Fresadoras CNC

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Introducción al C.N.C

El control numérico surgió a demanda de la industria para la solución de problemas de mecanizado existentes, como consecuencia de los nuevos diseños de piezas cada vez más difíciles de mecanizar. En 1942, en la Bendix Corporation surge el problema de mecanizar una leva tridimensional para el regulador de una bomba de inyección de motores de avión. Se trataba de combinar el movimiento de varios ejes con el del útil, proceso que lógicamente no se podía realizar con una máquina convencional. Como solución se fabrica una máquina automática que era capaz de definir gran cantidad de puntos de la trayectoria, para posteriormente conducir el útil sucesivamente de un punto a otro.

En 1947 aparece el sistema Digiton desarrollado por John Parsons. Consistía en el mando automático de la máquina mediante entrada de informaciones numéricas, utilizando cartas perforadas en un lector que traducía las señales de mando a los ejes. Más adelante este sistema es desarrollado para una fresadora de tres ejes en colaboración con el M.I.T. (Massachusetts Institute of Technology), laboratorio dedicado principalmente al estudio de servomecanismos.

En 1953 el M.I.T. utiliza por primera vez el apelativo de «Numerical Control».

En 1956 tres grandes constructores americanos realizan un pedido de 170 máquinas de control numérico.

En 1960 el M.I.T. desarrolla lo que se conoce como «Control Adaptativo». Se trata de controles numéricos con dispositivos que permiten la propia regulación de las condiciones de trabajo de la máquina (rugosidad superficial, esfuerzos, vibraciones, etc.). Teniendo en cuenta unos parámetros de referencia, el control adaptativo consigue mantener las condiciones programadas dentro de unos límites. La empresa Macotech comercializaba varios sistemas de control adaptativo; entre ellos se encontraba un sistema capaz de mantener dentro de unos límites la flexión del husillo. Las medidas de flexión eran comparadas con los valores preestablecidos dentro de un programa especial que tenía en cuenta los límites aceptables, variando el avance si fuera necesario para mantener la flexión dentro de esos límites. Según Macotech, existía una ganancia de tiempo entre un 30% y un 50% para piezas de aleación ligera y de acero, respectivamente. En 1968 aparece el Control Numérico Directo (DNC), que consiste en gobernar un grupo de máquinas desde una computadora central.

Haciendo referencia únicamente al control numérico, se puede decir que es un sistema de fabricación capaz de controlar todas las acciones de la máquina a través de informaciones numéricas introducidas manualmente (funcionamiento semiautomático) o por programa (funcionamiento automático).

Fuente: Torneado y fresado por control numérico (Ismael Asensio París) Editado por Prensas Universitarias De Zaragoza.

Formulario. Definiciones

Velocidad de corte

Se llama velocidad de corte a la velocidad expresada en metros por minuto (espacio en metros recorrido en un minuto) de un punto de la superficie que se mecaniza, si es ésta quien lleva el movimiento de corte (tomeado), o de un punto de la arista de corte, si es la herramienta quien posee el movimiento de corte (fresadora, taladradora, etc.). Designando «D» al diámetro mayor de la fresa, broca o pieza en proceso de mecanizado y «N» al número de revoluciones por minuto de la misma, la velocidad de corte se calcula de la siguiente forma: En una vuelta el espacio «e» recorrido por un punto de la periferia de la pieza o herramienta será:

                                  π x Ø
                             e = ------- 
                                  1000  (se divide por 1000 para expresarlo en metros) 

Por tanto, el espacio recorrido en un minuto se obtiene multiplicando por el número de vueltas «N»:

                    π x Ø x N 
       Vc = e x N = ----------  = (m/mín) 
                       1000 

En la práctica, se conoce la velocidad de corte (recomendada por el fabricante) y hay que calcular las revoluciones por minuto «N» a las que debe girar la herramienta o la pieza. De la fórmula anterior se deduce:

           Vc x 1000 
       N = ----------	 = (rev/mín) 
             π x Ø 

Los controles numéricos de tomeado permiten mantener la velocidad de corte constante. Las diferentes posiciones radiales alcanzadas por la herramienta son utilizadas por el contro para calcular las revoluciones instantáneas. En fresado y taladrado las revoluciones deb calcularse considerando el diámetro mayor de la fresa o broca.

Ejemplo: Calcular las revoluciones por minuto «N» a las que debe girar una broca 15 mm de diámetro, sabiendo que el fabricante recomienda para el material concreto de pieza una velocidad de corte de 80 m/min.


                           Vc x lOOO 
                        N= --------- 
                             π x Ø 

                            80 x 1000 
                           ----------- = 1697 rpm 
                             3.14x15


Avance

Se llama avance «s» al desplazamiento de la herramienta o de la pieza en la direc r:: de movimiento de avance. El avance se establece normalmente en milimetros-vuelta (mm para operaciones de torneado y en milímetros-minuto (mmJmin) para fresado y taladrado.


Los valores de avance recomendados para cada herramienta de tomeado se indican en mm/v; sin embargo, para fresado se indican habitualmente, debido al número de dientes «Z», en milímetros-diente «Sz», Para determinar el avance en milímetros-minuto, se aplica la siguiente fórmula:

s = Sz x Z x N (mmJmin) 

Ejemplo:

Calcular el avance que debe llevar una fresa frontal de 4 labios que gira a 500 rpm, siendo 0.023 mm el avance por diente recomendado.


s = Sz x Z x N = 0.023 x 4 x 500 = 46 mm/min


Caudal de viruta

Es el volumen de viruta arrancado por una máquina, en una unidad de tiempo (minuto, hora).

Tomeado:

Q = s x a x Vc (cm3/min) 

o también:

Q = s x a x Vc x 60 (cm3/hora) 


Fresado:

     Ar x Aa x s
 Q= ---------------  (cm3/min) Ar=Ancho de la pasada y Aa=Profundidad de pasada (Ambas variables en mm)              
	1000


Condiciones de corte de brocas Hss

Os voy a dar una fórmula genérica para calcular las vueltas y el avance de las brocas para taladrar en acero:

Vueltas: (15000 / Pi) / Øbroca=Vueltas

Avance: Vueltas X 0.1=avance

Ejemplo: Broca de 10mm

Vueltas=(15000 / 3.14) / 10=477.7 vueltas

Avance=477.7 X 0.1=47.7 mm/min

Hay que tener en cuenta la dureza del material (en esos casos lo que yo suelo hacer es bajar el factor de avance a 0.08 o 0.05 si es muy duro), y que esta fórmula vale solo para brocas Hss de calidad bien afiladas y además hay que mantener la broca bien refrigerada y lubricada (en plán casero si no se tiene taladrina se puede utilizar 3 en1 en spray).

Espero que os sea útil.


Curso de programación CNC:

Estructura de programación

En el “mundillo” del CNC, cada vez es más común programar con aplicaciones de CAM, lo cual nos hace olvidar la programación manual; pero es muy conveniente tener, como mínimo, unos conocimientos básicos de programación para poder hacer correcciones a pie de máquina, o incluso hacer programas sencillos, y ganar tiempo evitando el diseño CAD y la elaboración de programas mediante CAM.

Éste, es el primero de una serie de artículos en los que os enseñaremos los fundamentos básicos de la programación en G-Code.

En primer lugar, aclarar que éste es un curso de iniciación, y que principalmente está orientado a la programación de controles para el “hobby CNC”, especialmente para Mach3 y EMC2 aunque debido a su sencillez es perfectamente aplicable a cualquier control que tenga como base la programación ISO.

Entrando en materia, primero hablaremos de la estructura básica de un programa.

Las instrucciones de un programa pueden ser modales o no, una función modal permanecerá activada hasta que se anule específicamente o se contradiga con otra función programada posteriormente.

Para que el control pueda interpretar los datos, éstos deben estar escritos en un orden y formato predeterminado, y aunque en algunas líneas se pueden omitir parte de estos datos, siempre tienen que seguir el siguiente orden y formato.

                                                           N G X Y Z F S T M

N: Nº de bloque (opcional) ,no influye en el movimiento de la máquina pero permite identificar la línea de programa que se está ejecutando, para poder iniciar el programa desde ese punto en caso de tener que interrumpirlo.

G: Instrucción de movimiento, estas instrucciones son la base del código G (de ahí su nombre) y determinan el tipo de movimiento, o incluso en algunos controles, figuras complejas a mecanizar, (por ejemplo cajeras circulares, rectangulares, taladros, roscados, etc.) Pueden ser modales o no.

XYZ: Coordenadas cartesianas, determinan el punto hasta el que se debe mover la máquina o en el que se debe ejecutar la operación programada mediante la función “G”.

F: Avance programado, programa el avance de trabajo. Por ejemplo: F3000 si estamos programando en sistema métrico la herramienta avanzará a 3000 mm/min y si fuese en imperial en Pulgadas/Min.

S: Velocidad del cabezal, determina las vueltas a las que debe girar el cabezal en Rev/min.

T: Nº de herramienta, programa la herramienta con la que vamos a trabajar, y si la tenemos cargada en la base de datos del control, éste cuenta con el diámetro y el largo de la herramienta si trabajamos con compensación.

M: Funciones auxiliares, éstas se utilizan para ordenar al control el sentido de giro de la herramienta, orden de cambio de herramienta si disponemos de cambiador automático, final de programa, etc.

Hasta aquí esta primera entrada del curso de programación CNC Spainlabs, en la siguiente os enseñaremos las funciones preparatorias y como utilizarlas.


Funciones Preparatorias

En la programación CNC las funciones preparatorias se programan mediante la letra G seguida de dos cifras (GXX) aunque a veces se puede omitir una de ellas (G1,G0). Se programan siempre al comienzo del bloque y sirven para determinar la geometría y condiciones de trabajo. Existe una estandarización en las más comunes aunque otras son propias de cada control.


Las funciones G están divididas en grupos. En una secuencia de programa sólo puede haber una función G de cada grupo.

Las funciones G se activan de forma modal (automantenidas) o secuencialmente. Las que actúan modalmente, son aquellas que siguen activas mientras no sean reemplazadas por una nueva función G del mismo grupo y las que actúan secuencialmente, son aquellas que son activas sólo en la secuencia en la que se encuentran.

Las posiciones preferenciales se activan después de la conexión del control, tras el Reset o tras fin de programa. Estas no necesitan ser programadas. Son las asumidas siempre por defecto en ausencia de cualquier otra especificación. Veamos algunas de ellas:

- FUNCION G00: (Modal) El trayecto de la herramienta en un bloque con G00 se realiza a la máxima velocidad posible por el control. Cuando acaba el bloque, el avance F anterior permanece. Durante este movimiento no se mecaniza.

- FUNCION G01: (Modal)Interpolación lineal. Mientras no se especifique otro tipo de interpolación, los bloques siguientes realizarán los movimientos entre puntos siguiendo rectas.

- FUNCION G02, G03: Interpolación circular. Indica que el movimiento al punto final se realiza siguiendo una circunferencia. G02 (sentido horario) y G03 (antihorario).

- FUNCION G04: Temporización o espera entre bloques. La temporización se programa mediante la letra K en centésimas de segundo.

- FUNCIONES G53 a G59: (Modales) Decalajes del origen.

- FUNCIONES G79 a G89: (Modales) Ciclos de mecanizado. Funciones que permiten realizar programando un sólo bloque, un conjunto de operaciones similares .

En el caso del Centro de Mecanizado o fresadora CN, son:

  • G81: Ciclo fijo de taladrado.
  • G82: Ciclo fijo de taladrado con temporización.
  • G83: Ciclo fijo de taladrado profundo.
  • G84: Ciclo fijo de roscado con macho.
  • G85: Ciclo fijo de escariado.
  • G86: Ciclo fijo de mandrinado con retroceso en avance rápido G00.
  • G89: Ciclo fijo de mandrinado con retroceso en avance de trabajo G01.

- FUNCIONES G90 y G91:(Modal) Indica si se utilizan coordenadas absolutas o incrementales.

- FUNCION G92: (Modal) Mediante esta función se puede desplazar el cero a cualquier punto del sistema de coordenadas de la máquina.

- FUNCION G94:(Modal) La velocidad de avance viene en mm/minuto.

- FUNCION G95: (Modal)Velocidad de avance en mm/revolución. Muy útil en tornos.

- FUNCION G96:(Modal) Velocidad de avance superficial constante. Se indica al control que debe modificar la velocidad de giro del husillo para que la velocidad de corte permanezca constante.

- FUNCION G97: Velocidad del centro de la herramienta constante. Anula la G96. Ya se ha comentado anteriormente que las funciones G pueden ser modales o no modales. Modal significa que una vez programada permanece activa mientras no sea anulada.

Si en un bloque se programan G incompatibles, el CNC elige la última programada.

Estas son las más comunes aunque existen bastantes más y como he dicho anteriormente algunas son específicas de cada control.

En proximas entradas las trataremos con mayor detalle y pondremos ejemplos prácticos y ejercicion para practicar con ellas.

Las funciones auxiliares M se programan mediante el código M (MXX). En la puesta a punto del CNC en la máquina, el fabricante asigna a cada función especifica un código personalizando la forma en la que debe ejecutarse.


Funciones Auxiliares "M"

La codificación de las funciones auxiliares, al igual que las funciones preparatorias, se hace siguiendo la norma internacional ISO.

En un bloque se puede programar hasta un máximo de 7 funciones auxiliares. Cuando se programa más de una, el CNC las ejecuta correlativamente en el orden en que se hayan programado.

Aqui os pongo algunos ejemplos:

-Parada de programa M0: Cuando el CNC lee en un bloque el código M0 interrumpe el programa (hace una pausa). Para reanudarlo es necesario pulsar la tecla identificativa de «marcha ciclo».

-Parada condicional del programa M01: Esta función es idéntica a M0, con la excepción de que el CNC sólo la tiene en cuenta si está activada la entrada «parada opcional».

-Final de programa M02: Este código indica final de programa y realiza una función de «reset general» del CNC (puesta en condiciones iniciales).

-Final del programa con vuelta al comienzo M30: Idéntica a M02, con la excepción de que el CNC vuelve al bloque de comienzo de programa.

-Arranque del cabezal a derechas (sentido horario) M03.

-Arranque del cabezal a izquierdas (sentido antihorario) M04.

-Parada del cabezal M05.

-Código de cambio de herramienta M06: Instrucción que ordena un cambio manual o automático de la o de las herramientas, pero no incluyendo la selección de las mismas.

-Marcha del refrigerante M08.

-Parada del refrigerante M09.

-Parada orientada del cabezal M19: Si sólo se programa M19, al ejecutar esta función el CNC aplica una salida analógica S residual definida por parámetros. Si se programa M19 S4.3, el cabezal gira a una velocidad y sentido definido por parámetros máquina, hasta el valor S4.3 en grados. Los grados están referidos al punto de referencia del captador rotativo del cabezal (encoder). El bloque en el que se programa M19 S4.3 no admite más información.

-Selección de la gama de velocidades del cabezal. M4I, M42, M43, M44. Cuando se trabaja en velocidad de corte constante (G96), es obligatorio programar la gama M41, M42, M43 o M44.

-Puede existir en la máquina más dispositivos que requieran la personalización de una función auxiliar para activarlos (contrapunto, garras del cabezal, etc.); para conocer el código asignado a cada uno de ellos, consultar el manual de operación facilitado por el fabricante de la máquina.



- Fuente: Usuario DarkmanCNCManiac