Este documento trata sobre el control numérico (CNC) y las máquinas herramientas (MH) con CNC. Explica que el CNC es un sistema informático que controla las funciones de una MH automatizando procesos como los movimientos y operaciones. También describe las características de las MH con CNC, incluyendo sus motores, guiados, diseño y tecnología de herramientas. Finalmente, clasifica los diferentes tipos de control numérico y discute las ventajas y desventajas de aplicar CNC a las MH

1. Apuntes de C.N.C.
00 Introducción al CNC
Guillermo Casado

2. Índice de contenidos
1.- El CNC..................................................................................................................................................................3
1.1.- Introducción:..............................................................................................................................................3
1.2.- Historia del control numérico:...............................................................................................................3
1.3.- Las máquinas herramientas (MMHH):..................................................................................................4
1.3.1.- Características:................................................................................................................................4
1.3.2.- Holguras:............................................................................................................................................4
1.3.3.- Rozamientos:.....................................................................................................................................4
1.3.4.- Motores:............................................................................................................................................5
1.3.5.- Diseño:................................................................................................................................................5
1.4.- Tecnología de las herramientas (htas):...............................................................................................6
1.4.1.- Características:................................................................................................................................6
1.4.2.- Mecanizado:......................................................................................................................................6
1.4.3.- Condiciones programación htas:..................................................................................................6
1.4.4.- Corrección:........................................................................................................................................6
1.4.5.- Materiales:........................................................................................................................................6
1.4.6.- Temperatura de corte:..................................................................................................................7
1.4.7.- Desgaste de las htas:.....................................................................................................................8
1.4.8.- Cambios automáticos de las htas:...............................................................................................8
1.5.- Clasificación de las MMHH CN:.............................................................................................................9
1.6.- Ventajas y desventajas en la aplicación de las MMHH CN:...........................................................9
1.7.- Control de posicionamiento:...................................................................................................................9
1.8.- Programación manual:.............................................................................................................................12
1.8.1.- Estructura de un programa:........................................................................................................13
1.8.2.- Programación de movimientos:...................................................................................................14
1.8.3.- Origen de coordenadas:...............................................................................................................14
1.8.4.- Programación de velocidades:....................................................................................................14
1.8.5.- Programación de las herramientas: .........................................................................................15
1.8.6.- Calculo de trayectorias:...............................................................................................................15
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3. 1.- El CNC.
1.1.- Introducción:
En los procesos de Fabricación Mecánica intervienen infinidad de Máquinas
Herramientas (MMHH) de todo tipo, cada una adecuada a su forma y necesidad de
mecanizado. Pero todas ellas realizan individualmente y de forma casi general los
siguientes movimientos y operaciones:
● -Un desplazamiento en sus carros o cabezal.
● -Un determinado nº de revoluciones.
● -Unas direcciones y velocidades en sus avances.
● -Algunas pueden tener un almacén para el cambio de Herramientas y de piezas.
● -Todas tienen unas condiciones propias de mecanizado y de funcionamiento. Etc.
Los Controles Numéricos son equipos informáticos que desarrollan a través de un
Software las siguientes funciones:
● -Control de flujos de información.
● -Control de sintaxis de la programación
● -Diagnóstico de su funcionamiento. Etc.
Si juntamos una Máquina Herramienta (MH) y un equipo de Control Numérico (CN),
formaremos un sistema (MMHH de CN) que coordina y controla todas las funciones
propias del CN y las de la MH, por tanto las automatiza, y todo esto realizado por
ordenes compuestas de caracteres alfanuméricos. De aquí nos viene la denominación
Ingles "Numerical Controlled", que equivaldrá a decir: MH que es gobernada por órdenes
de letras y números. Las MMHH de CN, por ello, trabajan obedeciendo estas órdenes sin
la intervención de operario.
Hoy dado el avance de la informática, tenemos el CNC: Control Numérico Computerizado.
1.2.- Historia del control numérico:
Desde 1930 se están realizando estudios para obtener mejores métodos de trabajo.
1942 la empresa Bendix Corporation, aprovecha los cálculos de una Máquina automática
para definir una trayectoria difícil. 1947 Jhon Parsons, concibe un mando automático con
entrada de informaciones numéricas.
1953 El Massachusetts Institute of Technologie, usa por primera vez la denominación
"Numerical controlled".
1956 La USAF hace un gran pedido de estas Máquinas a las grandes empresas
americanas.
1960 Se inicia la técnica de elaboración de transistores para CN.
1960 Primeras demostraciones de Control Adaptable.
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4. 1967 Se monto la 1ª Máquina con transistores de conducción.
1968 Se hacen los primeros ensayos de Control Numérico.
1.3.- Las máquinas herramientas (MMHH):
1.3.1.- Características:
Las MMHH de CN han de tener unas
condiciones específicas de construcción, que
permitan realizar unos desplazamientos en
mecanizado, con gran precisión y fiabilidad,
por ello la tecnología de fabricación de estas
Máquinas es algo diferente a la de las
Máquinas clásicas.
Los factores que determinan la precisión y la
capacidad de arranque de material en una MH podrían ser los siguientes:
Unos motores de características muy específicas, las holguras, los rozamientos, las
deformaciones, la rigidez, las vibraciones, las desalineaciones, etc.
1.3.2.- Holguras:
Para evitar las Holguras hoy se emplean los Husillos de bolas.
Este es el elemento encargado de transmitir movimiento del motor a un carro, sin
holguras y con capacidad de reglado o ajuste.
Estos Husillos, tienen las siguientes ventajas:
Un mínimo rozamiento y desgaste y por ello
una larga duración.
Transmiten grandes velocidades (alta
precisión).
Carencia de juego axial.
Suavidad de operación.
Alta rigidez. Etc.
1.3.3.- Rozamientos:
Para los Rozamientos, existen las guías comunes, las guías de rodadura (patines) y las
guías hidrostáticas, estas últimas son las que reúnen un mas bajo coeficiente de
rozamiento y desgaste.
Hoy las mas extendidas son las guías de rodadura, con el mas bajo coeficiente de
rozamiento posible y están provistas de pistas de rodillos y las regletas reciben un
tratamiento de endurecimiento contra desgaste.
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5. 1.3.4.- Motores:
Los motores de corriente continúa o alterna pero se han de preparar de forma
concienzuda de forma que sirvan a los grandes cambios y altas revoluciones para ello se
usan los siguientes tipos de motores:
Motores de corriente continua con servo de estas características:
● -Supervisión constante del campo de velocidades.
● -Bajo momento de rozamiento.
● -Giro silencioso y constante incluso a velocidades pequeñas.
● -Poco desgaste de los colectores.
Motores de giro:
● -No llevan colectores ni anillos de rectificación.
● -Bajo índice de disipación del calor.
● -Regulación de la velocidad bastante fina.
1.3.5.- Diseño:
Para lo demás hoy el diseño de las MMHH de CN ha evolucionado de tal forma que
podemos decir que existe una nueva arquitectura de las MMHH de CN, capaz de
adaptarse a cualquier necesidad Máquina-pieza. Las características de esta nueva
arquitectura serían:
● Aumento de la rigidez estética.
● Aumento de la estabilidad térmica.
● Buena evacuación de las virutas y refrigerantes.
● Construcciones simples.
● Chapa soldada y hormigón en las estructuras.
● Cadenas cinemáticas simplificadas.
● Construcción modular.
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6. 1.4.- Tecnología de las herramientas (htas):
En la MMHH de CN, debido a sus especiales Características, se usan unas Htas. de corte
muy específicas, y que no siempre utilizan las MMHH convencionales.
1.4.1.- Características:
Teniendo en cuenta las altas velocidades y la precisión con que trabajan las MMHH de
CN, las herramientas usadas, han de reunir una serie de Características:
Resistencia al desgaste, gran duración del filo de corte.
Capacidad de resistir y disipar calor.
Estabilidad en su amarre durante el corte.
Cambio rápido del elemento cortante.
1.4.2.- Mecanizado:
Según el tipo de mecanizado, se empleará el siguiente tipo de material de corte:
Acero rápido: Fresas frontales.
Metal duro: Fresas frontales de plaquitas y plaquitas de torno.
Cerámica: Torneado.
1.4.3.- Condiciones programación htas:
En la programación de una MH de CN, se deben de tener en cuenta los siguientes datos:
● Avances: (F):
● Revoluciones: (S).
● Velocidad de corte: (S):
● Refrigerante: Si o no.
Dependiendo de los medios empleados, se obtienen óptimas velocidades de corte.
1.4.4.- Corrección:
Para la corrección de algún valor de avance durante el mecanizado, en la MMHH de CN se
usan dispositivos potenciómetros de corrección.
Igualmente para la corrección de valores en diámetros o longitudes los CCNN, disponen
de Tablas de Htas. con dispositivos de corrección.
Para una correcta medición y galgado de todas las Htas, existe un aparato llamado PRE-
SETTING, que realiza las funciones antes reseñadas y con lo cual se reducen los tiempos
de preparación de una forma importante.
1.4.5.- Materiales:
Propiedades de los distintos materiales de corte:
1-Htas. de Acero rápido:
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7. ● Son tenaces.
● Son apropiadas para cortes intermitentes.
● Tienen escasa resistencia al desgaste.
2-Htas de Metal duro:
● Son de gran dureza, resistentes al desgaste y las altas temperaturas.
● Son sensibles a los cambios bruscos de temperatura.
● Son de distinta aplicación, según sus resistencia (P,K,M).
● Estén recubiertas para aumentar su resistencia al desgaste.
2-Htas de CERÁMICA:
● Tienen más resistencia en cuanto a desgaste que las anteriores.
● Son muy sensibles a las vibraciones.
● No se pueden refrigerar con líquidos.
● Son muy frágiles.
La gran robustez, rigidez y estabilidad con que se están construyendo hoy las MMHH,
permiten cada vez más el uso de las Htas. de cerámica, esto está originado una
revolución en el mecanizado, dada la gran gama de materiales a mecanizar y las altas
Velocidades de corte, con lo cual se reducen los tiempo de una forma importante.
Hay diferentes calidades en la Htas. (Plaquitas) de cerámica, CC 620, CC650, CC680, y
cada una de estas calidades, está adecuada para un tipo de material y condiciones de
mecanizado, hoy cualquier fabricante establece unas tablas para cada calidad con sus
condiciones de mecanizado, V/C, Avances, Pasada, etc.
1.4.6.- Temperatura de corte:
Con la aplicación de las plaquitas de metal duro o Cerámica, se alcanzan elevadas
velocidades en el arranque de viruta, con lo cual se generan grandes cantidades de calor,
que ha de ser eliminado por:
● Las virutas.
● La herramienta.
● La pieza.
● El refrigerante.
La temperatura de la Máquina como la de la pieza ha de ser moderadamente baja, por
ello emplearemos un refrigerante adecuado a las Características del material a
mecanizar, la Hta. y la máquina. El fabricante de líquidos refrigerantes, ya establece y
adecuados a las necesidades del mecanizado y mediante el catálogo podemos elegir el
más adecuado.
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8. 1.4.7.- Desgaste de las htas:
La Hta. se nos desgasta mas o menos rápidamente, dependiendo de:
● Su zona de corte.
● Su ángulo de incidencia.
● Su ángulo de corte.
● Su refrigeración. Etc.
Este desgaste, influye de una forma determinante en e las tolerancias de las medidas de
las piezas.
Dependiendo del empleo del refrigerante, pueden aparecer desviaciones en las medidas
de una pieza.
Por ello corregiremos esto:
● Compensando automáticamente la medida.
● Aumentar el ángulo de corte.
● Disminuir el ángulo de incidencia.
● No usar refrigerante al usar plaquitas de Cerámica.
1.4.8.- Cambios automáticos de las htas:
Un elemento muy importante en estas MMHH son los cambios automáticos de Htas.,
mediante el cual podemos realizar casi por entero una pieza aunque tengamos que usar un
numero importante de herramientas.
Las herramientas necesarias para la mecanización, Estén en un almacén codificadas, de
forma que cuando se precise una de ellas para una operación concreta, es llamada
automáticamente por la MH.
Hay dos sistemas de Cambio de Htas.:
1.-Cambio por giro de torreta.
2.-Cambio por desplazamiento de brazo giratorio.
El primero lo usan tornos y taladros, con un número reducido de htas.
El segundo es el usado en MMHH que necesitan gran número de htas. para cada pieza a
mecanizar como Centros de mecanizado.
Su filosofía es la siguiente:
1º.-Gira la tijera cargadora "A" 90 grados por medio de eje a en dirección al cabezal
principal Se sujeta al mismo tiempo la H montada en el cabezal y la que se encuentra en
la cadena o almacén.
2º.-La tejiera sale fuera unos X mm (en función de cada MMHH) con lo cual saca ambas
htas. de sus cono de ajuste.
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9. 3º.-Gira la tijera 180 grados por medio del eje b.
4º.-Retroceso de la tijera hasta colocar las htas. en sus respectivos conos. El brazo
girará 90 grados e irá a su posición de reposo.
1.5.- Clasificación de las MMHH CN:
A-Control Numérico Punto a punto: Podemos decir que es aquel que controla los
posicionamientos de la herramienta, solo en los puntos donde se realiza un mecanizado.
La trayectoria no es un elemento a mecanizar. Ejem.: Taladradoras, Punteadoras etc.
B-Control Numérico Paraxial: Con este sistema controlamos los posicionamientos y la
trayectoria. Ejem: Taladradora-fresadora.
C-Control Numérico Continuo: Es aquel que nos controla en todo momento las posiciones y
desplazamientos, de formas que estos correspondan a una recorrido establecido. Para
que esto suceda hemos de tener unas MMHH que nos permitan relacionar los
movimientos, según los ejes de coordenadas; de aquí que podemos establecer lo
siguiente:
Máquina de dos ejes y medio.
Máquina de dos ejes cambiables
1.6.- Ventajas y desventajas en la aplicación de las MMHH CN:
Hoy las necesidades de la industria plantean que cualquier proceso de mecanizado pueda
desarrollarse con MMHH lo más versátiles posibles, por ellos hay infinidad de modelos,
pero en líneas generales podemos establecer los siguientes:
● - Bajan los tiempos muertos.
● - El grado de utilización aumenta, al poder reagruparse las fases de mecanizado.
● - Poco rechazo, poco control: se reduce el porcentaje de piezas defectuosas.
● - Con la utilización del CN también se ahorran costosos útiles, levas o plantillas así
como htas.
● - Mayor precisión en la ínter cambiabilidad de piezas.
● - Aumento de las tareas en el departamento de Métodos.
● - Gran inversión de capital.
● - Personal altamente cualificado.
● - Mantenimiento cualificado.
● - Buena y detallada planificación.
1.7.- Control de posicionamiento:
Como decíamos al principio las MMHH de CN llevan un armario (ordenador), capaz de
calcular y controlar los recorridos o las operaciones a mecanizar, transformando esto en
órdenes precisas que envía a la MH. Para ello estas MMHH disponen de captadores de
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10. posición capaces de transformar el desplazamiento de un móvil, de magnitud Mecánica en
magnitud eléctrica.
Mediante el control numérico, conducimos un órgano móvil a una posición concreta, con
una trayectoria recta o curva. Para comprobar que este móvil esta en todo momento en
su posición exacta, utilizamos dos sistemas de control de posicionamiento:
1º.-Bucle cerrado: Son MMHH con dos bucles de
retorno de la información, uno para el control de la
posición y otro para el de la velocidad de
desplazamiento, que hace que esta disminuya al
llegar a su posición Para ello se utilizan motores de
corriente continua, alterna o hidráulicos.
2º.-Bucle abierto: Con el suprimimos el retorno de la
información al llevar motores paso a paso.
Funcionamiento de un motor PASO A PASO: Es
aquel que está alimentado por un tren de impulsos,
donde el número determina el curso la cadencia y la
velocidad, a cada impulso el rotor gira un paso.
Ejem.: El desplazamiento deseado es comunicado a
un control bajo la forma de impulsos, este traduce
los impulsos en señales que excitan sucesivamente
las diversas fases del estator del motor paso a
paso, accionando el husillo. Con cada excitación el rotor gira 1/4 de vuelta o 90 grados
en sentido horario, ósea que este motor cuenta cuatro pasos por vuelta. Con este
sistema es fácil controlar desplazamientos y velocidades.
Medida de los desplazamientos:
En Máquinas de CN de Bucle abierto, son los motores paso a paso, los encargados de
controlar las posiciones de los desplazamientos.
En las de Bucle cerrado usamos los captadores de posición, y los podríamos clasificar en
función de los siguientes conceptos:
-Por la naturaleza de las informaciones cedidas:
● Analógicas o digitales.
-Por la relación entre la magnitud Mecánica y la eléctrica:
● Absoluta o incremental.
-Por el emplazamiento del captador:
● Medida directa o indirecta
-Por su forma física:
● Lineal o rotativo.
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11. Digital Analógico
Incremental Absoluto Absoluto
Directo Indirecto Directo Indirecto Directo Indirecto
Regla Graduada Disco Graduado Regla Codificada Disco Codificado Industosyn Resolver
Características principales de los captadores de posición: Campo de medida, Poder de
resolución, Precisión, Precisión de repetición, Sensibilidad, Ruido, Sensibilidad en la
dirección del desplazamiento y Velocidad máxima
de detención.
Captadores de posición mas empleados:
Hoy podemos decir que si en un principio se
usaron un gran número hoy este se reduce a dos:
el Resolver y el Inductosyn, que son captadores
analógicos, siendo el primero de captación
indirecta y el segundo directa.
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12. 1.8.- Programación manual:
Para realizar una pieza en CN tendremos en cuenta el siguiente esquema:
Dimensiones de la pieza.
Acabado superficial.
Tolerancias.
Geometría Dimensiones Herramientas.
Longitud del desplazamiento.
Etc.
Información Velocidad de avance.
Velocidad de rotación.
Material de la pieza.
Tecnología Refrigerante.
Características htas.
Funcionamiento de la MH de CN.
Etc.
La preparación de esta información de forma inteligible para el CN, se denomina
Programación y para ello utilizamos un Lenguaje de programación: que es un lenguaje
alfanumérico (letras números y signos) accesible al hombre e interpretable por la MH de
CN.
También se ha de conocer o establecer:
● -La capacidad y Características de la MH.
● -Las Características propias del CN.
● -El plano de la pieza.
● -Las dimensiones en bruto de la pieza.
● -Los mecanizados a realizar.
● -Los puntos o superficies de referencia.
● -Los tipos de Htas. así como sus Características.
Con toda esta información estableceremos los siguientes pasos:
1º.-El orden cronológico de las fases y operaciones.
2º.-Determinar las htas. y útiles necesarios así como las condiciones de trabajo.
3º.-Realizar los cálculos necesarios para definir las trayectorias concretas.
4º.-Escritura del programa.
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13. 1.8.1.- Estructura de un programa:
Norma DIN 66025.
Un programa esta compuesto por bloques o secuencias situados de forma cronológica.
Un bloque esta compuesto por:
La letra N determina el Bloque.
La N mas un número (entre el 0 y el 999) ordenan los bloques.
El N10 es un bloque y dentro de el encontramos diversas funciones, (G00, G90, etc.), si
continuamos con el N20, N40 etc. tenemos un programa.
Las normas ISO utilizan las letras del Abecedario para la identificación o
direccionamiento de una función.
A continuación de N10, tendremos las funciones G preparatorias.
Después vendrán las funciones que nos definirán las características del mecanizado,
Velocidades (F S) y tipo de Herramienta a usar (T.).
Estas funciones se pueden programar en cualquier bloque que se necesite cambiar.
Después vendrán las funciones auxiliares M, que nos definirán igualmente características
de mecanizado.
Veamos un ejem.
N10 GO G90 X123 Z30 F200 S2000 T1.10 M03 M41
N20 G1 X100 Z40
N30
ETC.
N250 M30
Por lo general, el primer bloque inicia el programa y en el se pueden establecer funciones
permanentes para todo el programa.
Los demás bloques, son bloques de mecanizado o de información.
El último es el del final del programa y en el se coloca la función M30.
Todo programa estará numerado para su posterior identificación.
Los bloques no se numeran en orden cronológico seguido, sino de 3 en 3 o mas saltos, par
poder intercalar futuras correcciones.
Si a continuación del número del bloque se escribe un punto decimal, el bloque queda
personalizado como bloque condicional normal. Si le ponemos dos puntos seguidos de
decimal, personalizamos el bloque como condicional especial (este bloque anula la
compensación de radio). Tanto con uno como con dos puntos, necesitan de una señal
exterior para ser activados.
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14. 1.8.2.- Programación de movimientos:
Para poder definir los movimientos que realiza una hta., se usa un sistema de
coordenadas ortogonales de sentido directo con los ejes paralelos a las guías de la MH.
Así normalmente el eje Z es el del Husillo y esta situado perpendicularmente a la
superficie de sujeción de la pieza.
El eje X es el situado horizontal y paralelo a la superficie de sujeción de la pieza.
Y el eje Y es perpendicular al X y forma con el Z y X un triedro de sentido directo.
Y Z X
X Z
Fresa Torno
Tomando estos ejes de coordenadas ortogonales, el del torno o el del la fresa, iremos
usando las funciones G que nos determinan los desplazamientos o las trayectorias
necesarias para realizar el mecanizado de una pieza.
1.8.3.- Origen de coordenadas:
Este origen puede ser Fijo, Móvil y Flotante.
Es Fijo, cuando se encuentra definido y situado permanentemente en un punto de la MH.
Es Móvil, cuando podemos desplazarlo al lugar que deseamos.
Es Flotante, cuando la definición de origen se realiza, llevando la hta. a un punto
concreto y validando estas posición como origen del programa.
Independientemente del origen de coordenadas que tenga establecido la Máquina Hta.,
nosotros podremos trabajar con tres tipos de coordenadas:
Absolutas (G90), Incrementales (G91) y Polares (G93).
1.8.4.- Programación de velocidades:
Como comentábamos en Estructura de un programa, Tenemos unas letras para definir
estas características:
La letra F nos permite definir las velocidades de avance y las podemos establecer en
mm/min. para avances independientes de la velocidad de rotación o en mm/rev. si
dependen de esta.
La letra S nos define las Velocidades de rotación y la podemos establecer en mts/min.,
Velocidad de corte constante o en rev/min.
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15. También tendremos unas funciones G que nos concretarán estas características:
G94, G95, G96,G97.
1.8.5.- Programación de las herramientas:
Como comentábamos en Estructura de un programa, Tenemos una letra y una función M
para definir estas características
La letra T y la función M06, nos definen el Nº de la Hta. a usar y un cambio de Hta. por
lo tanto llamada a otra.
Esta Hta. estará definida por una cifra que nos indica el número de hta. y su corrector.
En esta cifra el número entero corresponde al Nº de la Hta. y el decimal al corrector.
Las htas. son diferentes en longitud, en diámetro en posición etc., pero todas al
mecanizar han de reconocer el mismo origen, por lo tanto se han de decalar, ósea,
establecer sus diferencias almacenándolas en la memoria del CN, para que al llamarlas
(T6.6), este automáticamente corrija esas diferencias.
Hemos hablado de corrector, pues bien, el número entero por de decirlo de alguna
forma, da nombre a la hta. y el corrector, busca en la memoria del CN las diferencias
para corregirlas.
1.8.6.- Calculo de trayectorias:
Las MMHH de CN llevan un "interpolador" capaz de hacer los cálculos de los valores
dados a las coordenadas, esta interpolación puede ser:
● Lineal: Cuando descompone un segmento recto, y solo hay que suministrarle los
valores de punto extremo.
● Circular: Cuando se descompone un arco de circunferencia, partiendo de los
elementos necesarios que los definen.
● Parabólico: Igual que el anterior pero para una parábola.
Conociendo todo lo que hasta ahora hemos expuesto, pasamos a estudiar las diferentes
Funciones G y Ciclos de que dispone el CN, para la elaboración de un programa, que nos
permita mecanizar un pieza, de una forma completa y precisa.
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