Controladores industriales inteligentes. Control numérico por computador (CNC)

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Control numérico por computador – CNC – introducción y breve historia Principales características del CNC Componentes y arquitectura Programación Ejemplos de aplicación de un CNC Indice

2 Introduction to CNC

Un sistema con control numérico por computador (CNC)* es un instrumento de fabricación, llevando a cabo automáticamente un conjunto de operaciones tecnológicas, ej., sin intervención humana. Son dispositivos, instalaciones, unidades de fabricación, funcionando automáticamente bajo la dirección de un programa de control. El programa de control es una secuencia de simbolos, escritos en un portador de programa. La principal característica es que el resultado de la operación con CNC no puede servir como otro programa de control o información de entrada para otra instalación. En la literatura occidental el término “Computer Numerical Control (CNC)” es utilizado, ya que suena más moderno debido a que en los modernos sistemas CNC hay siempre un computador o un sistema de microprocesador construido en su interior. También existen variedades de CNC (ver más adelante).

3 Types of operations with CNC Un CNC es usado en: Automatizando la preparación de documentación constructiva y tecnológica – imprimiendo, gráficas impresas, diagramas de bloques y circuitos eléctricos, dibujando detalles Automatizando la preparación tecnológica de la fabricación – preparación de foto-máscaras para elementos semiconductores, circuitos integrados, placas de circuito impreso, etc. Automatizando las operaciones tecnológicas, en las que se lleva a cabo mecanizado de metales – torneado, acabado, taladrado, cortado, fundido, punzonado, electro-erosion, tecnología lase, etc. Automatizando las operaciones de control de medida, en las cuales están definidas las dimensiones de los detalles mecánicos

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4 Breve historia del CNC (1) El primer sistema CNC se remonta al periodo 1956-1959. Junto con la sustitución del elemento basado en la técnica digital “schemo” las generaciones de CNC prosperaron entre ellas – circuitos integrados con pequeña, mediana o gran escala de integración, microprocesadores. El primer sistema CNC fué realmente del tipo CN, era solo un sistema de control numérico sin computador (Fig.1). Se usaron circuitos integrados baja y mediana escala de integración. Los chips alcanzaron en décadas más de un millar de PCBs, unidos en bloques con funciones definidas – para introducción, control, interpolación, etc. Los bloques estaban asociados en un esquema fijo e inmutable, eran esquemas de realización esquemática. El programa de control se solía escribir en un código ISO en una cinta perforada(Fig.2). Las cintas perforadas están obsoletas hoy en día.

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5 Breve historia del CNC (2) Fig.1 Fig.2

6 Sistemas de control de tipo CNC(1)

Como lo definimos al principio, CNC significa control digital computerizado. La secuencia, el carácter y el volumen de las operaciones llevadas a cabo no son definidas por esquemas especializados, como ocurre con los sistemas tipo NC, pero sí por un software específico. En los antiguos sistemas de este tipo el portador del software todavía solía ser una cinta perforada pero en los modernos sistemas ha sido reemplazado por CD-ROM, tarjetas flash o pinchos USB. El espacio es asignado a la memoria del computador, donde las grabaciones pueden ser cambiadas muchas veces. Permite guardar un gran número de programas de control, que pueden ser editados en modo diálogo. También se escriben programas especializados en la memoria, describiendo el ciclo de operación de los dispositivos y sistemas automatizados, por ejemplo, los de cambio de herramientas y piezas de trabajo, etc. .

7 Sistemas de control de tipo CNC (2) Los programas de control (CP), grabados en la memoria, son transferidos a los sistemas con CNC (Fig.3) de acuerdo con la operación de ejecución. La transferencia de un CP desde el computador al sistema CNC es conocido también como DNC (Control Numérico Directo). Un CP en este caso puede ser completamente cargado en la memoria del sistema CNC o permanecer guardado en la memoria del computador y ser transferido para ejecución paso a paso en un modo de conexión contínua entre el computador y el sistema CNC. Excepto para el CP, en DNC los datos pueden ser también transferidos, en relación con correcciones de herramientas, parámetros y otra información, por ejemplo, datos sobre la imagen escaneada y digitalizada de un detalle. DNC permite controlar más de una máquina con CNC a partir de uno o más computadores, a la vez que controlar otros dispositivos tecnológicos, como robots, manipuladores, vehículos-robot, etc.. Cuando un PC (universal o especializado industrial) es usado como computador base, el sistema se suele llamar PCNC.

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8 Sistemas de control de tipo CNC (3) Para la transferencia rápida y fiable de PCs, especialmente los de gran volumen, las capacidades de las redes de computadores – local y global (Internet) son usados frecuentemente. De este modo un CP puede ser desarrollado en una subsidiaria de una compañía, y después transferido a otra, independientemente de la distancia entre ellas, que puede ser de miles de kilómetros. (Fig.5b).

. Fig.3

9 Sistemas de control de tipo CNC (4) ?) Basado en un PC universal

b) Basado en un PC industrial

Fig.4

10 Sistema directo y distribuido para CNC Fig.5. Sistema CNC Directo (?) y distribuido(b)

?) b)

11 Sistemas híbridos para CNC Sistemas híbridos de control manual-software digital son usados para producir piezas singulares o pequeños lotes de piezas (Fig.6). El operador proporciona comandos manuales a los reguladores como sigue: – Por medio de los volantes electrónicos 2 (regulador a lo largo del eje Z) y 4 (regulador a lo largo del eje X) para movimientos pequeños y precisos; Por medio del Joystick 3 para ajustar movimientos a alta velocidad; Las señales electrónicas de 2, 3 y 4 entran en el bloque de control 5, donde se forman señales de control de potencia transferidas a los motores 7 y 8. Después de acabar el mecanizado de la pieza la secuencia de movimientos de los reguladores y el resto de información técnica es guardada presionando el botón 6. Así creado, el programa de la pieza puede ser utilizado para procesar el resto de las piezas del lote.

12 Sistemas Híbridos para CNC Fig.6

13 Componentes de un CNC – arquitectura general

14 Componentes de un moderno sistema CNC – pictograma

15 Principales tareas de los sistemas para CNC 1. Introducción y almacenamiento del software de sistema. 2. Introducción y almacenamiento del PC. 3. Realización de ciclos. 4. Interpretación del “frame”. 5. Interpolación. 6. Control de los movimientos de alimentación. 7. Corrección de las dimensiones de las herramientas. 8. Control lógico. 9. Control del movimiento principal. 10. Cambio de herramientas. 11. Corrección de los errores del mecanismo y medida de dispositivos. 12. Control adaptativo. 13. Recolección de datos estadísticos. 14. Control automático. 15. Diagnóstico.

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16 Participación de los sistemas CNC en sistemas de fabricación flexible (FMS) Los sistemas de fabricación flexible (FMS) y los sistemas CNC son inseparables. La manera en que los sistemas CNC participan en los FMS es ilustrada en el diagrama de bloques de un sistema de control de un área de producción cerrada (linea de ensamblado automático- AAL).

17 Programando los sistemas para CNC La forma de programar sistemas CNC es bastante específica y no es muy parecida a la programación de computador convencional. Es facil de entender – por ejemplo, el movimiento de una cuchilla de torno debe ser programado para que pueda hacer un seguimiento detallado de coordenadas bien definidas, operando a cualquier velocidad específica y enfriándolo al mismo tiempo, etc. El programa consiste en “frames” y ciclos y operaciones definidas son llevadas a cabo durante cada “frame”, designados por letras y números. La conocida programación paramétrica es utilizada, y muy recientemente la programación con la ayuda de sistemas CAM (Fabricación asistida por computador).

18 Programación de sistemas para CNC Un ejemplo de http://cnc.reslex.net/Progr.html es mostrado como sigue: N – número de “frame”, G – funciones preparatorias (definen el modo de operación del torno); M – funciones auxiliares; X, Y, Z – coordenadas axiales; T – número de herramienta; S – revoluciones del eje; F – velocidad de alimentación. Ejemplo (para nc-200): N2 G71 G95 M8 X23 Z11 F0.2 – La refrigeración está incluida en este “frame” (M8), la herramienta se dirige hacia un punto con coordenadas X23 Z11 con velocidad de alimentación 0.2 mmrev (F0.2); G71 – la programación es en mm (G70 – la programación es en pulgadas), G95 – la velocidad de alimentación se da en mmrev (G94 – velocidad de alimentación en mm/min or inch/min). Las diapositivas siguientes presentan extractos de un manual de programación CNC (original: http://www.slideshare.net/shlxtn/cnc-programming-basics )

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36 Preguntas de control Cuales son los principales tipos de sistemas CNC? Cuales son los principales elementos de un sistema CNC? Explica los principios básicos de programación CNC. Podrías compilar un pequeño programa para hacer un detalle en un torno basado en los ejemplos dados por la guía resumen?

37 Referencias http://en.wikipedia.org/wiki/Numerical_control http://www.pearsonhighered.com/assets/hip/us/hip_us_pearsonhighered/samplechapter/0132176033.pdf http://81.161.248.42/ntt/aep/readings/aep-2post.pdf http://www.ugrinov.com/History/sistemi.html http://www.slideshare.net/shlxtn/cnc-programming-basics