PROCESOS DE MANUFACTURA ICM 2582

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1 PROCESOS DE MANUFACTURA ICM 2582 PROGRAMACIÓN Y OPERACIÓN DE CENTRO DE MECANIZADO CNC MARZO 2005

2 CONTENIDOS CAPÍTULO I 1. HISTORIA Y CARACTERÍSTICAS DE UN CENTRO DE MECANIZADO CNC 1.1 Antecedentes históricos del CNC 1.2 Conceptos CIM, CNC, CAE, CAD, CAM, CND 1.3 Ventajas comparativas de un centro de mecanizado CNC por sobre uno de mando manual 1.4 Funcionamiento de un centro de mecanizado CNC CAPÍTULO II 2. FUNDAMENTOS GEOMÉTRICOS 2.1 Movimientos de un centro de mecanizado CNC 2.2 Movimientos relativos de la herramienta y dirección de desplazamientos 2.3 Referencia cero máquina y cero pieza 2.4 Sistema de coordenadas 2.5 Desplazamiento y giro del punto cero CAPÍTULO III 3. PROGRAMACIÓN 3.1 Lenguaje de programación ISO 3.2 Programa y subprogramas 3.3 Programación de un contorno 3.4 Ejemplos de programación 3.5 Ciclos de mecanizado 3.6 Velocidades de corte y avance para mecanizado CAPÍTULO IV 4. OPERACIÓN DE UN CENTRO DE MECANIZADO CNC 4.1 Operación de comandos de un centro de mecanizado CNC 4.2 Descripción del teclado 4.3 El panel de operaciones 4.4 Encendido de la máquina 4.5 Operación a través de comandos 4.6 Montar herramientas en magazine 4.7 Calibración punto cero de la pieza 4.8 Ingresar un programa manualmente 2

3 4.9 Editar y alterar programas 4.10 Renombrar y copiar programas 4.11 Comunicación de datos vía RS Transmisión y recepción de datos 4.13 Ejecutar programas en modo automático 3

4 CAPÍTULO I HISTORIA Y CARACTERÍSTICAS DE UN CENTRO DE MECANIZADO CNC 4

5 CAPÍTULO I 1 HISTORIA Y CARACTEÍSTICAS DE UN CENTRO DE MECANIZADO CNC 1.1 Antecedentes históricos del CNC Desde los orígenes del desarrollo tecnológico, las personas han pretendido construir máquinas que repitan operaciones de modo automático. Las primeras máquinas herramientas automáticas eran de mando mecánico mediante sistemas de levas, las que en el caso de los tornos se fabrican hasta la actualidad. La excentricidad de la leva indicaba el recorrido y/o avance del palpador y solidario a éste, el correspondiente carro porta herramienta que mecaniza el contorno deseado. Las operaciones realizadas mediante estos sistemas pueden realizarse cuantas veces se desee. Este tipo de mando automático tiene las siguientes desventajas: La preparación, montaje y sincronización de las levas demanda mucho tiempo; El sistema en general es poco flexible. En el Institute of Technology de Massachussets (MIT) se comenzó en 1948 a desarrollar un sistema por encargo de las Fuerzas Aéreas de EE.UU en el cual un computador asumía el control de una máquina herramienta. Esto era necesario por las piezas integrales cada vez más complicadas para la construcción de aviones. Las piezas eran fáciles de describir matemáticamente, sin embargo, muy difíciles de fabricar con las máquinas herramientas convencionales de mando manual. AÑO DESARROLLO 1957 Entra en funcionamiento la primera máquina herramienta controlada numéricamente, Una Cincinnati Hydrotel con husillo vertical 1960 Fabricantes alemanes presentan su primera máquina de Control Numérico en la feria De Hannover 1965 Aparecieron los primeros cambiadores automáticos de herramientas. El control se encargaba del ritmo de los procesos de cambio Se presentan en el mercado los primeros controles de CNC Se realiza un empleo intenso de estaciones externas de programación. La máquina de CNC se engloba en una red interconectada con un computador 1985 Aparecen controles de CNC con entrada de programas gráficos interactivos (CAD- CAM) 5

6 1.2 Conceptos CIM, CN, CNC, CAE, CAD, CAM, CND: CONCEPTO CIM NC CNC CAE CAD CAM CND SIGNIFICADO Computer Integrated Manufacturing o Manufactura Integrada por computador Interconectado. Desde el Diseño, pasando por el proyecto y la planificación, la preparación del trabajo y el suministro del material, hasta la fabricación, se unen todos los departamentos de una empresa en una interconexión de datos integrada. Numerical Control o Control Numérico, es decir, control mediante números. Con ayuda de los datos introducidos como combinaciones de números, el NC controla una máquina herramienta. Computer Numerical Control o Control Numérico Computarizado, es el mismo NC que se amplía además con un módulo inteligente. El CNC con los datos introducidos, puede realizar, además, cálculos, con cuyos resultados se controla a continuación la máquina herramienta Computer Aided Engineering o Cálculo Asisitido por Computador Computer Aided Design o Diseño Asistido por Computador Computer Arded manufacturing o Manufactura Asistida por Computador Direct Numerical Control o Control Numérico Directo, administración y distribución de programas de CNC. Es el puente entre el puesto de trabajo de CAM y la máquina de CNC 6

7 1.3 Ventajas comparativas de un centro de mecanizado CNC por sobre uno de mando manual: Proceso de trabajo entre ambas máquinas de modo comparativo: OPERACIÓN A REALIZAR 1-Introducir el programa 2- Sujeción de la pieza 3- Sujeción de la herramienta FREASADORA CONVENCIONAL MANUAL No utiliza programas Se debe realizar en forma manual, fijando la pieza con algún sistema de sujeción sobre la mesa de la máquina. Se debe regular visualmente o con instrumentos adicionales el nivel horizontal de la pieza, su linealidad, el paralelismo, su altura, etc. Se realiza en firma manual y cada vez que se requiera de un cambio de herramienta, también debe hacerse de forma manual CENTRO DE MECANIZADO CNC Se puede programar directamente por el teclado de la máquina o a través de un software CAD-CAM que transmite el programa a la máquina mediante disket o directamente por la puerta serial RS-23. En cualesquiera de los casos se hace uso de la memoria de la máquina. La máquina puede estar equipada con un sistema cambiador automático de paletas, El cambiador automático sujeta una pieza en bruto mientras la máquina mecaniza otra. Tan pronto como una pieza esté acabada, se cambian automáticamente las paletas y comienza de nuevo la ejecución del programa. La máquina viene dotada de una torreta múltiple en la que se pueden fijar 6, 12, 18, 22 ó más herramientas. De manera automática es tomada la herramienta con la que trabajará y de la misma forma realiza los cambios de éstas 7

8 4- Fijación del punto de referencia misma 5- Ajustar la velocidad de giro del husillo 6- Desplazar los carros de los ejes. 7- Comparar los valores efectivos El operario en forma manual desplaza los carros longitudinal transversal y vertical hasta que la herramienta hace contacto Con el punto de referencia. Tal posición en coordenadas X,Y,Z del punto te referencia el operario lo debe registrar por escrito leyendo los datos desde los tambores graduados de cada carro Para cada herramienta diferente que utilice debe repetir esta operación. Se realiza en forma manual mediante sistema de palanca de cambio de velocidades que posee la máquina. Existiendo tantas velocidades como combinaciones de posición de palancas que posea la máquina. Se realiza en forma manual, girando las manivelas de cada eje tantas vueltas como sean necesarias para alcanzar la posición deseada Y de acuerdo al avance por vuelta que tenga el tornillo de cada eje teniendo que verificar la posición con apoyo de instrumentos de medición externos. Se deben verificar los valores efectivos nominales mediante inspección visual de ir contando las divisiones de los tambores graduados de cada eje y además verificar los valores con instrumentos petrológicos adicionales. Si bien los desplazamientos de los diferentes carros longitudinal transversal y vertical se realizan en modo manual, a la máquina se monta un palpador electrónico que al hacer contacto físico con el punto de referencia se registran en forma automática las coordenadas X,Y,Z de tal posición. Se graban estos valores en la memoria de la máquina y con los datos previamente introducidos de altura y diámetro de las herramientas montadas en la torreta, quedan todas Automáticamente seteadas según la referencia. Se realiza en forma automática por programa. La máquina posee todo el rango de velocidades de 0 [rpm] a su valor máximo, cambiándose en forma automática tantas veces como se haya especificado en el programa en ejecución. Se realizan mediante botones regulando arbitrariamente las velocidades de avance para alcanzar la posición deseada y verificando la posición leyendo las coordenadas directamente desde la pantalla del computador de la máquina. El computador de la máquina entrega con precisión de 1 milésima de milímetro los valores efectivos de la posición en los tres ejes coordenados 8

9 8- Verificar la precisión La pieza una vez acabada, se verifican sus dimensiones finales haciendo uso de instrumentos metrológicos adicionales. Se puede montar un sistema palpador electrónico y con este recorrer los contornos de la pieza ya mecanizada y se puede Leer directamente desde la pantalla del computador de la máquina las dimensiones finales dela pieza en los tres ejes coordenados. Independiente que además se puedan verificar las dimensiones finales haciendo uso de instrumentos metrológicos adicionales. 9

10 CARACTERÍSTICAS PRICIPALES Control numérico CNC SIEMENS SINUMERIK 810D integra todo el CNC, PLC, control y comunicación en el módulo CU (compact control unit). CABEZAL Cabezal con usillo principal montado sobre rodamientos de alta precisión, con lubricación permanente con grasa. El conjunto presenta excelente rigidez y precisión, mismo durante el mecanizado pesado. Husillo principal és accionado por motor CA y permite variación contínua de rotaciones de 60 a rpm (opcional de 75 a rpm y 100 a rpm). Cono del husillo principal: ISO 40 Cambiador automático de herramientas posee capacidad para 22 herramientas. Accionado por motoreductores eléctricos, presentando movimientos bidireccionales. 10

11 HUSILLOS DE DESPLAZAMIENTOS Los desplazamientos de los ejes X; Y, y Z, son accionados por husillos de esferas recirculares (Ball Scrw) de precisión, templados, rectificados y precargados. Son montados sobre cojinetes de rodamientos de contacto angular, accionados por servomotores (brushless) Lubricación Sistema centralizado y automático de lubricación de las guías y usillos. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS EQUIPOS ESTÁNDAR Cabezal vertical Cono del husillo principal ISO 40 * Cabezal con gama de velocidades de 60 a rpm, con usillo Gama de velocidades (Standard) rpm 60 a principal cono ISO 40 Gama de velocidades (Opcional) rpm 75 a * Cambiador automático de herramientas, con capacidad para 22 Gama de velocidades (Opcional) rpm 100 a herramientas * Cobertura completa contra virutas y salpicaduras AVANCES * Control Numérico Computarizado SIEMENS 810D Avance rapido en X, Y mm/min * Equipo de iluminación fluorescente Avance rápido en Z mm/min * Instalación eléctrica prevista para alimentación en 380 V ca, Avance de corte programable mm/min 1 a /60Hz * Juego de llaves para operación de la máquina CARRERAS * Juego de tornillos y tuercas de nivelación Carrera de la mesa superior (eje X) mm 762 * Pintura standard: Azul Munsell 10B-3/4 y Gris RAL 7035 Carrera de la mesa inferior (eje Y) mm 406 * Puerta principal con trabamiento, eléctrico de seguridad Distancia entre la nariz del usillo * Sistema de lubricación centralizada Principal y la mesa mm 110 a 618 * Sistema de refrigeración de corte con tanque para 100litros y bandeja removible MESA Superficie de la mesa mm 915 x 360 Ancho se las ranuras x distancia mm 18 x 112 ACCESORIOS OPCIONALES DE USO GENERAL (a precio Número de ranuras - 3 Extra) Peso admisible sobre la mesa - *Auto transformador para red de 220/440 V ca, 50/60 Hz de 15 (uniformemente distribuido) kg 900 VA *Cabezal con gama de velocidades de 75 a rpm *Transportador de virutas con cinta articulada metálica; con CAMBIADOR AUTOMÁTICO DE HERRAMIENTAS tanque de refrigeración para 300 litros y 2 bombas (refrigeración Capacidad de herramientas - 22 de herramienta y limpieza de las protecciones), en substitución al Diámetro máx. de la herramienta mm 80 standard Diámetro máx. de la herramienta, cuando alojamientos adyacentes estén libres mm 160 ACCESORIOS OPCIONALES A PEDIDO Longitud máx. de la herramienta mm 254 ( a precio adicional y plazo de entrega bajo consulta ) Mandril de la herramienta BT40 Método de elección de la herramienta Bidireccional * Aire acondicionado para armario eléctrico Peso máximo de la herramienta kg 5,9 * Cabezal con gama de velocidades de 100 a rpm Peso máximo admisible en el * Cambiador manual de pallet cambiador kh 68 * Contrapunta manual para mesa giratoria Tiempo de cambio * Rotura de herramienta Herramienta/herramienta en el * Herramental por separado Punto de cambio s 7,0 * Interface para mesa giratoria (4º eje), incluyendo servoaccionamiento neumático * Mesa giratoria con brida, diámetro de 9 (4º eje) (*) POTENCIA INSTALADA * Pintura especial Motor C. A. del husillo principal * Pistola para lavado de piezas (30 min) CV 12,5 * Refrigeración por el centro de la herramienta Altura mm * Regla óptica en X, Y Área ocupada mm 2.00 x Peso neto aproximado kg (*) Requiere el opcional interface para mesa giratoria Características y especificaciones sujetas a alteraciones Sin previo aviso 11

12 1.4 Funcionamiento de un centro de mecanizado CNC: El mecanizado de una pieza en una máquina de CNC en principio es igual que en una fresadora convencional manual. Con la diferencia de que una serie de tareas que en la forma de trabajo convencional las ha de efectuar el operario, aquí las ejecuta el control numérico computarizado. Para ello antes del comienzo del mecanizado se programa la máquina con todas las instrucciones para ejecutar el trabajo. Durante la fabricación de la pieza, el control toma paso a paso las instrucciones programadas y las ejecuta. Para ello está en contacto con los diferentes componentes de la fresadora a través de sensores y actuadores de los cuales recibe datos y además le envía órdenes respectivamente. En los ejes de los carros longitudinal, transversal y vertical hay montados motores de avance, que transforma el movimiento de giro del motor en movimiento longitudinal del carro por medio de husillo y tuerca. Con el fin de desplazar la herramienta (carro vertical) o la pieza (carros longitudinal y transversal), el control emite las señales eléctricas correspondientes. Estas señales que son de control son de muy baja potencia por lo que previamente son amplificadas en un amplificador del accionamiento y se transmiten al motor de avance correspondiente, el cual entonces mueve el eje y con ello el carro. La velocidad y la dirección del movimiento la debe conocer el control. La forma en que el control sabe cuanto se ha desplazado la herramienta, lo hace a través de sistemas de medición del recorrido que se encuentran en todos los carros de los ejes. Estos sistemas transmiten señales eléctricas al control durante el movimiento de desplazamiento, a partir de las cuales el control calcula el camino recorrido y lo que falta por recorrer Circuito de Regulación de la Posición Este es un circuito cerrado integrado por un equipo de medición, la unidad de comparación (control) y el motor. El control compara el valor de la posición real que entrega el equipo de medición con los valores nominales programados y da las órdenes al motor para el desplazamiento correspondiente. La precisión de giro del eje del motor puede ser de milésimas de grado en un tiempo muy breve, con lo que se logran desplazamiento longitudinales de milésimas de milímetro. De este modo la regulación de la posición con tal se utiliza también para inmovilizar un carro sin bloqueo mecánico Circuito de Regulación de la Velocidad El control de acuerdo con la velocidad de avance programada, da una señal digital Al motor de avance. Para la medición de la velocidad se encuentra en cada motor de avance un tacogenerador, que comunica la velocidad de giro actual al control que la compara con la velocidad de avance programada. Como resultado de esta comparación emite la señal correspondiente al amplificador y éste el motor de avance para que gire mas rápido o mas lento según corresponda. 12

13 El Control CNC El control es el cerebro de la máquina todas las operaciones que son necesarias Para el mecanizado de una pieza. Del control salen las órdenes a los motores de avance para el desplazamiento de la pieza y de la herramienta. En caso de contornos complicados coordina y sincroniza los movimientos relativos de los diferentes carros, de modo que se mantenga el recorrido prescrito. El control de órdenes para la conexión y desconexión del husillo, del refrigerante, del bloqueo de los ejes de los carros, etc. Controla los dispositivos de cambio de herramientas y de paletas. También almacena programas y los archivos de datos correspondientes a herramientas, punto cero, etc. En su memoria para programas. Por medio de la pantalla y del teclado se comunica el control con el operario Elementos Constitutivos Principales de un Centro de Mecanizado CNC Controlador de Interface: Se encuentra ubicado en el armario de conexiones, se utiliza para proporcionar los requerimiento de potencias eléctricas elevadas necesarias para muchas de las funciones de la máquina y que el control mismo no puede entregar. Las conexiones las realiza a través de contactores. Armario de Conexiones: Además del controlador de interface, están montados otros componentes como transformadores de la red, fusibles y también los amplificadores de los accionamientos. Tacogeneradores: Los tacogeneradores montados en los motores de avance, miden la velocidad de giro de éstos y emiten la señal al sistema de control. Sistema de Medición del Recorrido: Cada carro de los ejes principales está equipado con un sistema de medición del recorrido, los que comunican los movimientos de los ejes al control con precisiones de avance longitudinal de 0,001 [mm] ó de 0,001º de giro. Accionamiento del Avance: cada eje de carro y husillo principal está provisto de su propio motor, por lo que se pueden mover simultáneamente. Cada motor posee un amplificador del movimiento ubicados en el armarios de conexiones. El amplificador suministra la potencia eléctrica necesaria para que el motor arranque sin retardos. Los motores están construidos para ambos sentidos de giro y trabajan dentro de una gama de velocidades de giro sin escalones. Husillos de Bolas Recirculantes: Se emplean en los ejes de accionamiento de los carros y husillo principal en donde se requiere alta precisión. Esto se debe a que son sistemas exentos de holgura y con poco rozamiento. Consta de un husillo y una tuerca dividida en 13

14 Dos, que en vez de filete o hilo macizo poseen una canal helicoidal por donde recirculan las bolas que hacen la función del filete. La holgura se minimiza haciendo la tuerca dividida en dos, de tal forma que se compensa la holgura de las bolas. Cambio de Velocidades: El cambio de velocidades tiene dos escalones de cambio. El cambio desde una a otra velocidad lo efectúan motores eléctricos. En el motor de accionamiento principal se ajusta una velocidad de giro según la velocidad de giro del husillo programada y según el escalón de cambio. Cambiador automático de herramientas: Aloja en su almacén hasta 40 herramientas diferentes. Para todas las herramientas el control almacena los datos de corrección de la herramienta. Cambiador de paletas automático: Sujeta una pieza en bruto mientras la máquina mecaniza otra. Tan pronto como una pieza está acabada, se cambian las paletas y comienza de nuevo la ejecución del programa Equipos de Seguridad Con el fin de proteger al operario de accidentes y a la máquina de daños, han sido tomadas una serie de medidas de seguridad: En cambio de herramientas se desconectan automáticamente todas las otras funciones. Para la protección de la máquina están montados en los extremos de los carros de los ejes interruptores de fin de carrera, que detienen los carros antes de colisionar sobre el tope. Si alguna vez se produjera una colisión entre la herramienta y la pieza, acoplamiento de seguridad separan el accionamiento del carro. La máquina se desconecta. Mediante varios interruptores de parada de emergencia montados en la máquina y en el control, en caso de peligro se pueden desconectar inmediatamente todas las funciones de la máquina Tarea del operario El control como eslabón de unión entre la persona y la máquina Como hemos visto, el principio de trabajo en las máquinas Controladas numéricamente (CNC) es el mismo que en el manejo a mano. Solo que el control asume todas las tareas de control y observación, que antes eran ejecutadas a mano. Por ejemplo, desplazamiento de los carros de los ejes, cambios de herramientas, etc. 14

15 Para que la máquina pueda trabajar se deben cumplir las siguientes condiciones previas: El control debe saber como será la pieza acabada, es decir, necesita datos geométricos. El control debe saber como se debe mecanizar la pieza en bruto, es decir, necesita datos tecnológicos. Estos datos se introducen por el operario en forma de un programa. Además, con ayuda de los controles del CNC se pueden solucionar tareas que con las máquinas manejadas a mano no se pueden solucionar, por ejemplo, el fresado de rectas oblicuas o de líneas helicoidales Estructuración exterior del control El control se puede dividir en dos módulos importantes: la pantalla y el teclado. La pantalla: Por medio de la pantalla se comunica el control con el operario. Aquí le indica durante la programación y durante el mecanizado las informaciones necesarias. Estas informaciones pueden ser líneas del programa o tablas, índices de contenido o gráficos, avisos de errores o la indicación valor efectivo-valor nominal. Además, aparecen informaciones sobre la clase de servicio principal o secundario del control, o bien, en que clase de servicio auxiliar se encuentra el operario en ese instante y que programa esta activo precisamente. En la llamada regleta de teclas de función, la pantalla ofrece funciones que se pueden elegir con las teclas de función. Las funciones que se ofrecen dependen de la clase de servicio principal, secundario o auxiliar en la que el operario se encuentre en ese instante. El teclado: Por medio del teclado se comunica el operario con el control. Existen tres tipos de teclado: el tecldo de dialogo, el teclado de programación y el teclado de servicio de la máquina. - Con el teclado de diálogo, se mueve el operario por la totalidad de las funciones que ofrece el sistema de control. - El teclado de programación se emplea para escribir programas y editarlos (corregirlos) con el se escriben líneas de programa según todas las reglas del lenguaje de programación. - El teclado o panel de servicio de la máquina sirve para el manejo de la máquina en servicio manual. Un dispositivo específico del CNC son los potenciómetros. Con estos potenciómetros giratorios se pueden variar desde O hasta 100% (o bien hasta 120%) los valores de marcha rápida, avance y velocidad de giro programados. 15

16 Estructuración interior del control Desde el punto de vista de estructuración interior, se diferencian las siguientes partes: Almacén de programas: Aquí se almacenan todos los programas, inclusive sus Archivos correspondientes. Memoria de trabajo: Un programa con el cual se requiere trabajar, se debe llevar previamente a la memoria de trabajo. Esto sucede llamándolo desde la memoria de programas. Esta memoria de trabajo está dividida en dos partes. Por tanto se pueden cargar dos programas, realizar uno de ellos (en clase de servicio principal AUTOMÁTICO) e introducir o editar el otro (en la clase de servicio principal PROGRAMA) Unidad aritmética: Así se denomina a la unidad central de calculo del control (CPU Unidad de Procesado Central). Aquí se realizan los cálculos necesarios como por ejemplo calcular el recorrido de la herramienta. Unidad interna de entrada y salida: Es el punto de conexión del control con el armario de conexiones, con la pantalla y con el teclado. Por medio de esta unidad tiene lugar el intercambio interno de datos y señales Hardware y Software Hardware: Bajo este concepto entendemos todas las partes del control que podemos ver y tocar. Por ejemplo, son elementos del hardware la pantalla, el teclado o las platinas con los componentes electrónicos como microprocesadores, elementos de memoria, transistores, etc. Software del CNC: Bajo este concepto se entiende el programa de trabajo para el control. También un programa que organiza el desarrollo interno en el control. El Software determina qué pasos de cálculo se deben realizar uno tras otro, dónde se almacenan pulsación de las teclas, etc. El Software esrá almacenado en los elementos de memoria. Programa: Esta es la parte que el operario debe introducir. Un programa es una sucesión de órdenes. Con los programas se aprovecha la capacidad del Software del CNC para las tareas de fabricación especiales. El control almacena programas en los componentes de la memoria. 16

17 CAPÍTULO II 17

18 2 FUNDAMENTOS GEOMÉTRICOS Se vio en el capítulo anterior que los desarrollos de las funciones en una máquina de CNC son comparables con las actividades del operario en una máquina convencional. En el sistema CNC, el hombre comunica al control antes del comienzo del trabajo, qué actividades debe realizar la máquina. A continuación trabajan el control y la máquina automáticamente. El hombre ya no tiene que intervenir más. Pero para ello es necesario darle al control en el programa todas las indicaciones necesarias sobre la geometría de la pieza y sobre la tecnología de mecanizado. En este capítulo se explican los principios que son necesarios para la descripción de la geometría de la pieza, o del movimiento deseado de la herramienta. 2.1 Movimientos de un centro de mecanizado CNC: En una fresadora-mandrinadora universal son posibles los siguientes movimientos de la máquina. Mesa hacia la izquierda o hacia la derecha Cabezal de fresas hacia delante o hacia atrás Mesa hacia arriba o hacia abajo Si se mueve la mesa hacia la izquierda o hacia la derecha entonces se dice que tiene lugar un movimiento en el eje X. Se mueve el carro del eje X. Si se mueve la mesa hacia arriba o hacia abajo, entonces se habla de un movimiento en el eje Z. 2.2 Movimientos relativos de la herramienta y dirección de desplazamientos En el desplazamiento de los tres carros de los ejes se mueve la herramienta con el cabezal de fresar o la pieza con la mesa. Cual de los dos se mueve depende de la ejecución de la máquina. Para aclaración: En la máquina de consola se mueve la mesa en el eje X y en el eje Z, por consiguiente la pieza. En la dirección Y se mueve el cabezal de fresar con la herramienta. En la máquina de bancada la pieza está quieta en todas las direcciones el cabezal de fresar y con él siempre la herramienta.. Para que con un programa pueda controlar tanto una máquina como también otra., fue tomado el siguiente acuerdo para la programación del movimiento deseado: La pieza está quieta-se mueve la herramienta Según sea la ejecución de la máquina, en el procesado del programa, se mueve entonces o la herramienta en una dirección o la pieza en la otra. Esta forma de consideración se denomina movimiento relativo de la herramienta. 18

19 El modelo de movimiento relativo de la herramienta hace también mucho más sencilla la programación, pues no se tiene que pensar continuamente, qué es lo que verdaderamente se mueve. El movimiento de la mesa hacia la izquierda o hacia la derecha, se ha denominado eje X Movimiento relativo de la herramienta hacia la derecha (por tanto, mesa hacia la izquierda) se denomina: +X Movimiento relativo de la herramienta hacia la izquierda (por tanto, mesa hacia la derecha) se denomina: -X El movimiento de la mesa hacia adelante o hacia atrás, se ha denominado eje Y Movimiento relativo de la herramienta hacia atrás (por tanto, mesa hacia adelante ) se denomina: +Y Movimiento relativo de la herramienta hacia delante (por tanto, mesa hacia atrás) se denomina: -Y El movimiento de la mesa hacia arriba o hacia abajo, se ha denominado eje Z Movimiento relativo de la herramienta hacia arriba (por tanto, mesa hacia abajo) se denomina: +Z Movimiento relativo de la herramienta hacia abajo (por tanto, mesa hacia arriba) se denomina:-z 2.3 Regla de la mano derecha Como ayuda nemotécnica para conocer la dirección positiva de los diferentes ejes, sirve la llamada regla de la mano derecha : Al situarnos delante de la máquina y extender los dedos pulgar, índice y corazón como se indica en la figura. El dedo corazón se mantiene en la dirección del eje positivo Z, entonces el pulgar indica la dirección del eje X positivo y el dedo índice la dirección del eje Y positivo. Cuando estamos delante de la máquina, el dedo medio representa el eje de la herramienta. - el pulgar indica X+ - el índice indica Y+ - el medio indica Z+ 19

20 2.4 Sistema de coordenadas Para que la máquina pueda trabajar con las posiciones especificadas, estas deben ser declaradas en un sistema de referencia que corresponda al sentido del movimiento de los carros (ejes X, Y, Z), para este fin se utiliza el sistema de c0ordenadas cartesianas. El sistema de coordenadas de la máquina está formado por todos los ejes existentes físicamente en la máquina. La posición del sistema de coordenadas en relación a la máquina depende del tipo de máquina. 2.5 Coordenadas absolutas En el modo de programación absoluto, las posiciones de los ejes son medidas desde la posición cero actual (cero pieza) establecido. Viendo el movimiento de la herramienta, esto significa: - La dimensión absoluta describe la posición a la cual la herramienta debe ir: Ejemplo: 20

21 2.6 Coordenadas incrementales En el modo de programación incremental, las posiciones de los ejes son medidas a partir de la posición anteriormente establecida. Viendo el movimiento de la herramienta, esto significa: - La dimensión incremental describe la distancia a ser recorrida por la herramienta a partir de la posición actual de la misma. Ejemplo: 2.7 Coordenadas polares Hasta ahora, el método de determinación de los puntos era descrito en un sistema de coordenadas cartesianas, pero existe otra manera de declarar los puntos<. En función de ángulos y centros. El punto, a partir del cual sale la medida, se llama Polo (centro de los radios) Ejemplo: 21

22 2.8 Punto de referencia máquina Todas las máquinas de CNC tienen un punto cero fijo en la máquina, cuya posición conoce el control. Cuando todos los carros de ejes están sobre sus marcas de referencia, entonces está la máquina sobre su punto de referencia es decir, sobre el punto cero del sistema de coordenadas fijo en la máquina. Al comienzo de un mecanizado se comunica al control en que lugar del sistema de coordenadas fijo de la máquina debe estar situado el punto cero del sistema de coordenadas de la pieza. Esta operación se llama preparar. Los valores X, Y y Z del punto cero de la pieza referidos al punto de referencia los tiene en cuenta el control. De esta forma, después de una interrupción de la corriente, también puede volver a encontrar el punto cero de la pieza. 22

23 2.9 Referencia cero pieza La definición de puntos de la pieza en un plano Primero se definirán puntos sobre la cara superior de una pieza, esto es sin profundidad en el sentido Z. Solo se necesitan el eje X y el eje Y. Ambos ejes forman un sistema de coordenadas en dos dimensiones. El punto de intersección se denomina punto cero. La flecha indica el sentido del movimiento positivo (por tanto, +X o +Y). Las cifras hacia el otro lado tienen un signo negativo Desplazamiento y Giro del punto cero Desplazamiento del punto cero Hay piezas en las cuales las indicaciones de las medidas se refieren a diferentes puntos de referencia. Para tales casos se puede desplazar el sistema de coordenadas durante el mecanizado a otro lugar. Esta operación se denomina desplazamiento del punto cero. Giro del punto cero Algunas veces otras piezas tienen elementos acotados en parte oblicuos. Para tales casos se puede girar el sistema de coordenadas (en caso necesario con desplazamiento adicional), alrededor del punto cero. Con el sistema de coordenadas girado se pueden introducir estos valores oblicuos en el programa. 23

24 Tanto el desplazamiento del punto cero como también el giro del punto cero, permiten ahorrar trabajo de cálculo. Si no fuera así se tendría que convertir las coordenadas indicadas en el plano. Esta transformación de coordenadas con frecuencia complicada las efectúa el control. 24

25 CAPITULO III 25

26 3 PROGRAMACIÓN 1- Presentación Este manual fue elaborado para funciones básicas del comando, buscando la Simplicidad de programación y operación. Para informaciones complementarias consultar originales del comando. Máquina de Control Numérico es aquella que posee un equipamiento electrónico, aquí llamado de Comando2, el cual posibilita la ejecución de una secuencia automática de actividades. Para efectuar un mecanizado de piezas a través de una máquina-herramienta CNC, debemos tomar como referencia dos items: 1- Se debe elaborar un programa de un diseño de pieza, a través de comandos interpretados por el CNC. Estos comandos están descritos en este manual en la parte de programación. 2- El programa debe ser leído por el CNC. Se deben preparar las herramientas y la pieza según la programación efectuada, luego se debe ejecutar el proceso de mecanizado. Estos procesos están descritos en la parte de operación. 2- Antes de programar es necesario... -Estudio del diseño de la pieza bruta y terminada Existe la necesidad de un análisis sobre viabilidad de ejecución de la pieza, tomando en cuenta sus dimensiones, cantidad de material a ser removido, herramientas necesarias, fijación de material, etc. -Estudios de los métodos y procesos Definir los pasos del mecanizado para cada pieza a ser ejecutada, estableciendo así qué hacer y cuándo hacerlo. -Elección de herramientas La elección de las herramientas exactas es fundamental para un buen aprovechamiento, así como su posición en el magazine para minimizar el tiempo de cambio. -Conocer los parámetros físicos de la máquina y su programación Es necesario conocer todos los recursos de programación disponibles y la capacidad de remoción de viruta, así como la rotación máxima y el número de herramientas, procurando minimizar tiempos de programación y operación. -Definición de los parámetros de corte En función del material a ser mecanizado, buscar junto al fabricante de la herramienta los datos de corte: avance, rotación y profundidad de corte. 26

27 3- Generación de archivos y programas Para un manejo más flexible de datos y programas, estos pueden ser visualizados, almacenados y organizados de acuerdo con distintos criterios. Los programas y archivos son almacenados en distintos directorios, o sea, copias donde serán almacenados de acuerdo con la función o caracteríticas: Ejemplos de directorios: -subprogramas -programas -piezas -comentarios -ciclos padrones -ciclos de usuario Cada programa corresponde a un archivo y todo archivo posee una extensión que se encarga de informar con qué tipo de archivo estamos trabajando: Ejemplo de extensiones: -.MPF -programa principal -.SPF -subprograma -.TEA -datos de máquina -.SEA -datos de setting -.TOA -correcciones de la herramienta -.UFR -dislocamientos de punto cero -.UNI -archivo de inicialización -.COM -comentario -.DEF -definición para datos globales Para almacenar los archivos de programa en el CNC (máquina), vía RS232 (comunicación serial), debemos direccionarlos para los directorios correspondientes de acuerdo con el tipo de archivo a ser almacenado. Abajo, vemos los caminos para efectuar la comunicación. Sintaxis de encabezado para almacenamiento de programa: %_N_ (nombre de programa)_(tipo de extensión de acuerdo al tipo de archivo) ;$PATH=(dirección correspondiente) 27

28 5-Función: D, S, T, M6/CAMBIO del árbol Aplicación: Selección del número y corrector de herramienta, y rotación del eje. A través de la programación con la dirección realiza un cambio directo de herramienta o selección de la posición en el magazine de la máquina. Para ejecutar el cambio de herramienta se debe programar la función M6/CAMBIO junto con la función T cuando es necesario. A una herramienta se le pueden atribuir correctores de herramienta de 1 a 3 programando con una dirección D correspondiente. Para activar la rotación del eje árbol (RPM), se debe programar la función S seguida del valor de rotación deseada. Ejemplo: T01 (llama a herramienta Nº 1) M6 (habilita el cambio) D01 (activa el correcto de altura Nº 1) S1500M3 (activa la rotación del eje árbol a 1500 RPM) 6- Función: Barra (/), N, MSG, punto y coma (;) Aplicación: Eliminar ejecución de bloques, número secuencial de bloques, mensajes al operador y comentarios de ayuda. Utilizamos la función de barra (/) cuando es necesario inhibir la ejecución de bloques en el programa, sin alterar la programación. Si la barra (/) es digitada enfrente de algunos bloques, estos serán ignorados por el comando, desde que el operador tenga accionada la operación INHIBIR BLOQUES. En el caso de que la opción no sea accionada, los bloques serán ejecutados normalmente. 28

29 Ejemplos: N10 (bloque ejecutado) /N20 (bloque eliminado) N30 (bloque ejecutado) /N40 (bloque eliminado) /N50 (bloque eliminado) /N60 (bloque eliminado) N70 (bloque ejecutado) La función N tiene por finalidad la numeración secuencial de los bloques de programación. Su uso es opcional dentro de la programación, o sea, su programación puede o no utilizarce. Ejemplos: N10 N20 N30 N40 N50 N60 N70 Durante la edición del programa puede existir la necesidad de insertar comentarios para ayudar al operador. Este comentario será ignorado por el comando. Al comienzo de un comentario se debe insertar el carácter punto y coma (;) Ejemplos: ;PIEZA_PRUEBA N30 T02; FRESA DE PLANEAR N100 M30; FIN DE PROGRAMA Durante la ejecución del programa, pueden ser programados mensajes para informar al operador en qué fase se encuentra del mecanizado u operación que está siendo ejecutada. Un mensaje puede ser generado programando una función MSG ( mensaje deseado ), sabiendo que el límite son 124 caracteres. Para cancelar un mensaje, se programa la función MSG ( ) Ejemplos: N10 MSG ( DESBASTANDO PERFIL EXTERNO ) ;activa mensaje N N100 MSG ( ) ;desactiva mensaje 29

30 7- Funciones preparatorias 7.1- Función: G90 Aplicación: Programación en coordenadas absolutas Esta función prepara la máquina para ejecutar operaciones en coordenadas absolutas teniendo un pre origen fijado para la programación. La función G90 es modal. Sintaxis: G90 (modal) o X=AC(...) Y=AC(...) Z=AC(...) (no modal) 7.2 Función: G91 Aplicación: Programación en coordenadas Esta función prepara la máquina para ejecutar operaciones en coordenadas incrementales. Así todas las medidas son hechas a través de la distancia a dislocar. La función G91 es modal Sintaxis: G91 (modal) o X=IC(...) Y=IC(...) Z=IC(no modal) 7.3 Función: G70 Aplicación: Sistema de unidad pulgadas Un bloque G70 al comienzo del programa informa al control a usar valores en pulgadas para los movimientos de los ejes, avances, planos y correcciones. La función G70 es modal. Sintaxis: G Función: G71 Aplicación: Sistema de unidad milímetro Un bloque G71 al comienzo del programa, referencia unidades métricas para todos los movimientos de los ejes, avances, planos y correcciones. La función G71 es modal. Sinaxis: G71 30

31 7.5 Función: G94 Aplicación: Programación de avance en mm/min o pulgadas/min. La velocidad de avance es declarada con la función. La función G94 es modal y es activada automáticamente al encender la máquina. Sintaxis: G Función: G95 Aplicación: Programación de avance en mm/rotación o pulgadas/rotación La velocidad de avance es declarada con la función, ésta función es normalmente utilizada en centros de torneado. La función G95 es modal. Sintaxis: G Función: G54 a G57 Aplicación: Sistema de coordenadas de trabajo (cero pieza) El sistema de coordenadas de trabajo define, con el cero, un determinado punto referenciado en la pieza. Este sistema puede ser establecido por una de las cuatro funciones entre G54 y G57 Los valores para referenciamiento deben ser insertados en la página de Cero Pieza. Sintaxis: G54 G55 G56 G5 31

32 7.8 Función: G500, G53,SUPA Aplicación: Cancelamiento del sistema de coordenadas de trabajo modal y no modal. La función G500 tiene por finalidad cancelar el cero pieza (funciones G54 a G57), dejando como referencia para trabajo el cero máquina. Esta función es modal. Sintaxis: G500 Las funciones G53 y SUPA tiene por finalidad cancelar el cero pieza para poder programar un movimiento en relación al cero máquina. Estas funciones no son modales, o sea, son válidas sólo el bloque actual. Ejemplo: G53 G0 Z(...) D0 (Z=valor de altura de cambio) (D0=desactiva corrector de herramienta) 32

33 7.9 Función: G17, G18, G19 Aplicación: selecciona plano de trabajo Las funciones G17, G18 y G19 permiten seleccionar el plano en el cual se pretende ejecutar la interpolación circular (incluyendo un arco de interpolación helicoidal y/o una compensación de radio de herramienta. Las funciones de selección de plano de trabajo son modales. Sintaxis: G17 siendo plano de trabajo XY G18 siendo plano de trabajo XZ G19 siendo plano trabajo YZ 7.10 Función: G0 Aplicación: Movimiento rápido Los movimientos rápidos son utilizados para el posicionamiento rápido de la herramienta, para contornear la pieza o para aproximarse a puntos de cambio de herramienta. Esta función no es apropiada para el mecanizado de piezas. El movimiento de la herramienta programado con G0 es ejecutado a la máxima velocidad de posicionamiento posible (dislocamiento rápido específico para cada eje) La función G0 es modal Sintaxis: G0 X(...) Y(...) Z(...) 7.11 Función: G1 Aplicación: Interpolación lineal Los ejes son movidos en avance programado, especificado por la letra, para una determinada posición con referencia al cero programado, o también a una distancia incremental partiendo de la posición actual, de acuerdo con la función G90 o G91 previamente establecida. La función G1 es modal. Sintaxis: G1 X(...) Y(...).F(...) 33

34 Ejemplo: G0 X0 Y0 Z0 G1 Z-7.F300 G1 X10. Y10 G1 X80. Y10 G1 X100. Y40 G1 X80. Y70 G1 X60. Y70 G1 X10. Y40 G1 X G0 X0 Y0 G0 X0 Y0 Z0 G1 Z-7. F300 X10. Y10 X80. X100. Y40 X80. Y70 X60. X10. Y40 Y10. G0 X0 Y Función: CHF/CHR, RND/RNDM Aplicación: Chaflán, redondeamiento de esquinas Para chanflear esquinas se insertan entre los movimientos lineales y/o movimientos circulares a la función CHF o CHR junto con los valores de chaflán o segmento. Sintaxis: CHF=(...) o CHR=(...) Ejemplo: G1 X50. Y30. F100 CHF=5 G1 X100. Y20. Para redondear esquinas, se insertan entre los movimientos lineales y/o Movimientos circulares la función RND, acompañada del valor del radio a generar, tangente a los segmentos. 34

35 Sintaxis: RND=(...) Ejemplo: G1 X50. Y30. F100 RND=10 G1 X100. Y20 En la figura tenemos un ejemplo de redondeamientos de una línea recta y un círculo. Ejemplo: G1 X(...) Y(...) F(..) RND=(...) G3 X(...) Y(...) I(...) J(...) Para trabajar con redondeamiento modal, o sea, permitir insertar luego de cada bloque de movimiento entre contornos lineales y contornos circulares, utilizamos la función RNDM. Sintaxis: RNDM=(...) valor del radio a ser generado Para desactivar la función de redondeamiento modal se debe programar la función RNDM= Función: G2, G3 Aplicación: Interpolación circular A través de las funciones se puede generar arcos en los sentidos horario G2 o antihorario G3. La interpolación circular permite producir círculos enteros o arcos de círculo. En casos de interpolación circular para programar el avance, es aconsejable utilizar las funciones: CFTCP para que el avance sea constante en la trayectoria de centro de la fresa cuando trayectoria de curvas externas, o CFIN para que el avance sea constante en la trayectoria de centro de la fresa durante la trayectoria en curvas internas. 35

36 Sintaxis: G2/G3 X(...) Y( ) Z( ) I( ) K( ) o G2/G3 X( ) Y( ) Z( ) CR=( = X, Y, Z punto final de la interpolación I centro de la interpolación en el eje X J centro de la interpolación en el eje Y K centro de la interpolación en el eje Z CR= valor del radio del círculo (+ ángulo inferior a 180º, -ángulo superior a 180º) 36

37 G0 X133. Y44.48 Z5. G1 Z-5. F300 G2 X115. Y113.3 I-43. J25.52 punto final, centro en dimensión o incrementa o G2 X115. Y113.3 CR=-50 punto final, radio del círculo G2 X115. Y113.3 I=AC(90) J=AC(70) punto final, centro en dimensión absoluta G0 Z5 G0 X45. Y60. Z5. G1 Z-5. F300 G2 X20. Y35. I0. J-25 ó G2 X20. Y35. CR=-25. ó G2 X20. Y35 I=AC(45) J=AC(35) G0 Z5. punto final, centro en dimensión incremental punto final, radio del círculo punto final, centro en dimensión absoluta 37

38 Función: TURN Aplicación: Interpolación helicoidal La interpolación helicoidal permite, por ejemplo, producir roscas o ranuras de lubricación. En la interpolación helicoidal son ejecutados dos movimientos: de forma sobrepuesta y paralela. un movimiento circular plano un movimiento lineal vertical El movimiento circular es ejecutado en los ejes especificados por la declaración del plano de trabajo. Ejemplo: plano de trabajo G17, ejes para la interpolación circular X e Y. El movimiento lineal vertical en el ejemplo de arriba será ejecutado por el eje Z. Secuencia de movimientos: 1- Ubicarse en la posición de partida, Descontando el radio de la herramienta (coordenada inicial) 2- Con TURN= ejecutar los círculos enteros programados. 3- Si es necesario, ir al punto final del círculo a través de una rotación parcial. 4- Ejecutar los items 2 y 3 para repetir los pasos Sintaxis: G2/G3 X(...) Y(...) Z(...) I(...) J(...) TURN=( ) G2/G3 X( ) Y( ) Z( ) I=AC( ) J=AC( ) TURN=( ) X, Y coordenadas final de un ciclo (una interpolación) Z profundidad final de interpolación I, J coordenadas del centro de la interpolación (incremental) I=AC(...) J=AC(...) coordenadas del centro de la interpolación (absoluta) TURN= números de círculos enteros a ser desenvolvidos: 0 a

39 Ejemplo: OBS.: En el ejemplo fue considerada una herramienta de diámetro 20 G17 G0 X50. Y30. Z3. G1 Z0. F50 G2 X50. Y30. Z-24. I=AC(40) J=AC(40) TURN=6 G0 X30. Y30 G0 Z10 M Función: G111 Aplicación: Interpolación polar Las coordenadas pueden ser programadas a través de coordenadas polares (radio, ángulo). El polo (centro del arco) es declarado a través de la función G111 con coordenadas cartesianas. Sintaxis: G111 X(...) Y(...) (donde los valores de X e Y representan el polo (centro) G0/G1 AP=(...) RP=( ) G2/G3 AP=( ) RP=( ) AP= RP= ángulo polar, referencia de ángulo al eje horizontal radio polar en milímetros o pulgadas Ejempl 1: G0 X0 Y0 Z10. G111 X15. Y30. Determinación del polo G0 AP=30 RP=100 Punto P1 G1 Z-5. F300 G0 Z10. G0 AP=75. RP=60. Punto P2 39

40 Ejemplo 2: G0 X0 Y0 Z10. G111 X43. Y38 G0 AP=18. RP=30. G1 Z-5 F300. G0 Z10 G0 AP=90. RP=30 G1 Z-5 F300 G0 Z10. G0 AP=30 G1 Z-5 F300. G0 Z10. G0 AP=234. RP=30 G1 Z-5 F300. G0 Z10. G0 AP=306. RP=30 G1 Z-5 F300. G0 Z Función: G40, G41, G42 Aplicación: Compensación de radio de la herramienta La compensación de radio de herramienta permite corregir la diferencia entre el radio de herramienta programado y el cual, a través de un valor insertado en la página del corrector de herramienta Explicación de los comandos: G40 desactiva la compensación del radio de herramienta G41 activa la compensación de radio de herramienta, cuando trabaja a la izquierda del perfil G42 activa la compensación de radio de la herramienta, cuando trabaja a la derecha del perfil Con la función de compensación activa, el comando calcula automáticamente los respectivos recursos equidistantes de la herramienta. 40

41 Para el cálculo de los recursos de la herramienta, el comando necesita de las siguientes informaciones: T (nº de la herramienta) y D (nº del corrector). Para activar o desactivar la compensación de radio de herramienta con G40, G41 o G42 se debe programar un comando de posicionamiento con G0 o G1, con movimiento de a lo menos un eje (recomendable), dos ejes) Ejemplo para activar/desactivar la compensación: G90 G71 G17 T01 M6 G54 D01 S2000 M3 G0 X25. Y25. Z10. G41 ou G42 G1 X50. Y50. F G40 G0 X25. Y25 Z10. M30 41

42 Ejemplos: Programación a la izquierda G90 G54 G71 G17 G53 G0 Z-110. D0 T01 M6 G54 D01 S2000 M3 G0 X10. Y10. Z10 G1 Z-7 F200 G41 G1 X20. Y20 F500 Y40. X40. Y70. X80. Y50 Y20. X20. G40 G0 X10. Y10 Z10. G53 G0 Z-110. D0 M5 M30 Programación a la derecha G90 G54 G71 G17 G53 G0 Z-110. D0 T01 M6 G54 D01 S2000 M3 G0 X0. Y0. Z10 G1 Z-7 F200 G42 G1 X10. Y10. F500 X20. G2 X40. Y10. I=AC(30) J=AC(10) G1 X50 G3 X85. Y40. I=AC(55) J=AC(40) G1 Y50. 1X10. Y10. G40 G0 X0. Y0 Z10. G53 G0 Z-110. D0 M5 M30 42

43 7.15 Función: G4 Aplicación: Tiempo de permanencia Permite interrumpir el mecanizado de la pieza Entre dos bloques, durante un tiempo programado. Por ejemplo para alivio de corte. Sintaxis: G4 F valores programados en Segundos G4 S valores programados en Nº de rotaciones 8- Subprograma Al principio, un subprograma es construido de la misma manera que un programa de pieza, se compone de bloques con comandos de movimientos. No hay diferencia entre el programa principal y el subprograma, el subprograma contiene secuencias de operaciones de trabajo que deben ser ejecutadas varias veces. Por ejemplo: un subprograma puede ser llamado y ejecutado en cualquier programa principal. La estructura del subprograma es idéntica a la del programa principal, solamente dos puntos las diferencian: Los subprogramas son terminados con la función M17 fin de subprograma, mientras que los programas son terminados por la función M30 fin de programa. Como el comando trata los programas y subprogramas como archivos, para diferenciarlos se les asigna distintas extensiones: MPF para programas, y SPF para subprogramas. Para poder escoger un cierto subprograma entre varios, se les atribuye un nombre que tiene las siguientes restricciones: 43