

Programación estructural.

Se programa siguiendo una tabla o estructura mas o menos cerrada. La siguiente tabla de ejemplo es utilizad por el fabricante EMCO.

Las líneas están perfectamente ordenadas y aunque falte algún dato, la casilla debe respetarse.

Programación abierta.

Según la introducción de datos se puede dividir en:

Programación estándar. Es el más habitual y el que necesita mayor conocimiento del proceso de programación (órdenes y estructura).

Programación conversacional. Se programa manteniendo una conversación con el control. El mismo, según la orden que se le haya indicado, va a ir preguntando los diferentes datos que se necesitan. Los botones del control suelen estar en formato claro, marcados con un símbolo y una letra que identifica su función.

Programación mixta. Actualmente existen controles que permiten actuar de una manera o de otra.

Según el sistema de escritura del programa.

Manual, al pie de la máquina. El programa se escribe directamente en el control. Esto puede realizarse aún cuando la máquina este trabajando, sin afectar el proceso de mecanizado.

Programación manual desde el ordenador. Permite programar de manera aislada a la máquina. Actualmente las empresas suelen disponer de oficinas técnicas donde se realiza el proceso de programación, que luego será transferido a la máquina.

Realización con el sistema CAM. Es el más potente de los sistemas de programación. Con él a partir del plano de la pieza a maquinar y a través del software adecuado (CAD-CAM) se obtiene el programa CNC listo para utilizar. Es el proceso más conveniente, sobre todo cuando se deben crear programas a partir de piezas de geometría compleja y/o que demanden muchas operaciones.

SISTEMA DE PROGRAMACIÓN ISO

El sistema ISO es el estándar más utilizado en programación de CNC.

Como la tecnología ha ido más deprisa que la normalización, en el mercado se encuentran sistemas CNC, que salvo en aspectos fundamentales, como sistemas de coordenadas y algunas funciones básicas, no son compatibles entre si. A pesar de ello las estructuras de programación son similares, por lo que aprendiendo uno cualquiera, resulta fácil adaptarse al resto.

SISTEMAS DE EJES BÁSICOS EN TORNO Y FRESADORA.

z -

z +

x -

x +

Programación incremental y absoluta.

Tal como se vio en sistemas coordenados existen dos formas para la descripción de un contorno geométrico, incremental y absoluto.

En programación se pueden utilizar los dos sistemas, incluso se pueden realizar programas parte en un sistema y parte en el otro, e incluso existen sistemas que permiten ingresar datos en coordenadas absolutas y relativas en una misma línea.

Estructuras de los bloques o frases de programación.

Cada fabricante tiene distintas estructuras de programación, incluso dentro de un mismo fabricante dependiendo de los modelos, tienen estructuras diferentes.

En todos los sistemas de CN a las líneas que se usan en el programa se las denominan “bloques” o “frases”. Cada bloque esta compuesto por “palabras” (una o más) y estas a su vez por “direcciones” y “números”.

Entre cada palabra existirá un espacio de separación.

En algunos controles se exige que las direcciones (letras) e escriban con mayúscula.

Las palabras deben seguir un orden lógico definido por el fabricante.

Las coordenadas negativas deberán acompañarse del signo correspondiente.

Existen datos llamados modales que actúan como un interruptor, es decir, una vez que se activan no es necesario volver a repetir la orden hasta que halla que anularla o cambiarla. De todas maneras si se repiten no afectaran a la programación.

Bloque.

Palabra. Número.Dirección.

Si tengo en cuenta las funciones modales, el bloque N60 se podría escribir:

CÓDIGOS G Y M.

Son el lenguaje de programación que se utiliza para controlar los movimientos de las máquinas C.N.C.

En los bloques anteriores:

N - Indica el número de bloque. Puede ser, según el control, obligatorio en todos los bloques y se pueden introducir desde 0 hasta 9999. El orden será correlativo ascendente y se aconseja numerar de 10 en 10 para poder introducir bloques intermedios en caso de ser necesario posteriormente.

G - Funciones preparatorias. Indican al control todos los datos que utilizará en los movimientos de los carros. La letra se acompaña de dos números que indican la función escogida. Si el primer número fuera un 0, algunos controles permiten obviarlo.

Ej.: G01 = G1

X y Z - Indican las coordenadas correspondientes en cada eje. Se acompañan del número correspondiente.

F - Indica la velocidad de avance en mm/min o mm/rev, según se le halla indicado previamente al control.

M - Funciones auxiliares. Controlan todos los aspectos auxiliares al mecanizado, tales como la puesta en marcha del cabezal, sentido de giro, encendido de sistemas de refrigeración, fin de programa, etc. Al igual que G se acompaña de dos números y vale también:

Ej.: M03 = M3

Existen funciones auxiliares de principio de línea que a pesar de escribirse al final de un bloque se activarán al principio del mismo.

EJ.:

Existen funciones de final de línea que actuarán tal como están escritas.

Algunos controles permiten introducir al final del bloque comentarios entre paréntesis, que no afectan de ninguna manera a la programación.

FUNCIONES PREPARATORIAS Y FUNCIONES AUXILIARES.

Las funciones que se indican a continuación corresponden a un control Fagor 8025 de torno, por lo que, no todas estas funciones actuaran igual en otro control, incluso de la misma marca.

M03 indica puesta en marcha del husillo y se activa al principio del bloque

Cuando se pone en marcha el control hay funciones que se activan por defecto, es decir, se activaran aun no siendo programadas. Estas funciones, en general, pueden alterarse por parámetros internos del control. En la tabla se indican las que normalmente se encuentran activadas.

LISTAS DE ALGUNAS FUNCIONES PREPARATORIAS DE USO COMÚN.

Función G Denominación Modal S/N

Activa S/N

00 Posicionado rápido, lineal (máxima velocidad) S S01 Movimiento en trabajo, lineal (velocidad controlada) S N02 Interpolación circular a derechas (horario) S N03 Interpolación circular a izquierdas (antihorario) S N04 Temporización N N05 Trabajo en arista matada S S07 Trabajo en arista viva S N33 Roscado S N36 Redondeo controlado de aristas N N37 Entrada tangencial N N38 Salida tangencial N N41 Compensación de radios a izquierdas S N42 Compensación de radios a derechas S N53 Decalaje de origen S N54 Decalaje de origen S N55 Decalaje de origen S N56 Decalaje de origen S N57 Decalaje de origen S N58 Decalaje de origen S N59 Decalaje de origen S N66 Ciclo fijo de seguimiento de perfil N N68 Ciclo fijo de desbaste en X N N69 Ciclo fijo de desbaste en Z N N70 Programación en pulgadas S N71 Programación en mm. S S74 Búsqueda automática de cero máquina N N81 Ciclo fijo de torneado recto N N82 Ciclo fijo de frenteado recto N N83 Ciclo fijo de taladrado N N88 Ciclo fijo de ranurado en X N N90 Programación en cotas absolutas S N91 Programación en cotas incrementales S N92 Desplazamiento de origen pieza S N94 Velocidad de avance en mm/min S S95 Velocidad de avance en mm/rev S N96 Velocidad de rotación en m/min S N97 Velocidad de rotación en rev/min S S

Lista de algunas funciones auxiliares de uso común.

Función M Denominación Principio/fin de

líneaModal

S/NActiva

S/N

00 Parada pogramada Fin N N02 Fin de programa Fin N N03 Giro de husillo a derechas (horario) Principio S S04 Giro de husillo a izquierdas (antihorario) Principio S N05 Parada de husillo Fin S S08 Puesta en marcha de refrigerante Principio S N09 Desactivar refrigerante Fin S S10 Abrir puerta Fin --- ---11 Cerrar puerta Principio --- ---17 Abrir plato de garras Fin --- ---18 Cerrar plato de garras Principio --- ---30 Fin de programa y reseteo (vuelta al inicio) Fin --- ---41 Gama de velocidad alta Principio S S42 Gama de velocidad baja Principio S N

Cabecera de programación.

Como se ha visto, existen funciones activas por defecto, por lo tanto se puede suponer que cada vez que se inicie un programa, estarán activas dichas funciones.

En la realidad se puede encontrar que el programa se pare en mitad de un proceso, lo que dejará funciones activas que no serán necesariamente las activas por defecto. Si se inicia un nuevo programa y no se indican el estado en que se quieren iniciar dichas funciones, se pueden encontrar resultados inesperados.

Es por eso que es aconsejable indicar siempre al principio del programa un par de líneas donde se indiquen las preferencias de inicio del programador, a esas líneas se las conoce como cabecera de programación.

Funciones y datos previos a la programación.

M02 – Fin de programa (sin reseteo)M30 – fin de programa y reseteo (se posiciona en la primera línea del programa)M03 – Giro del husillo a derecha (horario) M04 – Giro del husillo a izquierda (antihorario).M05 – Parada del husillo.M08 – Puesta en marcha del refrigerante. M09 – Paro del refrigerante.G70 – Programación en pulgadas. G71 – Programación en mm.G94 – Avance “F” en mm/min. G95 – Avance “F” en mm/rev.G96 – Velocidad de corte “S” constante G97 – Velocidad “S” en RPM.G05 – Trabajo en arista matada. G07 – Trabajo en arista viva.G90 – Programación en coordenadas absolutas. G91 – Programación incremental.

Programación en diámetros o en radios.

FAGOR 8025

En torno, la opción de programar en radios o diámetros permite al programador trabajar de la forma que le resulte más cómoda. Por lo general resulta cómodo trabajar en diámetros, pues suele ser más fácil su interpretación y además los planos suelen venir casi siempre en este formato.

La posibilidad de cambiar estas opciones se hace cambiando parámetros internos de la máquina y no es posible lograrlo por programación.

ESTUDIO Y APLICACIÓN DE PROGRAMACIÓN.

Trabajaremos algunos códigos de programación básica.

Código G00 (interpolación lineal a velocidad rápida).

Con G00 se programan todos los movimientos rápidos donde no exista contacto entre pieza y herramienta. La velocidad de traslación es máxima con el fin de reducir tiempos de producción.

La línea para trasladar la herramienta desde a (posición inicial) hasta b podría ser:

N0010 G00 X-3 Z-7 (coordenadas absolutas)

O

N0010 G00 X-1 Z-5 (coordenadas relativas)

Otros posibles formatos de desplazamiento

El tipo de desplazamiento de la herramienta dependerá de los parámetros internos de la máquina.

-X

-z

a

b

123

27

-X

-z

a

b

123

27

-X

-z

a

b

123

27

Código G01 (interpolación lineal a velocidad controlada).

Con G01 se programan todos los movimientos lineales donde haya contacto entre pieza y herramienta. La velocidad de traslación es controlada y debe definirse por programación.

Condiciones.

La función G01 es modal y se anula con las funciones G00, G02, G03 y G33.

La línea para trasladar la herramienta desde a (posición inicial) hasta b podría ser:

N0010 G01 X-3 Z-7 F60 (coordenadas absolutas)

O

N0010 G01 X-1 Z-5 F60 (coordenadas relativas)

Donde F50 me define la velocidad de traslación de la herramienta en (mm/min).

La herramienta recorre una línea recta desde el punto a hasta b, con la velocidad programada.

Es importante distinguir claramente la forma de trabajo de los códigos G00 y G01, caso contrario podríamos ocasionar un accidente con riesgo para la máquina, herramienta y operario

Ya vimos que significan cada uno de estos códigos. Estudie en el ejemplo anterior como se programa una línea recta a través de código G01. Recuerde el significado de X,Z y F (trabajaremos con coordenadas relativas).

G01 X-1 Z-5 F60

Veamos como podría ser el trabajo si se utilizará el código G00.

¿Qué podría suceder?

Códigos G02 y G03

G02 – círculo en sentido horario.

G00 X-1 Z-5 F60 (primero realiza el movimiento en X y luego en Z según los signos indicados. Recordemos que usaremos este código para posicionados y no para trabajo.

-X

-Z

Texto del código G: G02 X Z I K.

Este código indica que la herramienta se mueve a lo largo de un círculo en sentido horario.

El punto final del movimiento tiene coordenadas X y Z. Las letras I y K indican la distancia desde el punto de parida del círculo hasta el centro del mismo, para los ejes X y Z respectivamente.

centro del círculo -x

comienzo

-z K=2

Z=4

El movimiento se ejecuta a lo largo de ambos ejes, pero el valor final en X es igual al valor inicial, por lo tanto no hay desplazamiento del útil según el eje X. Pasa lo mismo con el valor de I. Vemos que la coordenada del centro del círculo según el eje X es igual a la inicial. Las coordenadas de X e Y son dejadas en blanco o toman el valor cero (recordemos que estamos trabajando con coordenadas relativas).

La relación entre Z y K es: si Z es positivo K también lo debe ser. Lo mismo si Z es negativa K también lo será. Si la figura formada es un semicírculo el valor de K será la mitad del valor de Z.

comienzo centro -x

-z

El código G03 responde exactamente igual al G02 pero el sentido de giro adoptado para este caso es el sentido horario.

Por ejemplo: centro -x

comienzo

-z

¿Cómo programaría cada uno de estos movimientos aplicando los códigos vistos hasta ahora? (En coordenadas relativas y absolutas)

G02 X0 Z4 I0 K2

El código que representa el movimiento de la figura será:

G02 X4 Z-4 I0 K-4

Note el movimiento que se realiza a lo largo de los ejes X y Z.Note también la relación que existe entre X e I, y entre Z y K.

El código que representa el movimiento de la figura será:

G03 X-4 Z4 I-4 K0

Note el movimiento que se realiza a lo largo de los ejes X y Z.

Note también la relación que existe entre X e I, y entre Z y K.

I-4

centro -x Escriba los bloques correspondientes.

comienzo

-z 0

-x Escriba los bloques correspondientes.

comienzo

-z 0

-x Escriba los bloques correspondientes.

-z 0

-x Escriba los bloques correspondientes.

-z 0

-x Escriba los bloques correspondientes.

-z 0

Veamos un ejemplo de un programa utilizando los códigos básicos.

G91G21 M03G00 X0 Z-5G01 X-0.4 Z0 F80G01 X0 Z-70 F80

Es importante tener presente los espacios entre palabras. Si no se respetan la máquina puede no comprender la orden y ocasionar un error grave en el trabajo. Note que las tres primeras líneas son de preparación. Como ejercicio trate de interpretar cada bloque del programa.

G01 X1 Z0 F80G01 X0 Z70 F200G01 X-1.4 Z0 F80G01 X0 Z-70 F80G01 X1 Z0 F80G01 X0 Z70 F200G01 X5 Z5 F80M05M30

CICLOS FIJOS

Los ciclos fijos permiten programar en un solo boque operaciones de uso frecuente que de otra forma necesitarían más de un bloque para su descripción.

Aunque cada fabricante de control numérico puede definir estas funciones de forma particular para sus máquinas herramientas, algunos de estos ciclos podrían ser:

G71 Cilindrado. G72 Refrenteado. G74 Taladrado profundo

G76 Roscado.

G75 Acanalado (cajeado). PROGRAMANDO ALGUNOS PERFILES SENCILLOS.

A continuación y aplicando los códigos habilitados en nuestras máquinas veremos algunos ejemplos de programación.

-X

10 12 40 5 5

Z

Programa.

N10 G91 (coordenadas relativas)

El punto de partida de la herramienta se ubicará, por seguridad, a 5mm del vértice de la pieza según los ejes X y Z. Este punto será tomado como el origen del mecanizado de nuestra pieza (será el punto de referencia para programación absoluta). Las pasadas serán de 0,5 mm de profundidad.

10

N20 G21 (unidades en milímetros)N30 M03 (giro del husillo en sentido horario)-----------------------------N40 G00 X-5 Z-5 (la herramienta al vértice de la pieza).N50 G01 X-0.5 F30 (avanza hacia la herramienta 0.5 mm (prof. de pasada)).N60 G01 X0 Z-40 (la herramienta se desplaza 40 mm según Z negativo. El valor de X

puede obviarse. El valor del avance (30 mm/min) se mantiene hasta tanto cambie dicho valor).N70 G00 X5 (se retira la herramienta).N80 G00 Z40 (la herramienta vuelve al vértice de inicio de la pieza).N90 G01 X-1 (penetra 1mm, o sea 0.5 mm más que la pasada anterior).N100 G01 Z-40----------------------------G90 (a partir de esta orden se trabaja con coordenadas absolutas).G00 X0 Z0 (la herramienta vuelve al origen de coordenadas).M05 (desactiva el husillo).M30 (indica fin de programa. Vuelve al principio del programa).

Las tres primeras líneas del programa son de preparación y en general se repiten en cada programa de la misma manera, pudiendo cambiar coordenadas relativas por absolutas, unidades en milímetros por pulgadas y giro en sentido horario por antihorario.

Las cuatro últimas son de cierre de programa y al igual que las anteriores suelen utilizarse en todos los programas.

Recordemos que as órdenes que una vez programadas permanecen activas, se conocen como modales. Entre ellas podemos mencionar G00 y G01, es decir que no sería necesario repetirlas en todas las líneas. Estas órdenes se desactivan al aparecer otra de la misma característica. Por ejemplo en la línea N50 se activa G01 y no sería necesario repetirlo en N60, luego en N70 el código G00 desactiva al G01. De igual manera que en el caso anterior en N80 no sería necesario repetir el código G00 que quedará desactivado por el G01 de la línea N90.

20

50 30 30

Si el centro máquina se considera en el vértice inferior derecho, el programa sería de la siguiente manera:

Definir un centro máquina y realizar el programa en códigos que defina el perfil de la figura. Suponer que el proceso puede hacerse con una única pasada. Realizar el programa en coordenadas relativas y absolutas.

Coordenadas relativas

N01 G91N03 G21N05 M03N10 G01 Z-30 F40N20 G01 X10 Z-30N30 G01 Z-50N40 G90N50 G00 X0 Z0N60 M05N70 M30

Coordenadas absolutas.

N10 G90N20 G21N30 M03N40 G01 Z-30 F40N50 G01 X10 Z-60N60 G01 Z-110N70 G00 X0 Z0N80 M05N90 M30

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