Proyecto electronica

Introducción
Las máquinas basadas en la tecnología que emplea el control numérico
computarizado o CNC, desde centros de mecanizado hasta mesas de corte por plasma,
por sólo citar algunos ejemplos.
En la actualidad, encontramos máquinas CNC en casi todas partes, que ya no solo abarcan
los grandes establecimientos industriales, sino también talleres de todo tipo, tanto de
pequeña como mediana envergadura. Prácticamente no existe ámbito alguno de un
proceso de fabricación que no dependa de estas poderosas y versátiles máquinas. Sin
embargo, a pesar de su amplia aplicación, pocos fuera del entorno industrial están
familiarizados con el fundamento de la tecnología CNC y desconocen su funcionamiento
y utilidad.
Antes y después del control numérico (CNC)
La explosiva expansión industrial desde comienzos del siglo XX y el empleo masivo de
maquinaria impulsada por energía motriz demandó una búsqueda constante de procesos
cada vez más eficientes. Hasta hace unos 60-65 años, la mano de obra requerida en las
tareas industriales era densa, lo cual no sólo exigía enormes dotaciones de obreros, sino
que además afectaba la calidad, precisión y repetibilidad, encarecía los costos y disminuía
la producción.
¿En qué medida? Podemos verlo con un ejemplo simple. Muchos de los que trabajan en
un taller mecánico, por ejemplo, conocen una de las operaciones más sencillas de
manufactura, es decir, perforar orificios en una chapa metálica con un taladro manual de
columna. Para ello, el operario debe realizar una multiplicidad de tareas: ubicar la chapa
en la mesa del taladro, colocar una broca en el mandril y asegurarla al husillo, seleccionar
la velocidad de rotación mediante un cambio de poleas, activar el husillo y accionar la
palanca, o el volante de avance, para dirigir la broca hacia la chapa a mecanizar.
Ahora imaginemos la viabilidad de un proceso como este en un entorno industrial donde
deben realizarse cientos de orificios en cientos de chapas, en el menor tiempo posible, al
menor costo y con la máxima calidad de producción. Ese fue precisamente el desafío que
enfrentaron las industrias durante la primera mitad del siglo XX y, por lo tanto, los
avances tecnológicos cobraron impulso hacia la automatización de los procesos de
manufactura, es decir, hacia el diseño de máquinas capaces de programarse para realizar
automáticamente todas las tareas manuales de un operario. Es así como ya entrada la
década del ’50 se introdujo en Estados Unidos el concepto de control numérico (CN) en
una fresadora, que usaba tecnología de válvulas de vacío y la carga de datos se realizaba
mediante tarjetas perforadas. Ya en los años ’60 la válvulas de vacío eran reemplazadas
por transistores, hasta que la introducción de las computadoras en la década del ’70 sentó
las bases definitivas de lo que hoy conocemos como tecnología del control numérico
computarizado (CNC).
Los microprocesadores revolucionaron el mundo del control numérico, permitiendo
integrar prestaciones tales como, entre otras, ayudas avanzadas de la programación,
presentación gráfica de la trayectoria de la herramienta, subprogramas y ciclos fijos, y
comunicaciones e integración en redes. A comienzos de los ’90 se introdujo la tecnología
de control numérico abierto, que posibilita su personalización y la incorporación de

conocimientos propios, programación gráfica interactiva, comunicación digital con los
accionamientos y otro nutrido etcétera que nos ofrece las notables ventajas actuales de la
maquinaria CNC.
¿Qué es el CNC y cómo está compuesta una máquina CNC?
En pocas palabras, el control numérico computarizado es el uso de una computadora
para controlar y monitorear los movimientos de una máquina herramienta. Entre
esas máquinas herramienta, tanto estáticas como portátiles, podemos
mencionar: fresadora, torno, rectificadora, máquina de corte por láser, por chorro de
agua o por electroerosión, estampadora, prensa, brazo robotizado, etc. Las máquinas de
gran porte cuentan con una computadora dedicada que forma parte del equipo, y la
mayoría dispone de un sofisticado sistema de realimentación que monitorea y ajusta
constantemente la velocidad y posición de la herramienta de corte. Las máquinas menos
exigentes usadas en talleres admiten el uso de una computadora personal externa. El
controlador CNCtrabaja en conjunto con una serie de motores (servomotores y/o motores
paso a paso), así como componentes de accionamientopara desplazar los ejes de la
máquina de manera controlada y ejecutar los movimientos programados.
Una máquina CNC, por lo tanto, consiste en seis elementos principales:
 Dispositivo de entrada
 Unidad de control o controlador
 Máquina herramienta
 Sistema de accionamiento
 Dispositivos de realimentación (sólo en sistemas con servomotores)
 Monitor
La siguiente figura muestra un diagrama de bloques de una máquina CNC típica, provista
de servomotores.

¿ Qué es Arduino ?,
Arduino fue inventado en el año 2005 por el entonces estudiante del instituto IVRAE
Massimo Banzi, quien, en un principio, pensaba en hacer Arduino por una necesidad de
aprendizaje para los estudiantes de computación y electrónica del mismo instituto, ya
que en ese entonces, adquirir una placa de micro controladores eran bastante caro y no
ofrecían el soporte adecuado; no obstante, nunca se imaginó que esta herramienta se
llegaría a convertir en años más adelante en el líder mundial de tecnologías DIY (Do It
Yourself). Inicialmente fue un proyecto creado no solo para economizar la creación de
proyectos escolares dentro del instituto, si no que además, Banzi tenía la intención de
ayudar a su escuela a evitar la quiebra de la misma con las ganancias que produciría
vendiendo sus placas dentro del campus a un precio accesible (1 euro por unidad).
Arduino es una tarjeta electrónica digital y además es un lenguaje de programación
basado en C++ que es «open-source». En español se traduce como de «uso-libre». Su
Hardware esta construido por un microcontrolador de la familia AVR y es una de las
tarjetas electrónicas más usadas para crear prototipos. Las instrucciones del lenguaje
Arduino son muy fáciles de aprender y usar, incluso para personas con poco conocimiento
de electrónica y/o programación. Es una herramienta muy utilizada por estudiantes y
profesionales de sistemas embebidos. Dentro de las tarjetas Arduino más conocidas se
encuentra el Arduino UNO R3.
Arduino es entonces una herramienta de procesamiento digital parecido a una
computadora. Como tal, tiene elementos de entrada o salida digital a los cuales se les
puede conectar: botones, pantallas lcd, teclados, teclados matriciales o sensores digitales.
Ademas de las entradas digitales un Arduino tiene entradas analógicas que nos permiten
medir las señales de sensores análogos. Para poder visualizar la información, se cuenta
con un puerto de comunicación Serial-USB que mediante un puerto USB, de una
computadora, nos permite enviar y recibir mensajes digitales mediante una USART ó
también llamada UART.
Arduino y CNC
El control numérico o control decimal numérico (CN) 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.
Una fresadora CNC, es decir, una máquina controlada por ordenador que es capaz de
moldear, grabar, tallar y fresar todo tipo de materiales de la forma y tamaño que
deseemos. Se puede crear todas las piezas que necesites para tus proyectos con un solo
click de ratón. Al igual que puedes hacer tus propias placas PCB o tallar esculturas 3D.
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 una 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. En el caso de las
fresadoras se controlan también los desplazamientos verticales, que corresponden al eje
Y. Con Arduino es posible hacer una máquina CNC muy similar a como sería una
impresora 3D pero sustituyendo el extrusor por una fresa.
Los motores utilizados para las máquinas CNC son motores paso a paso como los de las
impresoras 3D y necesitamos un driver para poder controlarlos desde Arduino.
El driver:

Drivers para control de motores paso a paso
La palabra Driver puede tener muchos significados (en software, la palabra driver se
asocia a un "controlador de dispositivos"). Aquí tenemos que limitar nuestra definición
a cualquier equipo electrónico inteligente que proporcione un control ajustable de la
velocidad para un motor. El driver para un motor paso a paso corresponde a un circuito
electrónico, el cual tiene la característica de conmutar cada una de las bobinas del
Stepper y a su vez, generar la secuencia en que debe alimentarse cada bobina para
generar un paso. Junto con ello, permite invertir el giro del motor invirtiendo la
secuencia en que las bobinas son conmutadas.
UNIDAD DE MEMORIA INTERNA E INTERPRETACIÓN DE ÓRDENES
Tanto en los equipos de programación manual como en los de programación mixta (cinta
perforada o cassette y teclado), la unidad de memoria interna almacenaba no sólo el
programa sino también los datos máquina y las compensaciones (aceleración y
desaceleración, compensaciones y correcciones de la herramienta, etc.). Son los llamdos
datos de puesta en operación. En las máquinas que poseían sólo cinta perforada como
entrada de datos, se utilizaba memorias buffer. Luego, con el surgimiento del teclado y la
necesidad de ampliar significativamente la memoria (debido a que se debía almacenar en
la misma un programa completo de mecanizado) se comenzaron a utilizar memorias no
volátiles (su información permanece almacenada aunque desaparezca la fuente de
potencia del circuito, por ejemplo en el caso de un fallo en la red) de acceso aleatorio
(denominadas RAM) del tipo CMOS.
Además poseían una batería denominada tampón, generalmente de níquel – cadmio, que
cumplían la función de guardar durante algunos días (al menos tres) todos los datos
máquina en caso de fallo en la red. Una vez almacenado el programa en memoria, inicia
su lectura para su posterior ejecución. Los bloques se van leyendo secuencialmente. En
ellos se encuentra toda la información necesaria para la ejecución de una operación de
mecanizado.

UNIDAD DE CÁLCULO
Una vez interpretado un bloque de información, esta unidad se encarga de crear el
conjunto de órdenes que serán utilizadas para gobernar la máquina herramienta. Como ya
se dijo, este bloque de información suministra la información necesaria para la ejecución
de una operación de mecanizado. Por lo tanto, una vez el programa en memoria, se inicia
su ejecución. El control lee un número de bloques necesario para la realización de un
ciclo de trabajo. Estos bloques del programa son interpretados por el control, que
identifica: la nueva cota a alcanzar (x, y, z del nuevo punto en el caso de un equipo de
tres ejes), velocidad de avance con la que se realizará el trayecto, forma a realizar el
trayecto, otras informaciones como compensación de herramientas, cambio de útil,
rotación o no del mismo, sentido, refrigeración, etc.). La unidad de cálculo, de acuerdo
con la nueva cota a alcanzar, calcula el camino a recorrer según los diversos ejes.
Unidad de enlace con la máquina herramienta y servomecanismos.
La función principal de un control numérico es gobernar los motores (servomotores) de
una máquina herramienta, los cuales provocan un desplazamiento relativo entre el útil y
la pieza situada sobre la mesa. Si consideramos un desplazamiento en el plano, será
necesario accionar dos motores, en el espacio, tres motores, y así sucesivamente. En el
caso de un control numérico punto a punto y paraxial, las órdenes suministradas a cada
uno de los motores no tienen ninguna relación entre sí; en cambio en un control numérico
de contorneo, las órdenes deberán estar relacionadas según una ley bien definida. Para el
control de los motores de la máquina herramienta se pueden utilizar dos tipos de
servomecanismos, a lazo abierto y a lazo cerrado. En los de lazo abierto, las órdenes a los
motores se envían a partir de la información suministrada por la unidad de cálculo, y el
servomecanismo no recibe ninguna información ni de la posición real de la herramienta
ni de su velocidad. No así en un sistema de lazo cerrado, donde las órdenes suministradas
a los motores dependen a la vez de las informaciones enviadas por la unidad de cálculo y
de las informaciones suministradas por un sistema de medidas de la posición real por
medio de un captador de posición (generalmente un encoder), y uno de medida de la
velocidad real (tacómetro), montados ambos sobre la máquina.
Para el caso de DIYLILCNC su funcionamiento es en lazo abierto, por lo que una perdida
de pasos en el movimiento de los motores implica perder los parámetros de referencia en
el proceso de maquinado. GRBL posee algunos elementos en su programación para
reducir esta posibilidad, como la desaceleración del movimiento de los ejes para el
frenado o cambios en la dirección de desplazamiento de la herramienta de fresado.
¿Que es un motor paso a paso?
Un motor paso a paso es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de
pulsos eléctricos en desplazamientos angulares, lo que significa que es capaz de girar
una cantidad de grados (paso o medio paso) dependiendo de sus entradas de control.
Los motores paso a paso son ideales para la construcción de mecanismos en donde se

requieren movimientos muy precisos. La característica principal de estos motores es el
hecho de poder moverlos un paso a la vez por cada pulso que se le aplique. Este paso
puede variar desde 90° hasta pequeños movimientos de 1.8°, Es por eso que ese tipo de
motores son muy utilizados, ya que pueden moverse a deseo del usuario según la
secuencia que se les indique a través de un microcontrolador.
Estos motores poseen la habilidad de quedar enclavados en una posición si una o más de
sus bobinas está energizada o bien total mente libres de corriente.
Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento está basado en un estator construido por varios
bobinados en un material ferromagnético y un rotor que puede girar libremente en el
estator.
Estos diferentes bobinados son alimentados uno a continuación del otro y causan un
determinado desplazamiento angular que se denomina “paso angular” y es la principal
característica del motor.
Tipos de motores paso a paso
Existen tres tipos de motores paso a paso:
 De reductancia variable
 De imán permanente
 Híbrido
Motor paso a paso de reductancia variable
Este motor no utiliza un campo magnético permanente, como resultado puede moverse
sin limitaciones o sin un par de parada. Este tipo de montaje es el menos común y se
usa, generalmente, en aplicaciones que no requieren un alto grado de par de fuerza,
como puede ser el posicionamiento de un mando de desplazamiento.

Se desarrolló con objeto de poder conseguir unos desplazamientos angulares más
reducidos que en el caso anterior, sin que por este motivo haya de aumentarse
considerablemente el número de bobinados. El estator presentará la forma cilíndrica
habitual conteniendo generalmente un total de tres devanados distribuidos de tal forma
que existirá un ángulo de 120° aproximadamente entre dos de ellos.
Si el estator del motor tiene tres bobinas conectadas, con un terminal común , a todas las
bobinas, será probablemente un motor de reluctancia variable. El conductor común se
conecta habitualmente al borne positivo y las bobinas son alimentadas siguiendo una
secuencia consecutiva.
Motor paso a paso de imán permanente
Existen dos tipos de motores de imán permanente que son los más utilizados en la
robótica:
 Unipolares
 Bipolares
 Unipolares
Estos motores suelen tener 5 o 6 cables de salida dependiendo de su conexionado
interno, suelen ser 4 cables por los cuales se recibe los pulsos que indican la secuencia y
duración de los pasos y los restantes sirven como alimentación del motor.Este tipo se
caracteriza por ser más simple de controlar.
Para este tipo de motores existen 3 secuencias de manejo
Secuencia normal

Con esta secuencia el motor siempre avanza un paso por vez debido a que siempre
existen 2 bobinas activadas, con esta secuencia se obtiene un alto torque de paso y
retención
Secuencia Wave drive (paso completo)
En esta secuencia se activa solo una bobina por vez, lo que ocasiona que el eje del
motor gire hacia la bobina activa, En algunos motores esto brinda un funcionamiento
más suave, pero en caso contrario el torque de paso y retención es menor.
Secuencia medio paso
En esta secuencia se activan las bobinas de tal manera que se combinan las secuencia
anteriores, el resultado que se obtiene es un paso más corto (la mitad del paso de las
secuencias anteriores),primero se activan 2 bobinas y posterior mente solo 1 y así
sucesivamente.
Bipolares
Este tipo de motores por lo general tienen 4 cables de salida, necesitan ciertas
manipulaciones para poder ser controlados, debido a que requieren del cambio de
dirección de flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para
realizar un movimiento, es necesario un puente H por cada bobina del motor, es decir
que para controlar un motor paso a paso de 4 cables (dos bobinas), se necesitan usar dos
puentes H. Esto hace que la tarjeta controladora se vuelva mas compleja y costosa. Su
uso no es tan común como en el caso de los de tipo unipolar.

Secuencia para manejarlo
Como se dijo, estos motores requieren de la inversión de la corriente que circula por sus
bobinas en un secuencia determinada. Cada inversión de polaridad provoca el
movimiento de el eje en un paso, El sentido de giro esta determinado por la secuencia
seguida.
Motor paso a paso híbrido
La expresión Motor paso a paso híbrido se refiere a un motor eléctrico del tipo paso a
paso, cuyo funcionamiento se basa en la combinación de los otros dos tipos de motores
paso a paso, el Motor de reluctancia variable y el motor de magnetización permanente.

Bibliografia
https://www.demaquinasyherramientas.com/mecanizado/introduccion-a-la-tecnologia-cnc
https://arduinodhtics.weebly.com/historia.html
https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2016/12/21/maquinas-cnc/
https://www.ingmecafenix.com/electricidad-industrial/motor-paso-a-paso/

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