Este documento describe el control numérico. Define el control numérico como un dispositivo capaz de dirigir posicionamientos de un órgano mecánico móvil a partir de información numérica. Explica los fundamentos, ventajas y clasificación del control numérico, incluyendo sistemas de posicionamiento punto a punto y de contorneo. También cubre la programación, lenguajes de programación, instrucciones y dispositivos de control numérico.

1. UNIDAD III CONTROL NUMERICO

2. ¿QUE ES EL CONTROL NUMERICO?

3. Definición general: Se considera control numérico a todo dispositivo capaz de dirigir posicionamientos de un órgano mecánico móvil, en el que las órdenes relativas a los desplazamientos del móvil son elaboradas en forma totalmente automática a partir de informaciones numéricas definidas, bien manualmente o por medio de un programa.

4. 3.1.- FUNDAMENTOS, VENTAJAS Y CLASIFICACIÓN

5. FUNDAMENTOS: (1725) Máquinas de tejer construidas en Inglaterra, controladas por tarjetas perforadas. (1863) M. Forneaux- primer piano que tocó automáticamente. (1870-1890) Eli Whitney- desarrollo de plantillas y dispositivos. "Sistema norteamericano de manufactura de partes intercambiables. (1880) Introducción de una variedad de herramientas para el maquinado de metales. Comienzo del énfasis en la producción a gran escala.

6. (1940) Introducción de los controles hidráulicos, neumáticos y electrónicos. Aumento del énfasis en el maquinado automático. (1945) Comienzo de la investigación y desarrollo del control numérico. Comienzo de los experimentos de producción a gran escala con control numérico. (1955) Las herramientas automatizadas comenzaron a aparecer en las plantas de producción para la Fuerza Aérea de producción de los Estados Unidos. (1956) Hay concentración en la investigación y el desarrollo del control numérico. (1960) Hasta la actualidad.

7. ÁMBITO DE APLICACIÓN DEL CONTROL NUMÉRICO: Las cuatro variables fundamentales que inciden en la bondad de un automatismo son: Productividad, Rapidez, Precisión y Velocidad. De acuerdo con estas variables, se analiza qué tipo de automatismo es el más conveniente de acuerdo al número de piezas a fabricar.

8. VENTAJAS: Posibilidad de fabricación de piezas imposibles o muy difíciles: Gracias al control numérico se han podido obtener piezas muy complicadas como las superficies tridimensionales necesarias en la fabricación de aviones. Seguridad: El control numérico es especialmente recomendable para el trabajo con productos peligrosos. Precisión: Esto se debe a la mayor precisión de la máquina herramienta de control numérico respecto de las clásicas.

9. Aumento de productividad de las máquinas: Esto se debe a la disminución del tiempo total de mecanización, en virtud de la disminución de los tiempos de desplazamiento en vacío y de la rapidez de los posicionamientos que suministran los sistemas electrónicos de control. Reducción de controles y desechos: Esta reducción es debida fundamentalmente a la gran fiabilidad y repetitividad de una máquina herramienta con control numérico. Esta reducción de controles permite prácticamente eliminar toda operación humana posterior, con la subsiguiente reducción de costos y tiempos de fabricación.

10. CLASIFICACIÓN Se dividen fundamentalmente en :

11. Equipos de control numérico de posicionamiento o punto a punto En un sistema punto a punto, el control determina, a partir de la información suministrada por el programa y antes de iniciarse el movimiento, el camino total a recorrer. Posteriormente se realiza dicho posicionamiento, sin importar en absoluto la trayectoria recorrida, puesto que lo único que importa es alcanzar con precisión y rapidez el punto en cuestión.

12. Siempre que se quiera realizar trayectorias que no sean paraxiales (rectas según los ejes) es necesario que el sistema de control posea características especiales.

13. Los sistemas de contorneo Los equipos que permiten generar curvas reciben el nombre de equipos de contorneo.

14. Los sistemas de contorneo gobiernan no sólo la posición final sino también el movimiento en cada instante de los ejes en los cuales se realiza la interpolación. En estos equipos deberá existir una sincronización perfecta entre los distintos ejes, controlándose, por tanto, la trayectoria real que debe seguir la herramienta. Con estos sistemas se pueden generar recorridos tales como rectas con cualquier pendiente, arcos de circunferencia, cónicas o cualquier otra curva definible matemáticamente. Estos sistemas se utilizan, sobre todo, en fresados complejos, torneados, etc. Equipos de control numérico de contorneo.

15. 3.2.- PROGRAMACIÓN

16. PROGRAMACIÓN A continuación se describen los distintos pasos de que constan las operaciones de mecanizado mediante máquinas de CN, sin considerar un lenguaje de programación. Para seguir los pasos necesarios, la máquina CNC requiere principalmente, información tecnológica y geométrica.

17. La información geométrica consiste en: Datos dimensiónales del contorno final, Descripción de los movimientos de la herramienta y Posicionamiento en el área de trabajo del cero y puntos de referencia necesarios.

18. Programación geométrica simple Procedimiento: Se debe establecer el punto cero de la pieza. Todos los puntos geométricos importantes deberían ser numerados a lo largo del contorno acabado, así como preparar una tabla que proporcione las coordenadas de esos puntos. Los movimientos de la herramienta deberían ser descritos en la secuencia correcta.

19. La información tecnológica consiste en: Datos necesarios sobre la herramienta a usar, Datos de corte (velocidad, avance, etc.) y Funciones de la máquina a ser controladas (refrigeración, etc.). Fig.1: Relación entre información geométrica y tecnológica para los pasos de mecanizado

20. Programación de datos tecnológicos Además de la información geométrica descrita en el recorrido de la herramienta, un programa CN también debe contener datos de información tecnológica. Esta información se refiere principalmente a la elección de: La herramienta, La velocidad de avance y La velocidad de corte o velocidad de rotación. Fig.2: Herramientas de torneado: para desbaste, de acabado, para roscar, de acabado

21. Programación con distribución de pasadas La programación de la operación de acabado tal y como se ha descrito en los puntos anteriores, asume que el contorno puede obtenerse por una simple operación de acabado de la pieza. En cualquier caso, la situación es tan sumamente frecuente, que el proceso consiste en completar un número de pasadas de desbaste sobre la pieza antes de que pueda comenzarse con el acabado del contorno.

22. Lenguaje de programación CN De acuerdo con el estándar DIN 66025*, las letras A-Z, cuando se usan como letras de dirección, tienen el siguiente significado:

24. El lenguaje de programación de un sistema de control determina las reglas con las que deberán construirse los bloques de programa en un programa CN. Las bases del lenguaje de programación usado en sistemas de control CNC están estandarizadas. A continuación se presentan los principios básicos para el desarrollo de bloques de programa:

25. Los bloques de programa consisten en un conjunto de palabras de programa que, a su vez, están compuestas por una letra de dirección y una secuencia de números.

26. Las letras de dirección para funciones suplementarias son: X, Y, Z: datos de coordenadas F: velocidad de avance S: velocidad de giro En el lenguaje de programación de un sistema de control CNC, el fabricante especifica qué instrucciones pueden programarse, que funciones suplementarias son posibles en conexión con instrucciones individuales y que letras de dirección y secuencias de números forman las instrucciones y funciones suplementarias.

27. Instrucciones CN Aquí se muestran un conjunto de importantes instrucciones de estándares establecidos que aparecen en los lenguajes de programación usados en sistemas de control CNC. Estas son las instrucciones:

28. EJEMPLO: Con el punto de partida X=0, Y=50, G02 X60 Y30 I30 J-10 F02 V300 X60 Y30 Punto destino I30 J-10 Centro del arco en dimensiones increméntales F02 Velocidad de avance 0.2 mm/rev. V300 Velocidad de corte 300 m/min

30. 3.3.- DISPOSITIVOS DE CONTROL

31. EJEMPLO: control numérico de un solo eje. la presente invención consiste en un control numérico de un solo eje, que tiene por finalidad automatizar a bajo coste mecanismos que precisan topes motorizados programables, como puede ser el caso de sierras, cizallas, rectificadoras, plegadoras, platos divisores, transfers, etc. para ello, dispone de los elementos de control necesarios gobernados por microprocesador distribuidos todos ellos en una placa de control, la cual incorpora además del microprocesador, elementos de visualización, teclado, contaje, entrada/salida y convertidor digital/analógico.

32. El cual, en colaboración con los anteriores genera las señales de control de velocidad de la maquina cuando dicho control se realiza con motores de corriente continua, mientras que si los motores son de corriente alterna, las señales de control se toman de las salidas correspondientes de la unidad de entrada/salida. figura.

35. 3.4.- SISTEMAS DE CONTROL

36. SISTEMAS DE CONTROL Funciones programables CN Actualmente las MHCN emplean como método de trabajo la modalidad CNC exclusivamente. Sin embargo, existen en el entorno de la máquina herramienta referencias continuas a la "tecnología CN". Es importante conocer los escalones de dicha tecnología y distinguir entre los términos CN y CNC.

37. Sistemas CN básicos: En las primeras máquinas-herramienta dotadas de unidades de control numérico el programa se confeccionaba externamente y debía ser transferido a la MHCN mediante algún tipo de soporte físico (disquete, casete o cinta perforada). Estos programas CN podían ser puestos en marcha o detenidos a pie de máquina, pero no podían modificarse (editarse). Las correcciones geométricas debidas a las dimensiones de las herramientas y de los dispositivos de sujeción tenían que preverse anticipadamente en la programación y ser gestionadas de manera exhaustiva. El operador montaba las herramientas y los amarres pieza en acuerdo estricto con aquellas consideraciones, utilizando generalmente hojas de proceso o de datos de utillaje.

39. Sistemas CNC: (controlados numéricamente por ordenador) Presentan un ordenador como UC que permite al operador comenzar (o terminar) el programa y además realizar modificaciones (editar) sobre el mismo a pie de máquina manipulando los datos con periféricos de entrada y salida. Las dimensiones de herramientas y utillajes se definen durante el reglaje o inicialización de las mismas, de forma independiente al programa. Estos datos se incorporan automáticamente a la programación durante la ejecución para que sean llevadas a cabo las correcciones pertinentes. Por esta razón el operador puede editar los programas con menos información de partida, limitándose a seleccionar las herramientas o utillajes en esa fase.

41. Tipos de control Los conceptos de interpolación lineal y circular están relacionados con los desplazamientos de los ejes básicos de las MHCN. Interpolación lineal: En este tipo de trayectoria el sistema CNC calcula un conjunto de posiciones intermedias a lo largo de un segmento recto definido entre dos puntos dados. Durante el desplazamiento de una posición intermedia a otra, los movimientos en cada uno de los ejes afectados se corrigen continuamente de tal manera que la trayectoria no se desvía de la recta prefijada más allá de la tolerancia permitida.

42. Interpolación circular: El sistema CNC calcula un conjunto de posiciones intermedias a lo largo del segmento circular definido entre dos puntos dados. Durante el desplazamiento de una posición intermedia a otra, los movimientos en cada uno de los ejes afectados se corrigen continuamente de tal manera que la trayectoria no se desvía del la circunferencia prefijada más allá de la tolerancia permitida.

43. De acuerdo al tipo de control los sistemas CNC se subdividen en tres categorías en nivel creciente de prestaciones: Punto a punto, paraxial y continuo.

44. El control punto a punto Permite el posicionado de la herramienta de acuerdo a puntos programados mediante movimientos simples en cada eje en vacío. Esto supone el que no se pueda controlar la trayectoria de la herramienta en trabajo. Dependiendo del tipo de control los motores de cada eje actúan separada o conjuntamente hasta que se alcanza la posición deseada. El control punto a punto se usa habitualmente en taladradoras o en sistemas de soldadura por puntos.

45. El control paraxial Permite, adicionalmente a los desplazamientos rápidos en vacío, el avance de la herramienta en carga, según trayectorias paralelas a los ejes básicos de la MHCN. En dichas trayectorias sólo actúa un único motor (el que ejecuta el desplazamiento en ese eje) controlándose la distancia a recorrer y la velocidad del avance. Este tipo de control se emplea en cepilladoras CN y fresas o tornos sencillos.

46. El control continuo Los desplazamientos rápidos de la herramienta en vacío. Avances en carga paralelos a los ejes básicos. Avances en carga hasta cualquier punto arbitrario de la pieza utilizando interpolaciones rectas o circulares.

47. 3.5.- CONTROL NUMERICO POR COMPUTADORA

48. Control Numérico por Computador Se considera de Control Numérico por Computador, también llamado CNC (en inglés Computer Numerical Control ) (también Control Numérico Continuo Continuous Numerical Control ). “ A todo dispositivo capaz de dirigir el posicionamiento de un órgano mecánico móvil mediante órdenes elaboradas de forma totalmente automática a partir de informaciones numéricas en tiempo real”. Para maquinar una pieza se usa un sistema de coordenadas que especificarán el movimiento de la herramienta de corte.

49. Principio de funcionamiento 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.

50. 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 laterales del carro y el eje de las Z para los desplazamientos transversales de la torre.

51. En el caso de las fresadoras se controlan los desplazamientos verticales, que corresponden al eje Z. Para ello se incorporan motores eléctricos 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 maquina, esto puede no ser limitado únicamente a tres ejes.

52. Aplicaciones 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 máquinas-herramienta 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.

53. Programación en el control numérico Se pueden utilizar dos métodos:

54. Programación Manual: En este caso, el programa pieza se escribe únicamente por medio de razonamientos y cálculos que realiza un operario.

55. El lenguaje máquina comprende todo el conjunto de datos que el control necesita para la mecanización de la pieza. 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. El programa de mecanizado contiene todas las instrucciones necesarias para el proceso de mecanizado.

56. 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. El comienzo del control numérico ha estado caracterizado por un desarrollo anárquico de los códigos de programación. Cada constructor utilizaba el suyo particular.

57. 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 N999). 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.

58. 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.

59. Ejemplo 1: G00: El trayecto programado se realiza a la máxima velocidad posible, es decir, a la velocidad de desplazamiento en rápido. G01: Los ejes se gobiernan de tal forma que la herramienta se mueve a lo largo de una línea recta. G02: Interpolación lineal en sentido horario. G03: Interpolación lineal en sentido antihorario. G33: Indica ciclo automático de roscado. G77: Es un ciclo automático que permite programar con un único bloque el torneado de un cilindro, etc.

60. M: es la dirección correspondiente a las funciones auxiliares o complementarias. Se usan para indicar a la máquina herramienta que se deben realizar operaciones tales como: parada programada, rotación del husillo a derechas o a izquierdas, cambio de útil, etc. La dirección m va seguida de un número de dos cifras que permite programar hasta 100 funciones auxiliares diferentes.

61. Programación automática En este caso, los cálculos los realiza un computador, que suministra en su salida el programa de la pieza en lenguaje máquina. Por esta razón recibe el nombre de programación asistida por computador.