Proyecto final diseño mecanico mtr6_b_garita_jussepe_zermeño_lara

MTR 6° B
DISEÑO MECÁNICO
ING. MOISÉS MUÑOZ
IBARRA

PROYECTO FINAL: MINI CNC ALIMENTADO POR
UNA BANDA TRANSPORTADORA
SELECCIONADORA DE MATERIAL UTILIZANDO
CIRCUITOS NEUMATICOS, PLC Y ARDUINO

Ángel Maximiliano Garita Cortés UP110288
César Jussepe Salazar UP110296
José Antonio Lara Lara UP110391
Carlos Zermeño Gonzales UP110290

MTR 6° B / Diseño Mecánico
ING. Moisés Muñoz Ibarra
Ángel Maximiliano Garita Cortés / César Jussepe Salazar
José Antonio Lara Lara / Carlos Zermeño Gonzales

Índice
Portada……………………………………………………………1
Índice….……………………………………………………………2
Objetivo..…………………………………………………………3
Introducción…………………………………….………………4
Marco Teórico……………………………………………….…5
Desarrollo………………..…………………………………….31
Resultados………………………....………………………….66
Conclusiones…………………………………………………70

2


Objetivo
Realizar un diseño y construir una máquina fresadora que mediante un
Control Numérico por Computadora (CNC) sea capaz de reproducir los
archivos de los diseños creados en Solidworks.
El objetivo es construirlo en dimensiones relativamente pequeñas, es decir
que sea capaz de estar encima de una mesa. Y que sea una herramienta útil
para poder maquinar piezas pequeñas de diseños a producir. Poder
maquinar piezas sin tener que estar en un gran centro de maquinado.
Una interfaz entre la computadora y los motores a pasos que hay en el CNC
controlará los motores para localizar en un punto exacto los ejes X, Y y Z de
la fresadora.
En el diseño previo, algunas
piezas necesariamente debían de ser
maquinadas y previamente diseñadas en Solidworks.
En cuanto a la seguridad siempre se piensa que es una herramienta de
trabajo por lo que no se proponen dispositivos riesgosos.
También en el siguiente documento podrá encontrar información sobre el
desarrollo de una banda transportadora, así como las fichas técnicas del
material seleccionado.
El propósito de la banda es que mediante PLC, sensores, motores y un
circuito neumático sea posible controlar y seleccionar materiales y pueda
enviarlos hacia el deposito específico.
En la materia de Sistemas Hidráulicos y Neumáticos se plantea darle una
solución a un problema, referente al del proyecto final, por lo que el equipo
de compañeros planteo una situación parecida al del proyecto final.
El presente trabajo explica el desarrollo del llamado proyecto de la tercera
unidad, dicho cual, contiene el planteamiento del problema, el desarrollo y
el diseño en Festo Fluid SIM.
3


En este podremos encontrar los materiales y las herramientas ocupadas en el
proyecto por lo que se extiende una explicación en cada uno de los
apartados de este documento.

Introducción
Por iniciativa de los integrantes del grupo, se ha diseñado y continua en
construcción un centro de maquinado CNC en pequeño, apto para
estudiantes o diseñadores que desde casa o escuela pretender obtener un
diseño real y a escala de sus diseños.
Esto surge de una situación actual donde se cuenta con tornos CNC
industriales, de grandes tamaños, los cuales representan altos costos de
inversión y de mantenimiento. Aunado a ello los altos
costos de
capacitación del personal para el buen funcionamiento y operación del
mismo.
La creación de este CNC pequeño pretende en alguna medida minimizar los
costos de adquirir un centro de CNC o de modelos hechos por pedido, que
normalmente son los que se producirán en las empresas. Es decir, tener una
pieza solida tangible a escala de los diseños que serán producidos en línea.
El diseño es un proyecto integrador de distintas materias, Diseño Mecánico,
Automatización Industrial, Maquinas Eléctricas, Procesos de manufactura y
Sistemas Neumáticos. A lo que corresponde a esta materia de procesos de
manufactura, se abarca la manufactura de las piezas necesarias para este
diseño.
Es necesario mencionar que se encuentran aquí algunos de los valores
necesarios para cálculos y selección de los materiales utilizados en el
proceso de manufactura de las piezas.
Aquí mismo se observa y se da un seguimiento a la operación y
funcionamiento, del proyecto, es decir está debidamente documentado para
su mejor comprensión.

4


Bajo todo el proceso de diseño y construcción, siempre se siguieron las
medidas de seguridad correspondientes, cuando se encontraba en el taller
de manufactura de la Universidad.
En el apartado de resultados se mencionaran algunos pasos a seguir para el
mantenimiento del proyecto y los puntos de mejora posibles a un diseño
posterior y renovado.

Marco teórico
Control Numérico por Computadora
El control numérico por computadora (CNC), es un sistema de
automatización de máquinas herramienta que son operadas mediante
comandos programados en un medio de almacenamiento, en comparación
con el mando manual mediante volantes o palancas.
Para mecanizar una pieza se usa un sistema de coordenadas que
especificarán el movimiento de la herramienta de corte.
El sistema se basa en el control de los movimientos de la herramienta de
trabajo con relación a los ejes de coordenadas de la máquina, usando un
programa informático ejecutado por un ordenador.
En el caso de un torno, hace falta controlar los movimientos de la
herramienta en dos ejes de coordenadas: el eje de las X para los
desplazamientos longitudinales del carro y el eje de las Z para los
desplazamientos transversales de la torre.

5


Ilustración 1. Torno CNC
En el caso de las fresadoras se controlan también los desplazamientos
verticales, que corresponden al eje Y. Para ello se incorporan servomotores
en los mecanismos de desplazamiento del carro y la torreta, en el caso de
los tornos, y en la mesa en el caso de la fresadora; dependiendo de la
capacidad de la máquina, esto puede no ser limitado únicamente a tres ejes.
Aparte de aplicarse en las máquinas-herramienta para modelar metales, el
CNC se usa en la fabricación de muchos otros productos de ebanistería,
carpintería, etc. La aplicación de sistemas de CNC en las máquinasherramienta han hecho aumentar enormemente la producción, al tiempo
que ha hecho posible efectuar operaciones de conformado que era difícil de
hacer con máquinas convencionales, por ejemplo la realización de
superficies esféricas manteniendo un elevado grado de precisión
dimensional. Finalmente, el uso de CNC incide favorablemente en los costos
de producción al propiciar la baja de costes de fabricación de muchas
máquinas, manteniendo o mejorando su calidad.
n este caso, el programa pieza se escribe únicamente por medio de
razonamientos y cálculos que realiza un operario. El programa de
mecanizado comprende todo el conjunto de datos que el control necesita
para la mecanización de la pieza.

6


Al conjunto de informaciones que corresponde a una misma fase del
mecanizado se le denomina bloque o secuencia, que se numeran para
facilitar su búsqueda. Este conjunto de informaciones es interpretado por el
intérprete de órdenes. Una secuencia o bloque de programa debe contener
todas las funciones geométricas, funciones máquina y funciones
tecnológicas del mecanizado. De tal modo, un bloque de programa consta
de varias instrucciones.
Los caracteres más usados comúnmente, regidos bajo la norma DIN 66024 y
66025 son, entre otros, los siguientes:
N: es la dirección correspondiente al número de bloque o secuencia. Esta
dirección va seguida normalmente de un número de tres o cuatro cifras. En
el caso del formato N03, el número máximo de bloques que pueden
programarse es 1000 (N000 hasta N999).
X, Y, Z: son las direcciones correspondientes a las cotas según los ejes X, Y, Z
de la máquina herramienta (Y planos cartesianos). Dichas cotas se pueden
programar en forma absoluta o relativa, es decir, con respecto al cero pieza
o con respecto a la última cota respectivamente.

Programa para CNC
El programa para una máquina de control numérico es una lista de
instrucciones que permite maquinar una pieza, estas instrucciones serán
ejecutadas por la
máquina CNC, estás instrucciones también son
denominadas como códigos de control numérico, esta lista de instrucciones
debe contener toda la información que requiere la máquina para fabricar
una pieza.

Códigos N
N es la dirección correspondiente al número de bloque o secuencia. Esta
dirección va seguida normalmente de un número de tres o cuatro cifras. En
el caso del formato N03, el número máximo de bloques que pueden
programarse es 1000 (N000 a N999).
7


Direcciones X, Y, Z
X, Y, Z son las direcciones correspondientes a las cotas según los ejes X, Y, Z
de la máquina herramienta. Dichas cotas se pueden programar en forma
absoluta o relativa, es decir, con respecto al cero pieza o con respecto a la
última cota respectivamente.

Códigos G
G es la dirección correspondiente a las funciones preparatorias. Se utilizan
para
informar al control de las características de las funciones de
mecanizado, como por ejemplo, forma de la trayectoria, tipo de corrección
de herramienta, parada temporizada, ciclos automáticos, programación
absoluta y relativa, etc. La función G va seguida de un número de dos cifras
que permite programar hasta 100 funciones preparatorias diferentes.
Las funciones G:

Grupo 1
G00 posicionamiento de la herramienta. Se genera cuando existe un
movimiento rápido de la herramienta.
G01 interpolación lineal. Es una función que da a la herramienta una
alineación de corte de la posición actual a la posición comandada a lo largo
de una línea recta. El comando de la interpolación lineal comanda el
movimiento de cada eje en la dirección “x, y, z” enseguida de un G01, y la
velocidad de avance mediante la dirección “F”.
G02 interpolación circular. Corte circular a favor de las manecillas del reloj.
G03 interpolación circular. Corte circular en dirección contraria a las
manecillas del reloj. La interpolación circular se ejecuta en un plano
establecido, por lo tanto, cuando es seleccionado el plano G17 (plano XY) e
“I J”. Para G18 ( plano ZX), el valor del comando se da por la dirección “X,Z” e
“I,K”, y para G19 (plano YZ), este valor está dado por la dirección “Y,Z” e “J,K”.
Para ubicar el centro del arco en la interpolación circular, hay dos métodos
de comando: uno de ellos es aquel que comanda la distancia del punto
8


inicial del arco a su centro mediante la dirección “I, J, K” , y el otro que
comanda el radio del arco circular por la dirección “R”

Grupo 00
G 28 El retorno de la herramienta desde su posición actual hasta el punto de
referencia de la máquina es llamado retorno al origen. La función que puede
comandar este retorno al origen es un programa del comando G28. Cuando
el bloque G28 es ejecutado, la herramienta retorna desde su posición actual
hasta el punto de referencia de la máquina a través del punto intermedio
con movimiento rápido.
El punto de referencia de la máquina es la posición propia de la máquina.
Generalmente en cambio de herramienta se hace en esta posición, por lo
tanto, es necesario comandar el retorno al origen de la herramienta antes de
que sea comandado el cambio de esta.

Grupo 07
G40, G41 y G42 Compensación del diámetro de la herramienta. Cuando es
ejecutado el maquinado de un contorno en una pieza de trabajo, la ruta de
la herramienta debe ser tal que dicha herramienta sea compensada por la
longitud de su radio. La función que logra esta compensación
automáticamente es llamada compensación del diámetro de la herramienta.
La compensación de la herramienta de hace durante el movimiento de la
herramienta, en donde dicho movimiento puede ser ejecutado mediante el
comando de posicionamiento (G00) o por el de interpolación lineal (G01).
La compensación de la herramienta no puede hacerse cuando se comanda la
interpolación circular. La compensación G41 y G42 es cancelada (liberada)
por el comando G40.

Grupo 03
G90 y G91 Sistema incremental y sistema absoluto. Existen dos métodos
para dar comandos de movimiento para cada eje de X, Y y Z, estos son el
sistema incremental y el sistema absoluto.

9


Sistema Incremental. Este sistema comanda la secuencia de la herramienta
desde su posición inicial a su posición final y la dirección de su movimiento.
La dirección del movimiento se representa por la función preparatoria G91.
Sistema Absoluto. Comanda el valor de las coordenadas del punto final en el
sistema de coordenada establecido.

Códigos M
M es la dirección
complementarias.

correspondiente

a

las

funciones

auxiliares

o

Se usan para indicar a la máquina herramienta que se deben realizar
operaciones tales como: parada programada, dirección de rotación del
husillo, si hay cambio de herramienta, si se utiliza refrigerante, etc. La
dirección M va seguida de un número de dos cifras que permite programar
hasta 100 funciones auxiliares diferentes.
Las funciones M pueden ser clasificadas de acuerdo a sus operaciones,
dentro de los siguientes dos tipos:
La función M, comienza a trabajar simultáneamente con el movimiento de
los ejes, indicado en el bloque. Por ejemplo el M03 el husillo principal
empieza a girar en dirección de las manecillas del reloj, simultáneamente
con el movimiento de los ejes. Función M, comienza a trabajar después de
que el movimiento de los ejes comandado en el bloque es completado.
Ejemplo, M05, la rotación del husillo se
movimiento de los ejes.

detiene después termina el

Las funciones M se describen seguidamente:
M00 Paro de máquina. Detiene la ejecución del programa temporalmente.
Cuando el bloque M00 es ejecutado, la rotación del husillo principal es
detenida. El refrigerante es anulado y la lectura del programa es detenida. El
reinicio puede darse con el interruptor de inicio.
M01 Paro opcional. Al igual que M00, esta función también detiene
temporalmente la ejecución del programa cuando el interruptor de paro
10


opcional es activado (ON) sobre el panel de control de la máquina. Este
ignora M01 cuando el interruptor de paro opcional está desactivado (OFF).
M02 fin del programa Muestra la finalización del programa. Todas las
operaciones se detienen y la unidad de CN es puesta en condición de reset.
M30 Fin de programa Muestra el final del programa un M02. Cuando M30 es
ejecutado, la operación automática es detenida y el programa es retornado
al comienzo del programa.
M03 Rotación del husillo principal en la dirección hacia delante. Inicia la
rotación principal en dirección hacia delante (rotación en el sentido de las
manecillas del reloj).
M04 Rotación del husillo principal en la dirección contraria. Inicia la rotación
del husillo principal en dirección contraria (sentido contrario a las manecillas
del reloj).
M05 Paro del husillo principal. Detiene la rotación del husillo principal.
M06 Cambio de herramienta. Cambia automáticamente la herramienta del
husillo principal por otra localizada en posición de cambiador.
M08 Activación del refrigerante. Descarga el refrigerante
M09 Desactivación del refrigerante. Detiene la descarga del refrigerante.
F indica la velocidad de avance. Va seguida de un número de cuatro cifras
que indica la velocidad de avance en mm/min.
I, J, K son direcciones utilizadas para programar arcos de circunferencia.
Cuando la interpolación se realiza en el plano X-Y, se utilizan las direcciones
I y J. Análogamente, en el plano X-Z, se utilizan las direcciones I y K, y en el
plano Y-Z, las direcciones J y K.
T indica el número de herramienta utilizado según la programación previa.
Va seguido de un número de cuatro cifras en el cual los dos primeros
indican el número de herramienta y los dos últimos el número de corrección
de las mismas.

11


Tornillo sin fin
En ingeniería mecánica se denomina tornillo sin fin a una disposición que
transmite el movimiento entre ejes que están en ángulo recto. Cada vez que
el tornillo sin fin da una vuelta completa, el engranaje avanza un número de
diente igual al número de entradas del sinfín. El tornillo sin fin puede ser un
mecanismo irreversible o no, dependiendo del Angulo de la hélice, junto a
otros factores. (CMyJM) Con el tornillo sin fin y rueda dentada podemos
transmitir fuerza y movimiento entre ejes perpendiculares.
La velocidad de giro del eje conducido depende del número de entradas del
tornillo y del número de dientes de la rueda.
Si el tornillo es de una sola entrada, cada vez que éste de una vuelta
avanzará un diente.
La expresión por la que se rige este mecanismo es similar a la indicada
anteriormente para las ruedas dentadas teniendo en cuenta el número de
entradas del tornillo como elemento motor en este caso

Donde:


n= número de vueltas.



Z= número de dientes de la rueda conducida.



e= número de entradas del tornillo sin fin.

Equipos de protección individual







Casco.
Guantes contra agresiones mecánicas.
Manguitos y mangas.
Calzado de seguridad.
Delantal de protección contra las agresiones mecánicas.
Ropa de trabajo.
12


Proceso de arranque de viruta
Sabiendo que el corte de los metales es una actividad mecánica que
requiere de mucha potencia ya que tiene por objeto eliminar en forma de
viruta, porciones de metal de la pieza, con el fin de obtener una pieza con
medidas específicas y la forma deseada.

El torneado
Un borde o filo, deforma cierta parte del material hasta separarlo de la pieza.
La viruta es un producto del proceso de cizalladura. Se trata de una
deformación plástica, bajo condiciones de gran tensión y alta velocidad, que
provocan que el material se fracture.
La acción de corte se lleva a cabo en un ángulo llamado “Angulo del Plano
de Corte”, que es una línea imaginaria que se genera entre la viruta
deformada y la no deformada.

Relaciones de velocidad
En un proceso de mecanizado hay tres velocidades de interés.
• La velocidad de corte V, que es la velocidad de la herramienta relativa a la
velocidad de trabajo y paralela a la fuerza de corte.
• La velocidad de la viruta Vc, que es la velocidad de la viruta relativa a la de
la herramienta y dirigida a lo largo de la cara de la herramienta.
• La velocidad cortante Vs, que es la velocidad de la viruta relativa a la de la
pieza de trabajo y dirigida a lo largo del plano de corte

Fuerzas de Corte
Los tres métodos más usados en el estudio de las fuerzas de corte son:
 Corte ortogonal
 Presión de corte
 Corte oblicuo
13


Corte ortogonal
En la vida real, el proceso de corte es tridimensional (oblicuo), pero para
entender el concepto se propone un modelo bidimensional llamado de
“Corte Ortogonal”.

Ilustración 2. Corte Ortogonal
F s = Resistencia al corte y actúa sobre la línea del plano de corte.
F n = Fuerza normal al plano de corte; es la resistencia que ofrece la pieza o
el material.
F = Fuerza de fricción de la herramienta actuando sobre el metal, actúa en
contra del movimiento de la viruta sobre la cara de la herramienta

Variables:






α = Angulo de desbastado
φ = Angulo de plano de corte
t0 = profundidad de corte
tc = espesor de la viruta
rc = razón de espesor de viruta y profundidad de corte

14


Tipos de Viruta

Ilustración 3. Tipos de Viruta

Ilustración 4. Tipos de Viruta

15


Clasificación de Las Herramientas De Corte
Las herramientas se pueden clasificar de diferentes maneras, las más
comunes responden al número de filos, el material del que están fabricadas,
al tipo de movimiento que efectúa la herramienta, al tipo de viruta generada
o al tipo de máquina en la que se utiliza. A continuación se presenta un
ejemplo de algunas herramientas y como pueden ser agrupadas para su
clasificación.

De acuerdo al número de filos
a) De un filo, como los buriles de corte de los tornos o cepillos.
b) De doble filo en hélice, como las brocas utilizadas para los taladros.
c) De filos múltiples, como las fresas o las seguetas

De acuerdo al tipo de material con que están fabricadas
 WS. Acero de herramientas no aleado. 0.5 a 1.5% de contenido de
carbón. Soportan sin deformación o pérdida de filo 250°C. También se
les conoce como acero al carbono.
 SS. Aceros de herramienta aleados con wolframio, cromo, vanadio,
molibdeno y otros. Soporta hasta 600°C. También se les conoce como
aceros rápidos.
 HS. Metales duros aleados con cobalto, carburo de carbono,
tungsteno, wolframio y molibdeno. Son pequeñas plaquitas que se
unen a metales corrientes para que los soporten. Soportan hasta
900°C.
 Diamante. Material natural que soporta hasta 1800°C. Se utiliza como
punta de algunas barrenas o como polvo abrasivo.
 Materiales cerámicos. Se aplica en herramientas de arcilla que
soportan hasta 1500°C. Por lo regular se utilizan para terminados.

Por el tipo de movimiento de corte
 Fijo. La herramienta se encuentra fija mientras el material a trabajar se
incrusta debido a su movimiento. Por ejemplo los tornos, en los que la
pieza gira y la herramienta está relativamente fija desprendiendo
viruta.
 Contra el material. La herramienta se mueve en contra del material,
mientras este se encuentra relativamente fijo, como en los cepillos.
16


 En contra dirección. La herramienta y el material se mueven un en
contra una del otro, como en el esmerilado sobre torno.

Por el tipo de viruta que genera
 Viruta continua, en forma de espiral.
 En forma de coma.
 Polvo sin forma definida.

Por el tipo de máquina en la que se utiliza






Torno
Taladro
Fresa
Cepillo
Broca

Velocidades y avance para corte
La velocidad a la cual gira la pieza de trabajo en el torno es un factor
importante y puede influir en el volumen de producción y en la duración de
la herramienta de corte. Una velocidad muy baja en el torno ocasionará
pérdidas de tiempo; una velocidad muy alta hará que la herramienta se
desafile muy pronto y se perderá tiempo para volver a afilarla. Por ello, la
velocidad y el avance correctos son importantes según el material de la
pieza y el tipo de herramienta de corte que se utilice.

Velocidad de corte
La velocidad de corte para trabajo en un torno se puede definir como la
velocidad con la cual un punto en la circunferencia de la pieza de trabajo
pasa por la herramienta de corte en un minuto. La velocidad de corte se
expresa en pies o en metros por minuto. Por ejemplo, si el acero de máquina
tiene una velocidad de corte de 100 pies (30 m) por minuto, se debe ajustar
la velocidad del torno de modo que 100 pies (30 m) de la circunferencia de
17


la pieza de trabajo pasen frente al al punta de la herramienta en un minuto.
La velocidad de corte (VC) recomendada para diversos materiales aparece en
la siguiente tabla.

Ilustración 5. Velocidad de Corte de algunos metales

Avance del torno
El avance de un torno se define como la distancia que avanza la herramienta
de corte a lo largo de la pieza de trabajo por cada revolución del husillo. Por
ejemplo, si el torno está graduado por un avance de 0.008 pulg (0.20 mm), la
herramienta de corte avanzará a lo largo de la pieza de trabajo 0.008 pulg
(0.20 mm) por cada vuelta completa de la pieza. El avance de un torno
paralelo depende de la velocidad del tornillo o varilla de avance. Además, se
controla con los engranes desplazables en la caja de engranes de cambio
rápido.

Para ajustar el avance del torno
1. Consulte la placa en la caja de engranes de cambio rápido para
seleccionar la cantidad necesaria de avance.
2. Mueva la palanca dentro del agujero que está directamente debajo de la
hilera en la cual se encuentra el avance seleccionado.
18


3. Siga hacia la izquierda la hilera en la cual se encuentra el avance
seleccionado y ponga las palancas de cambio de avance en las letras
indicadas en la palanca..

Dureza Brinell
La dureza es una propiedad que mide la capacidad de resistencia que
ofrecen los materiales a procesos de abrasión, desgaste, penetración o de
rallado. Para medir la dureza de un material se emplea un tipo de ensayo
consistente en calibrar la resistencia de un material a la penetración de un
punzón o una cuchilla que se usa como indentador. Este indentador
usualmente consta en su extremo, o bien de una esfera, o bien de una pieza
en forma de pirámide, o en forma de cono y que está compuesto de un
material mucho más duro que el material que se está midiendo. La
profundidad de la entalla que se produce en el material al ser rallado por
este penetrador nos dará una medida de su dureza.
Existen varios métodos para calibrar la dureza de un material, siendo el
método Brinell y el método Rockwell los más comunes.
El método Brinell (ASTM E10) es un tipo de ensayo utilizado para calcular la
dureza de los materiales. Consiste en una esfera de 10 mm de diámetro,
usualmente de un acero endurecido, que se presiona contra la superficie del
material objeto de estudio bajo una carga estática de 3.000 kg. El tamaño de
la huella nos proporcionará una medida de la dureza, denominada dureza
Brinell, bajo estas condiciones del ensayo.

Equipo de seguridad
Dentro del desarrollo del proyecto se utilizó diverso equipo de seguridad
para la protección de múltiples partes corporales que pudieran llegar a ser
afectadas por factores secundarios como pueden ser chispas, rebabas, etc.

19


A continuación se muestra el equipo necesario para la mantener la
seguridad en los talleres de manufactura.
materiales y propiedades
Refuerzos en palma y los dedos, en Carnaza, Vaqueta o Caucho SBR
Costura con Hilo doble.
Durables contra la abrasión.
Los guantes de carnaza son resistentes a la abrasión y a las chispas de
soldadura.
Protegen las manos contra objetos ásperos y agudos que pueden penetrar.
Usos Comunes
Aplicaciones generales que requieran protección a la abrasión y la ventilación
que brindan el cuero y el algodón, tales como ensamblaje, construcción,
fabricación, jardinería, mantenimiento, metalurgia, minería, limpieza, Trabajos
con herramientas de alto riesgo, Trabajos eléctricos, Industria maderera, metal
mecánica, Manejo de materiales, Trabajos de soldadura

Ilustración 6. Guantes de carnasa

Limitaciones de uso
• No proporcionan protección contra impactos severos
como explosiones, fragmentos de las ruedas de amolar o
de ruedas abrasivas.
• No se sugiere para ambientes con presencia de
elementos gaseosos (gases y vapores).
• No para protección contra salpicaduras de líquidos o
químicos, o ambientes con presencia de neblina o polvo
fino.
• No para operaciones que expongan los ojos a niveles
peligrosos de radiación optica, por ejemplo quemas, corte
o soldadura con soplete, soldadura eléctrica (arco),
operaciones de horno, fundición de metal, soplado de
vidrio.
aplicaciones
• No para actividades deportivas ni juegos de combate
Trabajos que puedan implicar el riesgo simulado. de
de impacto
material particulado sólido en ojos.
• No para protección contra rayos láser

Ilustración 7. Lentes de Seguridad
20


Análisis de deformación y de elemento finito
El software utiliza el Método de elemento finito (FEM). El FEM es una técnica
numérica para analizar diseños de ingeniería. El FEM está aceptado como el
método de análisis estándar debido a su generalidad y compatibilidad para
ser implementado en computadoras. El FEM divide el modelo en numerosas
piezas pequeñas de formas simples llamadas "elementos", que reemplazan
eficazmente un problema complejo por muchos problemas simples que
deben ser resueltos de manera simultánea.

Ilustración 8. Imagen de Solidworks
Los elementos comparten puntos comunes denominados nodos. El proceso
de división del modelo en pequeñas piezas se denomina mallado.
El comportamiento de cada elemento es bien conocido bajo todas las
situaciones de soporte y carga posibles. El método de elemento finito utiliza
elementos con formas diferentes.
La respuesta en un elemento, en cualquier momento, se interpola desde la
respuesta en los nodos del elemento. Cada nodo está descrito en detalle por
un cierto número de parámetros, según el tipo de análisis o del elemento
utilizado. Por ejemplo, la temperatura de un nodo describe por completo su
respuesta en el análisis térmico. Para el análisis estructural, la respuesta de
un nodo está descrita, por lo general, por tres traslaciones y tres rotaciones.
Se denominan grados de libertad (GDL). El análisis que utiliza FEM se
denomina Análisis de elementos finitos (FEA).

21


Ilustración 9. FEA
El software formula las ecuaciones que rigen el comportamiento de cada
elemento teniendo en cuenta su conectividad con los demás elementos.
Estas ecuaciones hacen referencia a la respuesta de cargas, restricciones y
propiedades del material conocidas.
A continuación, el programa organiza las ecuaciones en un conjunto mayor
de ecuaciones algebraicas simultáneas y resuelve las desconocidas.
En el análisis de tensión, por ejemplo, el solver encuentra los
desplazamientos en cada nodo y, posteriormente, el programa calcula las
deformaciones unitarias y finalmente las tensiones.
El software ofrece el siguiente tipo de estudios:


Estudios estático (o de tensión). Los estudios estáticos calculan
desplazamientos, fuerzas de reacción, deformaciones unitarias,
tensiones y la distribución del factor de seguridad. El material falla en
ubicaciones donde las tensiones exceden cierto nivel. Los cálculos del
factor de seguridad se basan en uno de cuatro criterios de fallos.

Los estudios estáticos pueden ayudarle a evitar fallos ocasionados por altas
tensiones. Un factor de seguridad menor que la unidad indica una falla del
material. Factores de seguridad elevados en una región contigua indican
tensiones bajas y la posibilidad de eliminar algún material de esta región. El
criterio de máxima tensión de von Mises se basa en la teoría de von MisesHencky, también conocida como teoría de la energía de cortadura o teoría
de la energía de distorsión máxima.
En términos de las tensiones principales s1, s2 y s3, la tensión de von Mises se
expresa de la siguiente manera:
22


svonMises = {[(s1 - s2)2 + (s2 - s3)2 + (s1 - s3)2]/2}(1/2)
La teoría expone que un material dúctil comienza a ceder en una ubicación
cuando la tensión de von Mises es igual al límite de tensión. En la mayoría
de los casos, el límite elástico se utiliza como el límite de tensión. Sin
embargo, el software le permite utilizar el límite de tensión de
tracción/ruptura o establecer su propio límite de tensión.

svonMises ≥ slimit
El límite elástico es una propiedad dependiente de la temperatura. Este valor
especificado del límite elástico debe considerar la temperatura del
componente. El factor de seguridad en una ubicación se calcula a partir de:
Factor de seguridad (FDS) = slimit

/ svonMises.

Stepper Motor
A stepper motor (or step motor) is a brushless DC electric motor that divides
a full rotation into a number of equal steps. The motor's position can then
be commanded to move and hold at one of these steps without any
feedback sensor (an open-loop controller), as long as the motor is carefully
sized to the application.
Switched reluctance motors are very large stepping motors with a reduced
pole count, and generally are closed-loop commutated.

Fundamentals of operation
DC brush motors rotate continuously when voltage is applied to their
terminals. Stepper motors, on the other hand, effectively have multiple
"toothed" electromagnets arranged around a central gear-shaped piece of
iron. The electromagnets are energized by an external control circuit, such as
a microcontroller. To make the motor shaft turn, first, one electromagnet is
given power, which magnetically attracts the gear's teeth. When the gear's
teeth are aligned to the first electromagnet, they are slightly offset from the
23


next electromagnet. So when the next electromagnet is turned on and the
first is turned off, the gear rotates slightly to align with the next one, and
from there the process is repeated. Each of those rotations is called a "step",
with an integer number of steps making a full rotation. In that way, the
motor can be turned by a precise angle.

Types
There are four main types of stepper motors:
 Permanent magnet stepper (can be subdivided into 'tin-can' and
'hybrid', tin-can being a cheaper product, and hybrid with higher
quality bearings, smaller step angle, higher power density)
 Hybrid synchronous stepper
 Variable reluctance stepper
 Lavet type stepping motor
Permanent magnet motors use a permanent magnet (PM) in the rotor and
operate on the attraction or repulsion between the rotor PM and the stator
electromagnets. Variable reluctance (VR) motors have a plain iron rotor and
operate based on the principle that minimum reluctance occurs with
minimum gap, hence the rotor points are attracted toward the stator magnet
poles. Hybrid stepper motors are named because they use a combination of
PM and VR techniques to achieve maximum power in a small package size.

Unipolar motors
A unipolar stepper motor has one winding with center tap per phase. Each
section of windings is switched on for each direction of magnetic field. Since
in this arrangement a magnetic pole can be reversed without switching the
direction of current, the commutation circuit can be made very simple (e.g., a
single transistor) for each winding. Typically, given a phase, the center tap of
each winding is made common: giving three leads per phase and six leads
for a typical two phase motor.
Often, these two phase commons are internally joined, so the motor has only
five leads.

24


A micro controller or stepper motor controller can be used to activate the
drive transistors in the right order, and this ease of operation makes unipolar
motors popular with hobbyists; they are probably the cheapest way to get
precise angular movements. (For the experimenter, the windings can be
identified by touching the terminal wires together in PM motors. If the
terminals of a coil are connected, the shaft becomes harder to turn. one way
to distinguish the center tap (common wire) from a coil-end wire is by
measuring the resistance. Resistance between common wire and coil-end
wire is always half of what it is between coil-end and coil-end wires. This is
because there is twice the length of coil between the ends and only half
from center (common wire) to the end.) A quick way to determine if the
stepper motor is working is to short circuit every two pairs and try turning
the shaft, whenever a higher than normal resistance is felt, it indicates that
the circuit to the particular winding is closed and that the phase is working.

Bipolar motor
Bipolar motors have a single winding per phase. The current in a winding
needs to be reversed in order to reverse a magnetic pole, so the driving
circuit must be more complicated, typically with an H-bridge arrangement
(however there are several off-the-shelf driver chips available to make this a
simple affair). There are two leads per phase, none are common.
Static friction effects using an H-bridge have been observed with certain
drive topologies.
Dithering the stepper signal at a higher frequency than the motor can
respond to will reduce this "static friction" effect.
Because windings are better utilized, they are more powerful than a unipolar
motor of the same weight. This is due to the physical space occupied by the
windings. A unipolar motor has twice the amount of wire in the same space,
but only half used at any point in time, hence is 50% efficient (or
approximately 70% of the torque output available). Though a bipolar stepper
motor is more complicated to drive, the abundance of driver chips means
this is much less difficult to achieve.

25


An 8-lead stepper is wound like a unipolar stepper, but the leads are not
joined to common internally to the motor. This kind of motor can be wired
in several configurations:
 Unipolar.
 Bipolar with series windings. This gives higher inductance but lower
current per winding.
 Bipolar with parallel windings. This requires higher current but can
perform better as the winding inductance is reduced.
 Bipolar with a single winding per phase. This method will run the
motor on only half the available windings, which will reduce the
available low speed torque but require less current.

The L298HN Stepper Motor Driver

Ilustración 10. L298 driver

26


Ilustración 11. Schematic L298

DC Motors
Almost every mechanical movement that we see around us is accomplished
by an electric motor. Electric machines are a means of converting energy.
Motors take electrical energy and produce mechanical energy. Electric
motors are used to power hundreds of devices we use in everyday life.
Motors come in various sizes. Huge motors that can take loads of 1000’s of
Horsepower are typically used in the industry. Some examples of large
motor applications include elevators, electric trains, hoists, and heavy metal
rolling mills. Examples of small motor applications include motors used in
automobiles, robots, hand power tools and food blenders. Micro-machines
are electric machines with parts the size of red blood cells, and find many
applications in medicine.

Lorentz’s Law of electromagnetic forces

27


A current-carrying wire in a magnetic field will induce an electromotive
force.

Ilustración 12. Fuerza de Lorentz

Motor Properties
Torque is proportional to current
Inductors oppose the change in current. Mathematically this is:

As motor turns, then:
 dI dt increases and hence VL increases
 Induced voltage opposes applied voltage and limits current
 Induced voltage is called back EMF

28


Torque coil makes available is proportional to current:

Torque is independent of voltage
Mechanical power output by shaft equals electrical power minus heating
losses

29


Motor speed increases then torque decreases

Equations for Starter

The maximum current can´t be bigger than 2 times the nominal current.

At the start:

30


Values for the resistance in the starter
For the values in the resistances need to be 4.17 Ω. We will only use 1
resistance.

Resistance from commercial values
The commercial values of the resistances that we found are of 1 Ω.

Pneumatics
Pneumatics is a section of technology that deals with the study and
application of pressurized gas to produce mechanical motion.
Pneumatic systems, that are used extensively in industry, and factories, are
commonly plumbed with compressed air or compressed inert gases. This is
because a centrally located and electrically powered compressor, that
powers cylinders and other pneumatic devices through solenoid valves, can
often provide motive power in a cheaper, safer, more flexible, and more
reliable way than a large number of electric motors and actuators.
Pneumatics also has applications in dentistry, construction, mining, and
other areas.

Examples of pneumatic systems and components
31

 Air brakes on buses and
trucks
 Air brakes on trains
 Air compressors
 Air
engines
for
pneumatically
powered
vehicles
 Barostat systems used in
Neurogastroenterology and
for researching electricity
 Cable jetting, a way to install
cables in ducts
 Compressed-air engine and
compressed-air vehicles
 Gas-operated reloading
 Holman
Projector,
a
pneumatic
anti-aircraft
weapon
 HVAC control systems
 Inflatable structures
 Lego pneumatics can be
used to build pneumatic
models





















Exercise machines
Pipe organs:
Electro-pneumatic action
Tubular-pneumatic action
Pneumatic actuator
Pneumatic air guns
Pneumatic bladder
Pneumatic cylinder
Pneumatic Launchers, a type
of spud gun
Pneumatic mail systems
Pneumatic motor
Pneumatic tire
Pneumatic tools:
Jackhammer used by road
workers
Pneumatic nailgun
Pressure regulator
Pressure sensor
Pressure switch
Vacuum pump

Pneumatic logic
Pneumatic logic systems (sometimes called air logic control) are often used
to control industrial processes, consisting of primary logic units such as:








And Units
Or Units
'Relay or Booster' Units
Latching Units
'Timer' Units
Sorteberg relay
Fluidics amplifiers with no moving parts other than the air itself

Pneumatic logic is a reliable and functional control method for industrial
processes. In recent years, these systems have largely been replaced by
analog electronic or digital control systems in new installations because of


the smaller size, lower cost, greater precision, and more powerful features of
digital controls. Many pneumatic devices are still used in processes, however,
where the advantages of digital controls are outweighed by such
considerations as:
 The cost of upgrading an entire system from pneumatic to digital
control is prohibitive.
 Safety might be compromised (e.g., potential sparks near explosive
gases).
 Compressed air is the most viable energy source available.

Desarrollo
Etapa Neumática
El problema planteado es el siguiente:
 Puede activarse manualmente o que lo haga automáticamente.
 Se tiene un depósito de láminas de acrílico de 10x15 cm que se
encuentra detrás de un pequeño CNC.
 Se necesita empujar cada lámina de este depósito hacia una banda
transportadora con un Cilindro CY1 con 100 mm de carrera, CY1
termina su carrera y se espera 5 segundos.
 Cuando pasaron los 5 segundos del CY1, el cilindro CY2 de 100 mm
de carrera empuja la lámina para colocarla en la meza de trabajo del
CNC donde será maquinado.
 El tiempo de maquinado de cada placa es de 15 segundos.
 Un tercer cilindro CY3 de 100 mm de carrera recibirá la orden
después de los 30 segundos que el maquinado ha terminado y hará
su carrera donde al final de ella una ventosa succionara la lámina de
acrílico para levantarla y esperar en su posición inicial.
 Cuando CY3 identifica que pasaron 5 segundos, soltará la pieza en un
depósito automático debajo de él.
 Se regresan a su posición inicial el CY1 y CY2.

Condiciones de diseño
 Realizo diagrama electo-neumático, de su circuito con su simulación
sin presentar líneas empalmadas, o sin conectar.
33


 Con las válvulas adecuadas para el tipo de cilindro, con silenciadores
en escapes, una sola FRL y una sola FAC, interruptor neumático
vinculado con el encendido del circuito.
 Todo eléctrico acepto cilindros y electro-válvulas (acepto reguladoras,
escape rápido, and, or, generadora de vacío, etc.) De caso de usar
AND, OR elija solo una de las dos.
 Presenta cuando menos 3 cilindros de cualquier tipo o algún otro
actuador como ventosa, motor neumático, etc. Uno de los cilindro su
posición inicial es extendida.( solo puede usar un cilindro de simple
efecto).
 Cuando menos 3 tipos válvulas neumáticas de las 4 que existen
(electroválvulas, reguladoras, escape rápido, and , or, generadora de
vacío, etc.).
 Se puede operar de manera automática así como de forma manual
(un solo ciclo al pulsar un botón de inicio.) Cuenta con encendido
eléctrico así como paro de emergencia con retorno de los cilindros a
su posición inicial.
 No cuenta con contactos, relevadores, interruptores que no estén
justificados con algún accionamiento (usar contador de pulsos de 5 a
10).
 Usa funciones con relevadores cuando menos 3, como memoria,
negación, amplificación, AND, OR, multiplicación de señales,
conversión, retraso de tiempo etc.( el diagrama de escalera cumple
con conexiones eléctricas en eslabones o peldaños bien definidos).
 El funcionamiento del circuito de escalera, es una combinación de
accionamientos , eléctricos, manuales y mecánicos cuando menos un
interruptor o limit switch eléctrico
 No accionamientos neumáticos.

Material









3 cilindros de doble efecto
1 ventosa
3 válvulas electromecánicas 5/2 bi-estables
1 válvula electromecánica 3/2 biestable
FRL
3 Válvulas extranguladoras
FAC
34









12 obturadores
3 pulsadores
8 Solenoides de Válvula
3 Reles con deceleración de arranque
13 relevadores
Fuente de 24V

Circuito Neumático

Ilustración 13. Circuito Neumático

CY1






A1: activa CY1
L1: desactiva CY1
M3: marca a 0mm
M1: marca a 100mm
A2: marca a 100mm

CY2






B2: activa CY2
L2: desactiva CY2
M2: marca a 100mm
B3: marca a 99mm
A3: marca 100mm
35


CY3







D2: activa CY3
G2: desactiva CY3
E1: marca a 99mm
E2: marca a 98mm
G2: marca 100mm
G2: marca 0mm

Circuito Eléctrico

Ilustración 14. Circuito neumático en Ladder

Etapa de cálculos para motor de la banda
For the construction we used:

36








Protoboard
4 Resistances of 1 Ω
Tip 41 Transistor
Arduino
Computer

We connected the Arduino Digital Output to the Protoboard, were the small
circuit of the motor will be controlated.

Ilustración 15. Osciloscopio
⁄

37


Ilustración 16. Pico de Corriente

Ilustración 17. Osciloscopio

Cálculos para arrancador de motor
38


V = 12 v

RT = 4.87Ω - 0.7Ω

Inom = 1.23A

RT =4.17Ω

Inom (2) = 2.46A = Imax

E = VB - I RT

Ra = 0.7Ω

E = 12v – 1.23ª

Starting:

E = 10.77v

W=0

VB = Imax (Ra + RT) + E

E=0

RT1 = (VB-E)/Imax- 0.7Ω

C =VB/Imax=12v/2.46A= 4.87Ω

(12v -10.77)/(2.46 A)- 0.7Ω=
1.23/2.46A- 0.7Ω = 0.5 – 0.07 = 0.2 Ω

Ra + RT = 4.87Ω

The resistence must be a resistor of 4.87Ω for the starter of the motor,
because the second value of resistence is negative.

Program To control the start of the motor
#define motor 9
void setup(){
pinMode(motor,OUTPUT);

}void loop(){

digitalWrite(motor,HIGH);
delay (1000);
digitalWrite(motor,LOW);
}

39

MTR 6° B / DISEÑO MECÁNICO
ING. MOISÉS MUÑOZ IBARRA

Etapa de diseño
El motivo por la realización de las piezas en Solidworks, es para crear una
pieza con un diseño con medidas ya especificadas. Las piezas diseñadas
fueron las que son especiales, es decir, son las piezas que son el distintivo de
nuestro diseño y que fueron diseñadas totalmente por nosotros, partiendo
de los conocimientos previos de CNC funcionales.

mesa_cnc

Ilustración 18. mesa_cnc
La primera pieza fue la mesa_cnc, misma que es toda la base de la estructura
conocida como router, con las siguientes medidas:

40


Ilustración 19. Medidas base_cnc

Ilustración 20. Medidas base_cnc

Los orificios realizados son en donde se colocaran los ejes de movimiento,
los postes del router y los motores que controlan los tornillos sin fin.

41


Ilustración 21. base_cnc

Se le realizó un estudio de cargas estáticas dentro del SimmulationExpress
para hacer una simulación de la carga total de la estructura completa.
Aproximadamente se considera que el peso ejercido seria de 8 Kg. Mismo
que se considera para el análisis.

Ilustración 22. Analisis de Esfuerzo base_cnc
Aquí se muestran las sujeciones, que en este caso sería el piso debajo del
CNC y la presión del peso de la estructura.
42


Se observan aquí la fuerza, distribuida uniformemente para la superficie de
contacto con la estructura.

Ilustración 23. fuerza y sujeciones base_cnc

lateral_1_cnc y lateral_2_cnc

Ilustración 24. lateral_1_cnc y lateral_2_cnc
Son los postes correspondientes que sostienen el eje X y brindan altura al
CNC. Los orificios realizados son en donde se colocaran los ejes de
movimiento y los motores que controlan los tornillos sin fin.
43


para hacer una simulación de la carga del taladro con sus respectivos ejes de
movimiento y el motor en el eje. Aproximadamente se considera que el peso
ejercido seria de 2 Kg. Mismo que se considera para el análisis.

base_taladro

Ilustración 25. base_taladro
Es la base donde se coloca el taladro que desvastará las piezas. El mismo va
sujeto al eje base_eje_z y base_eje_x.

44


Ilustración 26. Medidas base_taladro

Ilustración 27. Medidas base_taladro
para hacer una simulación de la carga del taladro. Aproximadamente se
considera que el peso ejercido seria de 1Kg. Mismo que se considera para el
análisis.

45


Ilustración 28. Analisis de base_taladro
Aquí se muestran las sujeciones, que en este caso serían los orificios que lo
sujetan al eje base_eje_x.
contacto con la base.

Ilustración 29. Sujeciones y fuerza base_taladro
46


base_eje_x

Ilustración 30. base_eje_x
Es la parte que sostiene el taladro y que esta unida a los ejes de movimiento
y al tornillo sin fin que controla su movimiento, en el orificio de en medio se
pondrá el tornillo sin fin.

47


Ilustración 31. Medidas base_eje_x

Ilustración 32. Medidas bae_eje_x

48


ejercido seria de 1.2 Kg. Mismo que se considera para el análisis.

Ilustración 33. Analisis base_eje_x
Aquí se muestran las sujeciones, que en este caso serían los 2 orificios de los
ejes y la rosca del tornillo sin fin.
contacto con los ejes.

49


Ilustración 34. Fuerza y sujecion base_eje_x

base_eje_z

Ilustración 35. base_eje_z
Es la parte que sostiene el taladro y que está unida a los ejes de movimiento
y al tornillo sin fin que controla su movimiento, en el orificio de en medio se
pondrá el tornillo sin fin.

50


Ilustración 36. Medidas base_eje_z

Ilustración 37. Medidas base_eje_z
ejercido seria de 0.5 Kg. Mismo que se considera para el análisis.

51


Ilustración 38. Analisis base_eje_z
Aquí se muestran las sujeciones, que en este caso serían los orificios de los
tornillos.
contacto con los ejes.

Ilustración 39. Fuerza y sujeción base_eje_z
52


Base de motores a pasos

Ilustración 40. base de motores a pasos

Guías de los ejes Y y Z

53


Ilustración 41. Guías de los ejes Y y Z
En la banda transportadora se realizaron distintos tipos de análisis los cuales
son de vital importancia para lograr el funcionamiento óptimo del
mecanismo el proyecto consta de una banda transportadora la cual estará
dividida en dos partes a primera un poco más corta que la segunda tendrá
movilidad a 120º el movimiento será accionado por sensores y realizado por
un mecanismo neumático esto servirá para la distribución del producto que
se transportara.
Se ha considerado la opción de implementar dentro del proyecto pistones
los cuales desplazaran la pieza a sus conductos de acuerdo al tipo de
material.
Análisis de un rodillo el cual estar posicionado por debajo de la banda y será
el que le otorgue el movimiento a esta.

Ilustración 42. Rodillo

54


Propiedades volumétricas





Masa:0.101763 kg
Volumen:1.27204e-005 m^3
Densidad:8000 kg/m^3
Peso:0.997281 N


Ilustración 43. Tensión de Von Misses

55


Ilustración 44. Análisis de Desplazamiento
Aquí se muestran las sujeciones y se observa la fuerza, distribuida
uniformemente para la superficie de contacto.

Ilustración 45. Sujeción

56


Ilustración 46. Fuerza

Etapa de selección de materiales
En diversos lugares se pudo conseguir los materiales, principalmente en una
chatarrera cerca de la universidad, donde se consiguen distintas piezas de
máquinas que las empresas o las personas llevan a vender por kilogramo. Se
consiguió de principia a cuentas la lámina de metal que buscábamos para
hacer las lateral_1_cnc y lateral_2_cnc.
La especie de lámina, tiene tres capas, dos de una placa de metal y una en
medio de plástico. Brinda gra profundidad con poco peso.
En el mismo lugar donde se consiguieron esas láminas, se consiguieron
también los ejes de impresoras industriales, los cuales cumplían una función
exactamente igual a la que queremos lograr con ellos, como ejes de
movimiento.
Se consiguieron un bloque y dos placas gruesas de aluminio ya que el
aluminio es un metal dúctil y liviano, ya que se quiere tener un peso bajo
para darle estabilidad a la máquina.

Resistencia mecánica del aluminio
Las características mecánicas del aluminio varían considerablemente
dependiendo del tipo de aleación que se esté considerando.

57


En la siguiente tabla se muestran los valores de la carga de rotura (N/mm2),
el límite elástico (N/mm2), el alargamiento en la rotura (en %) y la dureza
Brinell para las aleaciones de aluminio más comunes:

58


Ilustración 47. Tabla de Aluminio
Por otro lado, la resistencia a cizallamiento es un valor importante a tener en
cuenta para calcular la fuerza necesaria para el corte, así como para
determinadas construcciones. No existen valores normalizados a este
respecto, pero generalmente es un valor que está entre el 55 y 80 % de la
resistencia a la tracción.
En la siguiente tabla se muestran los valores del alargamiento de la pieza
que se alcanza en el ensayo de tracción, justo antes de producirse la rotura
de la pieza:

Ilustración 48. Alargamiento en el ensayo de tracción para las
aleaciones de aluminio
En la siguiente tabla se muestran los valores de dureza Brinell que alcanzan
las distintas aleaciones de aluminio, junto con los datos de la carga de rotura
(N/mm2), el límite elástico (N/mm2) y el alargamiento en la rotura (en %):

59


Ilustración 49. Carga de rotura, límite elástico, alargamiento y dureza
de las aleaciones de aluminio
En la siguiente figura se muestra cómo varía la dureza Brinell para las
distintas aleaciones de aluminio:

60


Ilustración 50. Dureza Brinell (HB) para las aleaciones de aluminio
Las placas y el bloque tenían medidas de:
 Bloque: 8x10x3.8 cm
 Placa1: 8x8x1 cm
 Placa2: 2x3x16 cm
Un tornillo sin fin, fue cortado en tres partes con las medidas de:
 Sinfin1: 45 cm con 9 mm de diámetro
Los motores fueron, motores a pasos, que se consiguieron en la misma
chatarrera. Se consideraron de 6 hilos como bipolares. Cada uno cuenta con
200 pasos por vuelta cada uno y tienen unas medidas aproximadas 5x5x5
cm.
Las uniones se realizaran con tornillos y tuercas de cuerda standard con una
longitud de 1 pulgada y ¼ de pulgada de diámetro. Con cabeza de cruz.

61


Para la mesa_cnc se tiene una placa de acero de 30x30 cm con un espesor
de ½ cm.

Etapa de manufactura
Además de los implementos de seguridad correspondientes, fue usada en
todo momento la bata de laboratorio, para la protección de brazos, manos
y ropa.

lateral_1_cnc y lateral_2_cnc
Para estas piezas se utilizó la lámina con dos placas de metal y una de
plástico, se les dio la forma deseada mediante la cortadora de lámina y se
ajustaron mediante el esmeril. Se obtuvieron 4 placas con la forma deseada,
exactamente del mismo tamaño.

base_eje_z
Esta es la pieza que aprieta la base_eje_x, se siguieron las medidas de
diseño y se realizaron los orificios correspondientes. A esta pieza se le dio
forma en la fresadora mediante el desgaste de viruta de la Placa1.
Se realizaron los orificios correspondientes con las medidas antes
mencionadas. Las r/min requeridas para el torneado de acabado de las
piezas que se harán de aluminio 1.5 pulg. de diámetro (La velocidad de corte
del acero de máquina es de 100):
⁄

base_eje_x
Esta pieza conecta los ejes de movimiento y de transmisión de movimiento
con el taladro y las bases, se hiso de acuerdo a las especificaciones de
diseño y se le dio forma mediante el fresado. Fue la pieza más laborosa y la
que requirió más tiempo de trabajo en el maquinado. Se realizaron varios
62


cortes ortogonales que le dieron la forma desaeada y se realizaron los
orificios de los ejes y el orificio del tornillo sin fin el cual cuenta con las
siguientes medidas importantes a la hora de su fabricación:
 Tornillo sin fin: 9mm de diámetro, aproximadamente 0.355in.
 Broca para hueco del tornillo sin fin: 7.65 mm, aproximadamente
0.305in.
 Machuelo con la misma cuerda que el tornillo sin fin: 9.63mm,
aprocimadamente de 0.38in.
Las r/min requeridas para el torneado de acabado de las piezas que se harán
de aluminio 1.5 pulg. de diámetro (La velocidad de corte del acero de
máquina es de 100):
⁄

base_taladro
La base del taladro es una de las piezas más importantes y que mejor
alineada debe de estar ya que la cortadora del taladro tiene que estar
nivelada y empotrada manera de que se conserve su funcionalidad y su
calidad de desplazamiento. Se le realizaron los dos orificios de los ejes y de
el del tornillo sin fin. A parte de que se le realizaron dos orificios de distintos
tamaños para colocar el taladro.
⁄

mesa_cnc
63


La mesa que se cortara de la placa de acero de 30x30 cm con ½ cm de
espesor, es la base principal por lo que debe de ser la parte más estable y
por lo tanto la más pesada.
⁄

Herramientas De Corte
Al utilizar una broca como las utilizadas para los fresadoras, se dice que es
de filos múltiples como se puede observar a simple vista la pieza que
utilizamos era de 5 hilos. Esta es una como la que se utilizó:

Ilustración 51. Broca para Fresadora

Motor a pasos
Para los motores, se seleccionaron los motores a pasos como el que se
muestra en la siguiente ilustración.

64


Ilustración 52. Motor a pasos
Aquí unas fotos de lo realizado en los talleres de arsa y en las máquinas y
herramientas de la universidad.

Ilustración 53. Manufactura de Rodillo
Angulo que forma parte de las canaletas donde van montados los rodillos.7

65


Ilustración 54. Angulo de Rodillos

Vista lateral de uno de los rodillos en esta parte se muestra perfectamente el
rodillo ya montado sobre la la canaleta.

Ilustración 55. Rodillo vista lateral

66


Ilustración 56. Motor generador del movimiento de la banda

Etapa de ensamble
Para la etapa del ensamble es una de las dos etapas que aun no están
finalizadas y por lo tanto no se ha podido documentar previamente el
desarrollo de esta etapa. Ya que es un proyecto integrador para varias
materias se tiene pensado tener el ensamble final en las fechas finales de las
demás materias. En la brevedad posible será anexada esta etapa.

Banda Transportadora
La operación es muy simple, el proyecto consta de una banda
transportadora que puede ser de paquetes o de piezas.
En la parte donde inicia tendrá una tira de sensores cada uno con un rango
de altura diferente.
En uno de los costados de la banda tendrá pistones o cilindros neumáticos
que serán los responsables de distribuir las piezas según el tamaño al que
pertenezca.

Programa en Ladder del RSLogix Pro

67


Ilustración 57. Diagrama Escalera

Pasos para el funcionamiento del diagrama escalera







El botón de inicio del PLC manda una señal al Cilindro 1, mismo que
saca una pieza del depósito y lo empuja hasta que se encuentre en la
banda transportadora.
El lugar donde la pieza es empujada hacia las bandas tiene un Limit
Switch 1. Y este a su vez prende la banda y apaga el Cilindro 1.
Cuando la banda llega al final de su carrera un Limit Switch 2 detecta
ese momento exacto y activa el Cilindro 2 o Cilindro 4, 5 o 6 para
colocar el material en su lugar correspondiente.
Si el material cae en la mesa de trabajo del CNC, el mismo contará con
un Limit Switch 3 que detecte la presencia de la pieza a trabajar.
68


Activándose Limit Switch 3, se apaga el Cilindro 2 y se prende el
Cilindro 3, que cumple la función de una prensa.

Pasos para el funcionamiento de la banda
La operación es muy simple el proyecto consta de una banda transportadora
que puede ser de paquetes o de piezas en la parte donde inicia tendrá una
tira de sensores cada uno con un rango de altura diferente en uno de los
costados de la banda tendrá pistones o cilindros neumáticos que serán los
responsables de distribuir las piezas según el tamaño al que pertenezca
Pasos para el funcionamiento:
 Un cilindro saca del servidor una pieza la cual cae en la banda
 La pieza o paquete pasa por el apartado del proceso donde se
encuentran los sensores los cuales determinaran de acuerdo a su
altura el cilindro que se accionara si por ejemplo: si el primer sensor
está en uno y los demás en cero se acciona el primero si el primer
sensor y el segundo están en uno y el tercero en cero se activa el
cilindro número dos.
 Las piezas caerán a cajas o totes donde se almacenaran para su
distribución posterior.

Resultados
Como resultado de la etapa de diseño, de selección de materiales y de
manufactura se obtuvieron satisfactoriamente el diseño en software y en
físico como anteriormente se habían requerido, es por eso que concluidas
estas etapas podremos dar por hecho que los resultados obtenidos fueron
los esperados para esta materia, la misma que abarca hasta el proceso de
manufactura.
Ya que este dispositivo nos brinda una gran aplicación benéfica y aplicable
dentro de la ingeniería, en el campo estudiantil y de diseño, hemos
propuesto que para los cursos siguientes de la carrera es posible retomar
69


este proyecto y darle un perfeccionamiento, sobre todo en la etapa de
manufactura, lamentablemente en la Universidad no contamos con la
maquinaria suficiente y no disponemos del tiempo suficiente de los
laboratorios para poder haber dejado perfecta la manufactura.
Acerca de los valores necesarios para cálculos, el hecho de haber realizado
únicamente los análisis matemáticos de la velocidad de corte en torno, es
necesario establecer que fueron los únicos valores de los cuales
disponíamos.
La selección de los materiales utilizados en el proceso de manufactura fue
presentándose en base a como se fueron encontrando los materiales y en
cómo se iban a conseguir. Pero cumplen completamente su función, ya que
al haber trabajado antes con distintos materiales fue fácil poder distinguir lo
que si nos servía y lo que no.
La Seguridad siempre fue un tema presente en todo el proyecto, y para el
funcionamiento de este los puntos más importantes son:
 No introducir dedos ni manos en las partes del tornillo sin fin y en el
taladro.
 No tratar de detener el proceso con herramientas mecánicas.
 Es indispensable utilizar lentes de seguridad si quiere darse un
seguimiento visual al desarrollo del proceso del CNC.
 Utilizarlo en ambientes secos y templados.
 La manera más fácil de interrumpir de golpe el proceso del CNC es
necesario desconectarlo de la fuente de alimentación.
 El torque de los motores es suficiente para poder mutilar dedos, por lo
que no se debe de introducir dedos en los acoples.
 En caso de una emergencia acudir a urgencias.
Para mantener un buen funcionamiento del CNC es necesario seguir las
siguientes indicaciones de Mantenimiento:
 Mantener lubricados los ejes de movimiento.
 Mantener lubricados los tornillos sin fin.
 Mantener las virutas fuera de las guías y de los tornillos sin fin.
70


 Mantener toda la maquina sin polvo ni residuos.
 Evitar tener lubricante en el área de trabajo.
Como los posibles puntos de mejora, se abarcan los siguientes:
 Conseguir elevar la potencia del motor del taladro o en su defecto
conseguir otro taladro con más potencia.
 Maquinar las piezas laterales con una mejor precisión.
 Conseguir guías iguales.
 Mejorar el tornillo sin fin y su mecanismo.
 Conseguir perfil de aluminio para la base_cnc.

71


Conclusiones
Lo más importante para esta materia y en la que en este reporte se dio
hincapié fue la etapa de manufactura, sus respectivo taladrado y fresado
permitieron incluir como la situación más importante del proyecto.
Solucionar el hecho de poder realizar modelos físicos y no solamente dentro
de un software al nivel estudiantil y diseño, así como las medidas de la
máquina representa una gran aplicación benéfica dentro de la ingeniería,
esto por la facilidad de su construcción y la facilidad de la comunicación
entre el software y el hardware de la máquina.
Siempre se pretendió que la selección de los materiales utilizados en el
proceso de manufactura fueran los más económicos y los más aptos para la
realización del proyecto.

72

Proyecto final diseño mecanico mtr6_b_garita_jussepe_zermeño_lara

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Proyecto final diseño mecanico mtr6_b_garita_jussepe_zermeño_lara

Similar a Proyecto final diseño mecanico mtr6_b_garita_jussepe_zermeño_lara (20)

Último

Último (20)

Proyecto final diseño mecanico mtr6_b_garita_jussepe_zermeño_lara