- 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 X-Y |
G18 | DEFINICION DEL PLANO X-Z |
G19 | DEFINICIÓN DEL PLANO Y-Z |
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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