RESUMEN... 6 LISTA DE TABLAS... 8 LISTA DE FIGURAS CAPITULO INTRODUCCION JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

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2 RESUMEN... 6 LISTA DE TABLAS... 8 LISTA DE FIGURAS CAPITULO INTRODUCCION JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO OBJETIVO GENERAL Objetivos Específicos Áea de Ingenieía Electónica Áea de Ingenieía Electomecánica Áea de Ingenieía Industial CAPÍTULO Áea mecánica Rodamientos Cojinetes y chumaceas Los cojinetes de odamientos Pates de un odamiento: Pates odantes de los cojinetes: Clasificación de los Cojinetes Citeios de selección Pates de la polea Fajas Relación de tansmisión Tonillos de bolas Cálculo de un tonillo de bolas Vibaciones en Máquinas Heamientas Análisis modal Método de elementos finitos: Análisis estático po el método de elementos finitos paa un tono CNC: Método de elementos finitos:... 45

3 .1 Obsevaciones Sistemas de Contol Numéico Contol Numéico Histoia del Contol Numéico Qué es un cento de maquinado? Equipos de contol numéico de contoneo Sevomecanismos Pogamación en el contol numéico: Estándaes utilizados en los sistemas de Contol Numéico Movimientos y ejes de contol de la máquina Sistema Incemental Sistema Absoluto Sistema de coodenadas de la máquina y de tabajo Sistema de coodenadas de la máquina Sistema de coodenadas de tabajo Configuación del pogama Clases y semántica de las diecciones Como Pogama un CNC Códigos N Diecciones X, Y, Z Códigos G Códigos M Tonos Tonos Convencionales CAPITULO 3 Muesta de cálculos mecánicos Cálculos de los difeentes elementos del tono CNC Pueba de vibaciones El esultado obtenido después de coe el pogama fue el siguiente: Sopotes Seleccionados CAPITULO 4 Pate Electónica Intoducción Solución seleccionada

4 4..1 Caacteísticas de la solución Descipción de la solución Comunicación seial e intefaz con memoia extena Contol de velocidad paa el moto CD Contol de motoes paso a paso Etapas de potencia Objetivos de este apatado Objetivos de hadwae Objetivos de softwae a nivel del micocontolado Objetivos de softwae a nivel de la PC Maco teóico Comunicación Seial: Motoes steppe Mosfets Rectificado contolado de silicio (SCR) Pocedimiento metodológico Obtención y análisis de infomación Evaluación de las altenativas y síntesis de una solución Implementación de la solución Módulo pincipal Descipción de la Unidad de contol Latch del moto CD Módulo de memoia extena Comunicación seial Latches de los motoes de paso Pueto de los sensoes Módulo de contol del moto CD Regulado de velocidad Senso de velocidad Diagama esquemático del sistema de contol Etapas de potencia Etapa de potencia paa el moto CD de imanes pemanentes Etapa de potencia paa el moto de pasos paa el eje X

5 Etapa de potencia paa el moto de pasos paa el eje Z Motoes utilizados Moto CD de imanes pemanentes Motoes de pasos paa el movimiento de los ejes Descipción del softwae Softwae a nivel de la PC Compilado Tansmiso po pueto seie Softwae del micocontolado Micocontolado pincipal Softwae paa el contol del moto CD Resultados Pueba ealizada Poblemas encontados RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES Recomendaciones mecánicas Conclusiones Recomendaciones electónicas Apotes y Alcances BIBLIOGRAFIA Apéndices ANEXOS mecánicos

6 RESUMEN En el desaollo de este poyecto paticipan los ingenieos Lucía Moea, Ivannia Hasbum, Manuel Mata y Calos Badilla donde plantean como pincipal objetivo la constucción de un tono de contol numéico. Inicialmente se desaollaá una fase de investigación donde se analizan los conocimientos de equipos similaes que han constuido máquinas heamientas análogas a la planteada en el pesente poyecto. Posteiomente una vez ealizada la investigación se ealiza la fase de diseño del tono utilizando los pogamas: Invento y Autocad de Autodesk Ente los poblemas encontados paa la constucción del tono se pueden menciona: 1. Paa alimenta los motoes de paso y el cicuito de contol se utilizó una fuente switching de las que se usan en las computadoas. El moto que mueve el eje z consume 6A cuando se encuenta bloqueado, mientas que el del eje x consume 1,5A. Cuando ambos motoes se mantenían en opeación se alteaba el compotamiento del cicuito, pues el consumo de coiente exigido po los motoes povocaba una pédida de apoximadamente 1V en el voltaje de alimentación. Po ello cada moto fue alimentado con fuentes independientes aunque su desempeño no es lo que se desea.. No fue posible move los motoes paso a paso con dos bobinas ya que la fuente no da suficiente coiente, con dos bobinas los motoes se mueven más ápido y con más fueza. 3. La gan cantidad de coiente pedida po los motoes paso a paso (aún paa el pequeño del eje X) hace que la caída de tensión en el cable de tiea sea consideable. 4. Los cicuitos de contol de ejecución y contol de velocidad del moto CD se implementaon en potoboad distintas, debido al poblema anteio, el moto CD se compotaba de manea inestable mientas los motoes de pasos se mantenían en opeación. 6

7 Las pincipales conclusiones de la investigación son: 1. Los pocentajes de eo obtenidos de las puebas de simulación especto de los cálculos analíticos fueon menoes a un 10 %. Po lo tanto, son lo suficientemente cecanos a la ealidad.. Se obtuvo que paa las puebas de desplazamientos todos los pocentajes de eo fueon menoes a un 18 %. Esto poque paa estas puebas fue necesaio intega vaios esultados pevios. Po lo cual estos valoes se considean aceptables. 3. Se deteminó que las fecuencias natuales del conjunto eje shock se pesentan cuando la velocidad angula es de alededo de 595 ad /s, ad/ s y ad /s (estos son valoes estimados obtenidos de la gáfica del pogama). 4. Se deteminó que paa evita coosión ente los dos mateiales utilizados (AISI 100 y 6061 Alloy) se equiee al menos una capa de anticoosivo. 7

8 LISTA DE TABLAS Tabla.1. Paámetos Modales Tabla. Reescalado de difeentes Modos Tabla.3. Coseno paa difeentes númeos de Modo Tabla.4 Valoes óptimos de avance y pofundidad Tabla.5 Paámetos Modales... 4 Tabla.6 Rescalado de difeentes Modos Tabla.7 Coseno paa difeentes númeos de Modo Tabla.8 Valoes óptimos de avance y pofundidad Tabla.9. Valoes de la popoción de amotiguamiento cítico aceptados po la USNRC (United States Regulatoy Comm.ission) paa el diseño de estuctuas.. 50 Tabla.10. Clases de semántica de las diecciones Tabla 3.1. Caacteísticas paa Hieo Fundido y Bonce Tabla 3.. Momento de inecia de la pieza Tabla 3.3. Desplazamientos Tabla 3.4. Esfuezos Tabla 3.5. Caacteísticas de cada sección Tabla 4.1 Códigos de movimiento sopotados Tabla 4.. Códigos de contol sopotados Tabla 4.3 Secuencia nomal paa pasos enteos en un moto steppe unipola.. 1 Tabla 4.4. Secuencia wave dive paa pasos enteos en un moto steppe unipola. 13 Tabla 4.5. Secuencia paa medios pasos de un moto steppe Tabla 4.6. Descipción del funcionamiento del decodificado Tabla 4-7 Caacteísticas geneales del micocontolado PIC16F Tabla A..1 Tipos de datos del set de instucciones del mico Tabla A.3.1 Códigos de movimiento sopotados

9 Tabla A.3. Códigos de contol sopotados LISTA DE FIGURAS Figua.1. Pates de un odamiento Figua.. Difeentes tipos de elementos odantes Figua.3. Tansmisión po coeas... Figua.4.Pates de una polea Figua.5. Muesta como se puede cambia la diección del movimiento Figua.6. Uso de las poleas paa tansmiti movimiento poducido po un moto eléctico... 4 Figua.7 Polea plana Figua.8. Polea en V utilizada paa las fajas tapezoidales Figua.9. Polea Vaiables involucadas en el cálculo de elación de tansmisión. 5 Figua.10. Estuctua de un tonillo de bolas... 6 Figua.11. Eficiencia ente los tonillos de bola y los tonillos de potencia Figua.1. Estuctua de un tonillo de bolas po tubo exteio... 7 Figua.13. Estuctua de un tonillo de bolas po deflectoes Figua.14. Estuctua de un tonillo de bolas tipo End Cap Figua.15 Muesta la foma del aco de la tueca... 9 Figua.16. Muesta el diagama del tono Figua.17. Conjuntos mecánicos paa deteminase po análisis modal Figua.18. Poyección de la Diección Modal Figua.19. Compotamiento de un cuepo en el espacio según método de elementos finitos Figua.0. División de la estuctua según método de elementos finitos Figua.1 Compotamiento de un cuepo en el espacio según método de elementos finitos Figua. División de la estuctua según método de elementos finitos Figua.3 Se pesenta el amotiguamiento popocional de Rayleigh como la suma de los popocionales de masa y igidez Figua.4 Sistema incemental

10 Figua.5. Sistema Absoluto Figua.6 Ejemplo de sistema incemental y absoluto Figua.7. Foma de coloca las dimensiones en los dos sistemas de coodenadas Figua.8. Sistema de coodenadas de tabajo Figua.9. Repesentación de la compensación en la diección Z del sistema de coodenadas de tabajo... 6 Figua 3.1. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el eje po caga a fatiga Figua 3.. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el eje po caga a fatiga Figua 3.3. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el eje Figua 3.4. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el eje Figua 3.5. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en la bancada po caga a fatiga Figua 3.6. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el Shock po caga a fatiga Figua 3.7. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el Shock po caga a fatiga... 8 Figua 3.8. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el Shock po caga a flexión Figua 3.9. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el Shock po caga a flexión Figua Diagama de Momento y cotante paa el sistema del eje y Shock Figua Ventana del Softwae donde se indica los momentos de Inecia del Sistema Figua 3.1. Detalle de la división del subconjunto eje shock paa el cálculo de k eq 97 Figua Diagama de flujo del método de Holze paa vibaciones mecánicas a flexión Figua Datos de entada al pogama Figua Resultado del análisis de vibaciones paa el conjunto eje shock.10 Figua Sopote de pie de dos piezas Figua 3.17 Rodamiento de Rodillos Figua 3.18 Dimensiones Pincipales Figua 4.1 Diagama de bloques de la solución popuesta

11 Figua 4. Diagama de bloques del compilado Figua 4.3 Conexión de memoia adicional al sistema Figua 4.4 Diagama del sistema de contol de velocidad del moto CD Figua 4.5 Conexión de pines paa comunicación seial con dos conectoes DB Figua 4.6 Conexión de pines paa comunicación seial con dos conectoes DB Figua 4.7 Ejemplos de diagamas de tiempo paa comunicación seial Figua 4.8 Constitución de motoes steppe unipolaes de 5 y 6 hilos Figua 4.9 Relay de estado sólido Figua 4.10 Diagama de pines y esquema inteno del Mosfet Figua 4.11 Diagama de pines y esquema inteno del SCR Figua 4.1 Conexión ente los latches y el bus de diecciones de la memoia RAM Figua 4.13 Conexión del MAX3 paa la comunicación seial Figua 4.14 Conexión de los latches de los motoes de paso con la etapa de potencia Figua 4.15 Conexión del tansceive con los sensoes y los botones Figua 4.16 Esquemático del bloque pincipal Figua 4.17 Diagama de bloques del sistema Figua 4.19 Disposición del senso de velocidad en el moto CD Figua 4.0 Cuva teóica del convetido de fecuencia a voltaje Figua 4.1 Diagama esquemático del sistema de contol, senso y actuado Figua 4. Diagama de bloques del sistema Figua 4.3 Etapa de sinconización Figua 4.4 Cicuito geneado de señal de ampa Figua 4.5 Compaado paa modula el ancho de pulso Figua 4.6 Etapa de acople Figua 4.7 Etapa de potencia paa el moto CD Figua 4.8 Etapa de potencia paa el moto de pasos del eje X Figua 4.9 Etapa de potencia paa el moto de pasos del eje Z Figua 4.30 PMDC Moto utilizado paa el eje cental del tono Figua 4.31 Moto paso a paso (steppe) paa el movimiento del eje x Figua 4.3 Intefaz de usuaio del compilado

12 Figua 4.33 Intefaz de usuaio del tansmiso po pueto seie Figua 4.34 Figua de pueba Figua A.3.1 Intefaz de usuaio del compilado Figua A.3. Intefaz del tansmiso po pueto seie Figua A.4. 1 Respuesta del sistema ante un escalón de 90V Figua A.4. Foma de la espuesta del sistema ante un escalón Figua A.4.3 Diagama esquemático del sistema completo usando Simulink Figua A.4.4Diagama esquemático del micocontolado usando Simulink Figua A.4.5 Resultados de la simulación Figua A.4.6 Compotamiento del compensado Figua A.5.1 Cálculos paa la deflexión del shock Figua A.5. Cálculos del momento de inecia paa las puebas I. G y H Figua A.5.3 Cálculos del momento de inecia paa las puebas I y J Figua A.5.4 Cálculos de la constante de igidez Figua A.5.5 Cálculos de la constante de igidez

13 1 CAPITULO INTRODUCCION Po iniciativa un gupo de investigadoes han desaollado el diseño y constucción de un tono de Contol Numéico Computaizado (CNC) que pemita la elaboación de piezas cuyo diseño haya sido pogamado mediante códigos G y M. Actualmente en el mecado se cuenta con tonos CNC industiales los cuales epesentan altos costos de invesión y de mantenimiento. Aunado a ello los altos costos de capacitación paa el buen funcionamiento y opeación del mismo. La ceación de este tono petende en alguna medida minimiza los costos antes indicados, además de binda una opción más económica a los dueños de tallees de pecisión que deseen automatiza sus pocesos a mediano plazo. El diseño e implementación del tono es un poyecto multidisciplinaio que involuca conceptos de computación, electónica y electomecánica, ente otas áeas. Con especto a la pate electónica, el poblema consiste en desaolla la unidad de contol mediante un sistema basado en micocontoladoes que cuente con comunicación vía pueto seial con una PC paa tansfei la secuencia de opeación hacia el contolado o envia infomación del estado del sistema hacia la PC. Además, debe conta con una intefaz de usuaio implementada en un lenguaje de alto nivel que pemita la escitua y compilación de pogamas en código G y M. La pate electomecánica consiste en los cálculos necesaios paa el diseño del tono que se utilizaá en el talle de pocesos manufactua de la caea de mantenimiento industial. Se ealizaon los cálculos paa los difeentes elementos del tono como: eje pincipal, bancada, conjunto eje-shock y el sopote del eje del shock. El análisis de éstos elementos incluye esfuezos y deflexiones; siempe tomando en cuenta el facto dinámico y se cooboaán los esultados obtenidos mediante el softwae invento, el cual fue utilizado paa el diseño del tono. Paa ahonda más en el tema se ealiza una investigación en difeentes aspectos elacionados con la teoía de máquinas heamientas: teoía de cote y aanque de viuta, aplicaciones y tipos de máquinas CNC, sistemas de tansmisión utilizados en máquinas heamientas, haciendo énfasis en la tansmisión po bandas (que fue la utilizada paa el tono). Otos temas afines que también fueon investigados, dada su elación con el tema son: tonillos de bolas (empleado paa guia el movimiento del pota heamientas), afinidad de mateiales (a fin de gaantiza un desempeño aceptable fente a la 13

14 coosión), selección de chumaceas adecuadas paa esta máquina, empleando los catálogos del fabicante Seal Maste. Po su pate, el análisis de vibaciones, dada la complejidad de sus cálculos y lo extensos que éstos esultan, se emplea como heamienta un pogama ceado en Excel, el cual genea una gáfica a pati de la que se pueden detemina las fecuencias natuales. Los encagados del áea de Ingenieía Electomecánica y Poducción Industial ealizaán la pogamación y la veificación de los movimientos que ealiza el tono una vez que este halla sido pogamado. 1. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO. El contol numéico computaizado es ampliamente usado en la industia paa la ceación y moldeado de piezas complejas de manea ápida y pecisa, logando aumenta los índices de poductividad y calidad a la vez que se disminuyen los costos de poducción, esto lo conviete en una heamienta que debe se conocida y manejada eficazmente po el ingenieo electomecánico. No obstante la utilización de este tipo de máquina heamienta esulta sumamente costosa, la compa, mantenimiento y el entenamiento paa aquellas pesonas que la utilicen. Es así, como es planteado uno de los objetivos fundamentales de este poyecto, el cual es constui un tono el cuál minimice los costos antes mencionados. Y pode a mediano plazo que los estudiantes dispongan de una máquina heamienta automatizada cuyos costos de constucción, mantenimiento y entenamiento sean menoes que los que actualmente se encuentan en el mecado. No obstante oto de los objetivos de este poyecto es pode intega en un poyecto de investigación ingenieos de difeentes escuelas que tabajaan como un gupo intedisciplinaio, y además incusiona en el áea de la mecatónica. OBJETIVOS GENERALES Y ESPECIFICOS 1.3 OBJETIVO GENERAL Diseño y constucción de un tono de Contol Numéico de aplicación didáctica. 1.4 Objetivos Específicos Los objetivos específicos han sido desaollados po áeas, se indican a continuación. 14

15 1.4.1 Áea de Ingenieía Electónica Objetivos de hadwae 1. Constui la intefase necesaia que pemita conecta una memoia RAM extena, de al menos 3kbytes, al micocontolado paa el almacenamiento del pogama de contol.. Implementa la intefase ente el senso de posición paa los motoes paso a paso y el micocontolado. 3. Instala y acopla al sistema un conjunto de inteuptoes que pemitan al usuaio ealiza en foma asincónica las taeas de (1) paada de emegencia y () einicio. 4. Implementa la intefase ente el senso de velocidad paa el moto CD y el micocontolado encagado de su muesteo. 5. Diseña y constui el lazo de contol necesaio paa egula y mantene constante la velocidad del moto CD. Objetivos de softwae a nivel del micocontolado 1. Diseña la estuctua de almacenamiento de infomación en la RAM extena.. Escibi una utina en lenguaje C que pemita ealiza el almacenamiento de infomación en la RAM extena. 3. Diseña el fomato de comunicación po utiliza paa tansfei instucciones expesadas en códigos G y M desde la PC hacia el micocontolado y paa el envío de infomación de estatus del micocontolado hacia la PC. 4. Escibi las utinas en lenguaje C necesaias paa conveti en ódenes de movimiento de los motoes paso a paso las instucciones ecibidas desde la PC, a efecto de que el tono pueda ealiza las opeaciones especificadas po el usuaio. 5. Desaolla una utina que pemita implementa un sistema de paada de emegencia en espuesta a una oden asincónica ecibida del usuaio mediante un inteupto de suspensión de la opeación. 6. Desaolla una utina que pemita establece el sistema al estado en que se encontaba al ealiza una paada de emegencia, de modo que pueda continua la opeación a pati del punto en que se podujo la suspensión de la opeación. 7. Ajusta las utinas en lenguaje C coespondientes a los comandos G y M desaollados en la etapa anteio, de modo que pemita establece en foma pecisa, la elación ente la cantidad de pasos que debe movese cada moto paso a paso paa avanza un milímeto. 15

16 8. Escibi una utina en lenguaje C que pemita medi la velocidad del moto CD que hace gia la pieza po se toneada. 9. Diseña el modelo de contol automático de velocidad del moto CD, ante vaiaciones de la caga y otas petubaciones, basado en ecuaciones de difeencias, que pemita mantene constante la velocidad del moto de acuedo con los paámetos establecidos po el usuaio. 10. Escibi una utina en lenguaje C que pemita implementa el modelo de contol automático de velocidad del moto CD. Objetivos de softwae a nivel de la PC 1. Desaolla un algoitmo que intepete los códigos G y M ingesados po el usuaio, los convieta al fomato de comunicación y los envíe vía pueto seie al micocontolado. Rediseña el decodificado de códigos G y M implementado en la pimea etapa del poyecto paa que acepte los códigos definidos en esa etapa y econozca nuevos códigos. 3. Implementa una utina que pemita al usuaio cea macoinstucciones que ealizan instucciones complejas a pati de un conjunto de instucciones simples expesadas en téminos de comandos G y M. 4. Implementa una utina pemita decodifica el conjunto de instucciones simples que foman una macoinstucción y las convieta al fomato de comunicación paa envialas luego al micocontolado Áea de Ingenieía Electomecánica 1. Documenta teoía de maquinas Heamientas. Documenta Teoía de Cote o Aanque de Viuta 3. Documenta Tipo de maquina CNC 4. Documenta Vibaciones Mecánicas 5. Documenta Método de Elementos Finitos 6. Documenta Sistemas de Tansmisión 7. Veifica y Documenta de los Mecanismos ya existentes 8. Realiza un estado del ate especto del maquinado y máquinas heamientas. 9. Detemina la potencia necesaia paa los motoes de los ejes X y Z. 10. Diseña el tono utilizando paa ello el softwae desaollado. 11. Realiza los planos de las difeentes piezas del tono. 1. Maquina las piezas del tono en el Cento de Pocesos Metalmecánicos. 16

17 13. Ensambla las difeentes piezas del tono Áea de Ingenieía Industial 1. Evalua los movimientos del tono en los ejes X y Z.. Desaolla pogamas donde se maquinen piezas de difeentes tamaños y fomas. 3. Detemina la calidad de maquinado de las piezas. 17

18 CAPÍTULO Áea mecánica..1 Rodamientos En los sistemas de tansmisión de movimiento los cojinetes y chumaceas tienen una gan impotancia, es po esto que se tataá mas a fondo.1.1 Cojinetes y chumaceas. Definición: Un cojinete es un mecanismo cuya finalidad es sevi de apoyo a los ejes y áboles que gian en el espacio, los cuales les pemite ota libemente además de sopota las cagas que se les impongan. Clasificación: Cojinetes de deslizamiento Cojinetes de odamientos. Los cojinetes de deslizamiento o también llamados bujes son los que ealizan su tabajo en condiciones de deslizamiento elativo y lo que sepaa el ábol del cojinete es una capa de lubicante,.1. Los cojinetes de odamientos. Estos pemiten la otación del eje dento de el po la utilización de elementos odantes lo mas ígidos posible, poco defomables colocados en pista intemedias en algunos casos, los cuales pemiten un movimiento indiecto de odadua ente el cojinete y el ábol.1 Ventajas de los cojinetes de odamiento conta los bujes: Pemiten educi la esistencia que impone la caga en el eje ente 5 y 10 veces. Se educe el calo geneado ente pates en contacto y en movimiento. 1. COJINETES DE RODADURA (RODAMIENTOS) TEÓRICO Pof. Ing. MAYER, Oma E. omaye@fi.uba.a SETIEMBRE 00.. Cojinetes de odamiento. G. González Rey, A. Gacía Toll, T. Otiz Cadenas 18

19 Se educe el desgaste en los ejes. Se educen las pédidas po ficción. Desventajas: Las dimensiones adiales son mayoes. Su capacidad paa amotigua las vibaciones es meno. Existen altas tensiones de contacto. No se ecomiendan en velocidades altas. No se ecomiendan en cigüeñales, aunque existen algunos especiales paa estos usos..1.3 Pates de un odamiento: En la figua.1 se puede obseva las pates pincipales de un odamiento: Figua.1. Pates de un odamiento. 19

20 .1.4 Pates odantes de los cojinetes: Las pates odantes son junto con los aos los encagados de sopota las cagas. Estos elementos odantes pueden tene difeentes geometías. Bolas. Rodillos cilíndicos. Rodillos cónicos. Rodillos esféicos. Figua.. Difeentes tipos de elementos odantes. Los elementos odantes se fabican de aceos aleados con como y como níquel, además se les da tatamientos témicos paa loga una dueza supeficial de hasta 60 y 65 HRC..1.5 Clasificación de los Cojinetes. Existen vaias maneas de clasifica los odamientos y es impotante tomalas en cuenta a la hoa de seleccionalos paa un uso específico. Clasificación según la foma de los elementos odantes. Bolas. Rodillos (cilindos, cónicos, esféicos, agujas) Clasificación según el sentido de aplicación de la caga. 0

21 Radiales. Radio-axiales. Axiales Axiales-adiales Clasificación según su capacidad de autoalineación. Autoalineantes No autoalineantes. Clasificación según el tipo. Rígido de Bolas de una Hilea ( Radial ) Bolas Angulaes ( Radio-axial ) Agujas ( Radial ) Rodillos Cónicos ( Radio-axial ) Axial de Rodillos Cilíndicos ( Axial ) Axial de Rodillos Cónicos (Axial-adial ) Bolas de dos Hileas Autoalineantes ( Radial ) Rodillos Cilíndicos ( Radial ) Rodillos Esféicos Autoalineantes ( Radial ) Bolas Axial ( Axial ) Axial de Agujas ( Axial)..1.6 Citeios de selección. Paa selecciona un odamiento se deben toma en cuenta las siguientes consideaciones: Según el tipo de odamiento: Magnitud y diección de las cagas. Velocidad de gio Resticciones de desplazamientos de los apoyos. Dimensiones adiales y axiales. Auto alineación.. G. González Rey, A. Gacía Toll, T. Otiz Cadenas 1

22 Rigidez. Limitaciones de montaje y desmontaje. Según el tamaño: En este se toma en cuenta citeios de capacidad de caga estática y dinámica. La selección de odamientos según el citeio de capacidad de caga estática se ealiza cuando la fecuencia de otación de este es meno de 10.p.m. (velocidad de otación muy lenta). En caso contaio se emplea el citeio de capacidad de caga dinámica, si el odamiento pemanece en las paadas y aanques bajo el efecto de la caga debe ealizase adicionalmente la compobación a capacidad de caga estática. Poleas y Fajas Tansmisión po poleas La tansmisión po coea consta de una faja colocada con cieta tensión ente dos poleas, una polea seá motiz y le tasmitiá el movimiento a la ota po medio del ozamiento que se poduce ente la faja y las poleas. Figua.3. Tansmisión po coeas..1.7 Pates de la polea En las poleas se puede apecia tes pates que son: Cuepo Cubo Gaganta

23 El cuepo es el elemento que une el cubo con la gaganta. En algunos tipos de poleas está fomado po adios o aspas paa educi peso y facilita la ventilación de las máquinas en las que se instalan.3 El cubo es la pate cental que compende el agujeo, pemite aumenta el goso de la polea paa aumenta su estabilidad sobe el eje. Suele inclui un chaveteo que facilita la unión de la polea con el eje o ábol (paa que ambos gien solidaios). 3 La gaganta (o canal ) es la pate que enta en contacto con la cueda o la coea y está especialmente diseñada paa consegui el mayo agae posible. La pate más pofunda ecibe el nombe de llanta. Puede adopta distintas fomas (plana, semicicula, tiangula...) peo la más empleada hoy día es la tapezoidal. 3 Figua.4.Pates de una polea. La función pincipal de las poleas es cambia la diección de una fueza mediante cuedas o tansmiti un movimiento giatoio de un eje poducido po un moto a oto eje mediante fajas Básicamente la polea se utiliza paa dos fines: el pimeo es paa cambia la diección de una fueza mediante cuedas, el segundo es paa tansmiti un movimiento giatoio de un eje a oto mediante coeas. Figua.5. Muesta como se puede cambia la diección del movimiento. 3 Estudio de la polea de coea.htm 3 Estudio de la polea de coea.htm 3 Estudio de la polea de coea.htm 3

24 La figua.6 muesta un ejemplo del segundo uso de las poleas y fajas el cual es acopla motoes elécticos a otas maquinas tales como compesoes, geneadoes elécticos, etc., con mecanismos de este tipo se pueden constui mecanismos como la caja de velocidades, un ten de poleas, aumenta o disminui la velocidad que nos entega un moto en su eje, etc. Figua.6. Uso de las poleas paa tansmiti movimiento poducido po un moto eléctico..1.8 Fajas Las faja pueden se pincipalmente de dos tipos, planas y tapezoidales. Las planas como se muesta en la figua necesitan que las poleas tengan el peímeto acanalado, siendo las mas utilizadas. Las fajas tapezoidales son las más utilizadas y se pueden enconta en difeentes fomas y tamaños; la función se fundamenta en el efecto cuña que se pesenta ente la faja y la polea. Figua.7 Polea plana. 4

25 Figua.8. Polea en V utilizada paa las fajas tapezoidales..1.9 Relación de tansmisión. Como ealiza el cálculo de las poleas dependiendo de las elaciones que se equiean. N N1 d d1 Figua.9. Polea Vaiables involucadas en el cálculo de elación de tansmisión. Donde: d 1 = Diámeto de la polea motiz N 1 = Velocidad de la polea motiz (.p.m.) d = Diámeto de la polea conducida N = Velocidad de la polea conducida (.p.m.) Relación de tansmisión: N! / N = dp / dp 1 Donde: dp 1 y dp son diámetos pimitivos. Paa establece la elación de tansmisión ente las poleas se toma la siguiente elación. N 1 d1 = N d En el anexo se muestan difeentes tablas con valoes estánda de fajas y poleas 5

26 . Tonillos de bolas. Los tonillos de bolas son eficientes al conveti movimientos otatoios a movimientos lineales. Un tonillo de bolas es un tonillo mejoado, estos tienen unas bolas que tansfieen las cagas ente la tueca y el tonillo. Los tonillos de bolas pueden también se utilizados como eductoes de velocidad, convitiendo un desplazamiento lineal en oto meno, como altenativa a motoes lineales o cilindos hidáulicos o neumáticos. Un pa pequeño es convetido en una gan fueza de empuje con mayo eficiencia y pecisión que la conseguida con un tonillo de potencia. Tonillo consta básicamente del eje o husillo popiamente dicho, tueca, bolas y un sistema de eciculación paa éstas últimas. Las bolas gian ente el eje y la tueca paa educi el ozamiento y eleva el endimiento de la tansfeencia de movimiento. Al llega al final de la caea vuelven al punto de patida gacias a divesos sistemas de eciculación. 3 Figua.10. Estuctua de un tonillo de bolas. Los tonillos de bolas son más eficientes que los tonillos de potencia, esto se puede obseva en la siguiente figua. 3 tecnun CAMPUS TECNOLÓGICO UNIVERSIDAD DE NAVARRA, Tonillos y uniones atonilladas 6

27 Eficiencia en opeación nomal Convitiendo movimiento otatoio a movimiento lineal Eficiencia Convitiendo movimiento lineal en movimiento otatoio µ = Coeficiente de ficción Figua.11. Eficiencia ente los tonillos de bola y los tonillos de potencia. Tipos de eciculación de bolas. La foma en como las bolas eciculan dento de la tueca vaía dependiendo del tipo que se equiea. Existen vaios tipos como se puede obseva en las siguientes figuas: Po tubo exteio. Figua.1. Estuctua de un tonillo de bolas po tubo exteio. 7

28 Po deflectoes. Figua.13. Estuctua de un tonillo de bolas po deflectoes. Tipo End Cap. Figua.14. Estuctua de un tonillo de bolas tipo End Cap. Un aspecto impotante de un tonillo de bolas eficiente es el sistema de eciculación de las bolas en el inteio de la tueca. Este sistema de tansfeencia intena se utiliza debido a su obusta constucción y de la ventaja de pemiti un diámeto mas educido de la tueca, pemitiendo un movimiento más suave, menos bolas po pista y po lo tanto menos ozamiento. La foma de la pista que se utiliza es la ojival también llamado aco gótico como se muesta en la figua, esta foma pemite educi el juego axial libe en el caso de la tueca sencilla. 8

29 Figua.15 Muesta la foma del aco de la tueca...1 Cálculo de un tonillo de bolas. Paa ealiza el cálculo adecuado del tonillo a utiliza se deben segui los siguientes pasos: 4 Las fómulas paa el cálula del tonillo de bolas son las siguientes, según Suestep: Revoluciones del moto: n n V moto moto c aga = ( V P ) c aga = RPM = mm min i Toque equeido paa acelea y desacelea la caga 4 Selección del sistema Suestep. 9

30 T T J acel acel total tiempo J = N m velocidad total = Kg m = RPM = seg ( ) velocidad Inecia total del moto J J total total = Kg m tiempo π 60 = J + J + J + J + J ) i moto Inecia de la caga Peso = Kg educto ( Peso) ( π P ) Jc ag a = Paso y eficiencia. P = pitch = ev del movimiento m e = eficiencia Toque de ficción (( acoplamiento tonillo c aga e T T esist esist = Kg m ( π P) = F + T ) i (( total pec ag a Toque debido a tensión en el tonillo sinfín. [ Kg - m] Tensión en el tonillo paa minimiza el " Backlash". Tpecaga = Fueza total Ftotal[N] = Fext + Fficción + Fgavedad F F total total = F = N ext + F ficción + F gavedad 30

31 Defina las necesidades del actuado y del movimiento. Peso de la mesa y del objeto Ángulo de inclinación Fueza extena de la caga Diámeto del tonillo Longitud del tonillo Mateial del tonillo Resolución deseada Reducto de enganaje Movimiento Paso del tonillo Coeficiente de ficción de supeficies que se deslizan Tiempo de movimiento Tiempo de aceleación Fecuencia inicial en la patida Figua.16. Muesta el diagama del tono. dcaga = desplazamiento o distancia que se mueve la caga po otación del eje del actuado (P=pitch=1/dcaga) Dtotal = distancia total del movimiento 31

32 upaso = esolución del paso del accionamiento (pasos/evmoto) i = azón de educción del educto de velocidad (evmoto/evejeeducto) Tacel = toque equeido paa acelea y desacelea la inecia total del sistema (incluye la inecia del moto) Tesist= toque esistivo de la caga cuando se opea el actuado a velocidad constante po la ficción, fuezas extenas a la caga, etc. ttotal = tiempo del movimiento.3 Vibaciones en Máquinas Heamientas.3.1 Análisis modal El análisis modal es el método que más se utiliza paa obtene tanto las fecuencias de los modos como de la estuctua. Este método de diseño y análisis se basa en el cálculo de las fecuencias y modos natuales de vibación del sistema o elemento en estudio. El modo vibatoio epesenta la escala po medio de la cual se distibuye la amplitud de la vibación a todo el sólido. En la mayoía de las aplicaciones basta con analiza los modos asociados con fecuencias compendidas en un deteminado ango; además las fecuencias y los modos natuales están en función de la inecia, igidez y amotiguamiento del componente. Los modos pueden se Reales; si todos los puntos analizados viban en fase es deci, que alcanzan su máximo desplazamiento al mismo tiempo y Complejos; si los puntos pesentan un desfase ente ellos. Esto se debe al tipo de amotiguamiento que puede se: nulo, viscoso popocional, estuctual y viscoso no popocional. Po lo tanto, la deteminación de las fecuencias natuales del conjunto estuctual es fundamental paa el diseño, ya que de esta manea se gaantiza un compotamiento dinámico coecto al mantene las velocidades de opeación del sistema mecánico lo más distantes posible de las fecuencias natuales (ve figua.17). 3

33 Figua.17. Conjuntos mecánicos paa deteminase po análisis modal Nótese que el análisis modal es una técnica capaz de loga detemina de manea eficiente el diseño dinámico del sistema mecánico; ya que paa aumenta una fecuencia natual seá suficiente con aumenta la igidez de los nevios; con lo cual se obtiene una disminución en la defomación del modo. El fundamento teóico de la aplicación del método del Análisis Modal se basa en la elación existente ente la matiz de tansfeencia y las fecuencias y modos natuales de vibación. Descomposición de las ecuaciones modales: La ecuación dinámica paa el análisis modal es la siguiente: M x& + Cx& + Kx = f Si asumimos que f = 0 paa Mω + iωc + K X = 0 Paa C = 0: [ K ] X = ω [ M ]X x iωt = Xe se tiene que: Esto nos lleva a un poblema de valoes popios cuya solución se obtiene de la siguiente manea: Fecuencias natuales ω (=1,...,N) Modos de vibación φ (=1,...,N) Otogonalidad de los modos: T T φ [ M ] φ = 0 φ [ K ] φ = 0 Descomposición modal: 33

34 x = { φ} η = [ Φ]{ η} Paa la amotiguación popocional la ecuación dinámica queda como: T T T T [ Φ] [ M ][ Φ]{ & η } + [ Φ] [ C][ Φ]{ & η} + [ Φ] [ C][ Φ]{ η} = [ Φ] { f } M d T {& η } + C {& η} + K { η} = [ Φ] { f } d Ecuaciones desacopladas d Ecuación modal : Patiendo de: Al dividi po m se obtiene: T && η + ξ ω η& + ω η = 1 φ f m Debido a que las fuezas de cote son fuezas intenas y al nomaliza los modos de foma tal que el desplazamiento elativo ente la pieza y la heamienta tengan el siguiente módulo de unidad: Po lo tanto, las fuezas de cote son: Donde: A c = Sección de viuta cotada Γ = una constante con dimensiones de pesión Nótese que Ac es función del poducto de movimiento según diecciones. Paa aplicaciones de toneado: Donde: t = Repesenta las vaiaciones con pofundidad de cote. x m && η + c & η + k η = T { φ } { f } T { φ } = { cosα,cos β, cosγ } ph T { Fc } = { cosαc,cos βc, cosγ c} ΓAc t z = epesenta las vaiaciones en el avance po vuelta. v x, v z = son los factoes de ecubimiento. { } { } ( t z0 + t z )( t x0 + t x ) dac t z0t x + t x t z Ac = 0 34

35 Con base en las definiciones anteioes y sustituyendo convenientemente se llega a: T { φ } { F } = ( cosα cosα + cos β cos β + cosγ cosγ ) ph c c c c ΓA c = ΓA c cosϕ = Γt z0 cosϕ cosα ( η ( t) ν η ( t τ )) + Γt cosϕ cosγ ( η ( t) ν η ( t τ )) x x0 z La igidez de cote modal queda de la siguiente manea: K c El facto de ecubimiento modal esulta finalmente como: ν t ν = t x z0 z0 = Γ ( ν xtz0 cosα + ν ztx cosγ ) Kcν cosα + ν t cosα + t ϕ ( t cosα t cosγ ) cos z0 + x0 Γ cosϕ 0 = z x0 x0 cosγ cosγ Si se ealiza una poyección modal de la fueza se obtiene la siguiente figua: Figua.18. Poyección de la Diección Modal Resumen de ecuaciones modales: ( k + K ) η K ν η ( t ) = 0 m & η + c & η + τ Donde: K c = Γ ϕ c ( t cosα t cosγ ) cos z0 + x0 c 35

36 ν t ν = t x z0 z0 cosα + ν t cosα + t z x0 x0 cosγ cosγ Ejemplo: Patamos de los siguientes paámetos modales: Tabla.1. Paámetos Modales Nº Modo Fecuencia natual (Hz) Masa (Kg.) Amotiguamiento ϕ (%) φx φy φz ,5 0, 1 0, , 0, , Reescalado de los modos: cosα = φ + φ + φ x φ x y z = 0,19 cosβ = φ + φ + φ x φ y y z = 0,96 cosγ = φ + φ + φ x φ z y z = 0,19 M = M φ + φ + x y φ z cos ϕ = cosα cosα + cos β cos β + cosγ cosγ c.tabla. Reescalado de difeentes Modos c c Nº Modo M cosα cosβ cosγ 1 95,93 0,19 0,96 0,19 761,9 0,976 0,195 0, ,707 0,707 0 Duante el poceso de toneado las fuezas de cote se calculan como: Fx Cx 1,1 Fy = C y Ac = 0,35 10 Fz Cz 1,6 cosα c Ac = Γ cos βc Ac cosγ c Los cosenos de cote y Γ esultan: 9 36

37 cos α 0,558 cos β = 0,177 cosγ = 0,811 c = c c Γ = C x + C y + C z = 1, Y el cosϕ es cos ϕ = cosα cosα + cos β cos β + cosγ cosγ : c Tabla.3. Coseno paa difeentes númeos de Modo Nº Modo cos ϕ 1 0,433 0, ,50 Combinación óptima de avance y pofundidad cote: c Suponiendo una velocidad de pieza, existe un valo µc paa el modo : K c = µ K = µ ω m c c Teniendo en cuenta la expesión de Kc: Γ cosϕ ( t cosα + t cosγ ) 0z 0x µ ω m c t c 0z cosα + t 0x µ cω m cosγ Γ cosϕ La poductividad es máxima si Ac=t0x t0z es máxima. Po lo tanto al despeja t0z en la expesión del umbal de estabilidad: µ ω m cosγ cosγ c c t0z t0x Ac = t0x t0x cos cos cos Γ ϕ α α Γcosϕ cosα cosα µ ω m Mediante la deivación se obtienen los máximos: t 0z µ cω m = t Γ cosϕ cosα 0x µ cω m = Γ cosϕ cosγ Finalmente paa el umbal absoluto: t t ( ξ ) ξ ω m Γcosϕ cosα 1+ 0 z = 0x ( 1+ ξ ) ξ ω m = Γ cosϕ cosγ 37

38 Tabla.4 Valoes óptimos de avance y pofundidad Nº t 0 x t 0 z Modo (mm.) (mm.) 1 9,9 9,9 53,0 5,3 3 0, Método de elementos finitos: El método de elementos finitos consiste en asumi que la estuctua de la máquina y los elementos que foman la misma son confoman una estuctua continua. Dicha estuctua se encuenta sometida a desplazamientos (ux, uy, uz),defomaciones (δ x, δ y, δ z ) y esfuezos (σ x, σ y, σ z, τ xy, τ xz, τ yz ). Figua.19. Compotamiento de un cuepo en el espacio según método de elementos finitos Al asumi que la estuctua total es continua, ésta se puede dividi en pequeñas estuctuas; a las cuales se les da una foma geomética que facilite su análisis. A cada una de estas subestuctuas se les llama elementos finitos. Así pues; se calculan los desplazamientos, las defomaciones y los esfuezos paa cada elemento finito y posteiomente se suman paa obtene el gan total que afecta a la estuctua como un todo. Figua.0. División de la estuctua según método de elementos finitos A los vétices de cada elemento finito se le llama nodos o puntos de aticulación. Los nodos definen el límite o la fontea de elemento finito. 38

39 Paa inicia el análisis de los elementos finitos, se debe conoce como están siendo afectados los nodos y po ende la fontea. Esto implica que el método de elementos finitos se esume en un poblema de bode; en el cual, se apoxima mediante una función de intepolación cómo se compota el elemento finito. Lógicamente; como éste es un método apoximado, cuanto más cecano sea el modelo popuesto a la ealidad; más ceteos seán los esultados obtenidos. El método de elementos finitos se aplica en la esolución de poblemas complejos de estuctuas o elementos continuos. Paa ello se utiliza un pocedimiento matemático que tiene como objetivo apoxima los esultados de los modelos que epesentan el compotamiento físico de la estuctua en cuestión, la cual se somete a difeentes condiciones extenas (esfuezos - defomación, vibación, tansfeencia de calo, etc.). Ya que el método de elementos finitos implica un poceso de apoximación y es bastante ceteo, éste método de análisis es utilizado en la mayoía de los softwae de diseño mecánico como MCAD, Autodesk Invento, Mechanical Desktop, SPI, visual Nastan, Magma, EdgeCAM, athtace, Venezula; etc. Pocedimiento paa ealiza el método de elementos finitos: Pe - Poceso: en esta etapa se considea la estuctua y los elementos finitos de la misma como ideales. Se definen las caacteísticas y popiedades de cada elemento finito (geometía, mateial, tatamientos témicos, etc.); así como las condiciones peiféicas (bodes, esticciones, caga). Esta etapa es la de mayo impotancia poque se deben defini coectamente todos los nodos (deben se los mismos). A esta utina se le llama consistencia el modelo. Poceso: en esta etapa se esuelven las ecuaciones y matices que caacteizan al modelo en estudio. Post Poceso: esta es la etapa final, en la cual, de acuedo con los esultados obtenidos en la etapa anteio se elaboan los gáficos y tablas de esultados finales. A pati de éstas últimas se plantean las modificaciones y mejoas al diseño inicial..3.3 Análisis estático po el método de elementos finitos paa un tono CNC: Paa aplicaciones como máquinas heamienta se ecomienda fabica sus pates con un mateial suficientemente ígido, esto con el fin de evita que los desplazamientos (poducto de la acción de las vibaciones mecánicas, fuezas dinámicas y estáticas), lleguen a sobepasa los límites aceptables establecidos paa máquinas heamientas. Debido a que las defomaciones se pesentan en función de las cagas, flexiones y vibaciones mecánicas se ecomienda que paa pates como las bancadas de máquinas heamienta sena sometidas a un ecocido paa disminui los esfuezos esiduales que éstas puedan tene. 39

40 El pime paso paa ealiza un análisis estático po el método de elemento finito es detemina la de igidez estática, la cual se define a tavés del coeficiente de igidez (k). Paa calcula k se poponen las siguientes ecuaciones: De la física elemental: F k = δ Donde: F = es la fueza total en diección de defomación. δ = es la defomación. k = es el coeficiente de igidez. De la mecánica de mateiales: δ ε = L F A E σ = ε E = F = δ = k δ A L k = A E L Donde: ε = es la defomación unitaia. σ = es el esfuezo nomal. A = es áea tansvesal. L = es la longitud de la pieza. E = es el módulo de igidez del mateial. Del análisis de vibaciones mecánicas: k = m ω Donde: m = es la masa de la pieza. ω = es la velocidad angula de la pieza. Una vez que el tono está tabajando se pesentaá una defomación estática total poducto de las defomaciones de cada elemento finito de las piezas; como po ejemplo: ente heamienta y pieza, ente husillo y cabezal fijo, ente pota heamienta y caos auxiliaes, ente caos auxiliaes y bancada ente bancada y bases, finalmente ente bancada y cabezal móvil. 40

41 Es impotante tene en cuenta que la defomación total de la máquina está en función de la igidez estática de cada una de las pates que la foman y de la foma en que se ensamblaon las mismas. Mediante la aplicación del método de análisis modal y el método de elementos finitos es posible diseña y modela un sistema mecánico completo paa ealizale ensayos con difeentes tipos de cagas (dinámica o estática) y modificaciones de se necesaio. Sin embago, ecuede que se necesita subdividi el sistema completo. Uno de los paámetos más influyentes paa ealiza un análisis estático coectamente es el diámeto de las piezas. Po lo tanto, es indispensable ealiza un análisis completo de defomación en los ejes x, y de foma tal que se consideen todos los casos extemos. Así pues, es obligatoio ealiza los análisis de esfuezos equivalentes (pefeiblemente con base en la Teoía de la Máxima Enegía de la Distosión; Von Misses) paa dichos diámetos. Análisis dinámico po el método de elementos finitos: De acuedo con estudios estadísticos ealizados en tonos CNC sometidos a condiciones de etemblado; se espea que uno de los siguientes sistemas vibatoios sea el que ealice vibaciones autoinducidas: eje pincipal - pieza o eje pincipal - pieza - cabezal móvil, pieza y heamienta. La fecuencia natual de este tipo de vibación está en función de la distibución de la masa de la bancada y de la igidez de las bases. Ya que los tonos CNC en su mayoía son similaes, es de espease que las fecuencias natuales de las vibaciones autoinducidas sean paecidas (en cuanto a magnitud se efiee) paa tonos difeentes. Nótese que un facto sumamente impotante que afecta dichas fecuencias es la amotiguación (C); la cual altea la igidez dinámica. 41

42 Notas sobe la igidez dinámica: La capacidad de amotiguación de un sistema mecánico específico está en función del coeficiente de elasticidad k de cada pieza que lo foma, de las masas de las piezas en vibación, y en especial, del diseño constuctivo y los estados de opeación del mismo. Cuanto meno sea la amplitud de la vibación de esonancia, mayo seá la igidez dinámica del sistema. La igidez dinámica tiende a aumenta confome aumenta el poducto del coeficiente de elasticidad po la amotiguación. Gan pate de los softwae de diseño mecánico utilizan la hipótesis del amotiguamiento popocional (Rayleigh); la cual se base en la suposición de que es posible detemina expeimentalmente las elaciones de amotiguamiento (ξ) mediante las adecuadas excitaciones modales. Ya que obtene la matiz de amotiguamiento [CE] es difícil po su caácte expeimental, se utiliza la suposición de un amotiguamiento de Rayleigh popocional: C E R [ M ] β [ K ] = α + E R m & η + c & η + k η = Donde: E T { φ } { f } αr y βr epesentan los coeficientes de Rayleigh. Con dicha matiz [CE] las condiciones de otogonalidad se mantienen vigentes. Estos coeficientes se pueden detemina si se conocen las dos elaciones de amotiguamiento ξ 1 y ξ eales que coespondan a dos fecuencias difeentes de vibación ω 1 y ω. Conociendo α R y β R se pueden halla las elaciones de amotiguamiento ξpaa cualquie valo de ω; y su expesión es: ξ αr β ω + ω = R Tabla.5 Paámetos Modales Nº Fecuencia Masa Amotiguamiento φ x φ y φ z Modo natual (Kg.) ξ (%) (Hz) ,5 0, 1 0, , 0, ,

43 Reescalado de los modos: cos φ = x φy φ α = 0,19 cos = = 0,96 cos = z β 0,19 γ = φ + φ + φ φ + φ + φ φ + φ + φ x y z x y z x y z cos ϕ = cosα cosα + cos β cos β + cosγ cosγ c c c M = φ + φ + x M y φ z Tabla.6 Rescalado de difeentes Modos Nº Modo M cosφ x cosφ y cosφ z 1 95,93 0,19 0,96 0,19 761,9 0,976 0,195 0, ,707 0,707 0 Duante el poceso de toneado las fuezas de cote se calculan como: Fx Cx Fy = C y Ac Fz Cz = 1,1 0, ,6 9 A c cosα c = Γ cos βc A cosγ c c Los cosenos de cote y Γ esultan: cos α 0,558 cos β = 0,177 cosγ = 0,811 c = c c Γ = C x + C y + C z =1, Y el cosϕ es cos ϕ = cosα cosα + cos β cos β + cosγ cosγ : c c c 43

44 Tabla.7 Coseno paa difeentes númeos de Modo Nº Modo cos ϕ 1 0,433 0, ,50 Combinación óptima de avance y pofundidad cote: Suponiendo una velocidad de pieza, existe un valo µc paa el modo : K c = µ K = µ ω m c c Teniendo en cuenta la expesión de Kc: Γ cosϕ ( t cosα + t cosγ ) 0z 0x µ ω m c t 0z cosα + t 0x µ cω m cosγ Γ cosϕ La poductividad es máxima si A c =t 0x t 0z es máxima. Po lo tanto al despeja t 0z en la expesión del umbal de estabilidad: µ ω m cosγ cosγ c c t0z t0x Ac = t0x t0x cos cos cos Γ ϕ α α Γcosϕ cosα cosα µ ω m Mediante la deivación se obtienen los máximos: t 0z µ cω m = Γ cosϕ cosα t 0x µ cω m = Γ cosϕ cosγ Finalmente paa el umbal absoluto: t 0z ( 1+ ξ ) ξ ω m = Γ cosϕ cosα t 0x ( 1+ ξ ) ξ ω m = Γ cosϕ cosγ 44

45 Tabla.8 Valoes óptimos de avance y pofundidad Nº t 0x t 0z Modo (mm.) (mm.) 1 9,9 9,9 53,0 5,3 3 0, Método de elementos finitos: El método de elementos finitos consiste en asumi que la estuctua de la máquina y los elementos que foman la misma son confoman una estuctua continua. Dicha estuctua se encuenta sometida a desplazamientos (ux, uy, uz), defomaciones (ε x, ε y, ε z ) y esfuezos (σ x, σ y, σ z, τ xy, τ xz, τ yz ). Figua.1 Compotamiento de un cuepo en el espacio según método de elementos finitos Al asumi que la estuctua total es continua, ésta se puede dividi en pequeñas estuctuas; a las cuales se les da una foma geomética que facilite su análisis. A cada una de estas subestuctuas se les llama elementos finitos. Así pues; se calculan los desplazamientos, las defomaciones y los esfuezos paa cada elemento finito y posteiomente se suman paa obtene el gan total que afecta a la estuctua como un todo. Figua. División de la estuctua según método de elementos finitos 45

46 A los vétices de cada elemento finito se le llama nodos o puntos de aticulación. Los nodos definen el límite o la fontea de elemento finito. Paa inicia el análisis de los elementos finitos, se debe conoce como están siendo afectados los nodos y po ende la fontea. Esto implica que el método de elementos finitos se esume en un poblema de bode; en el cual, se apoxima mediante una función de intepolación cómo se compota el elemento finito. Lógicamente; como éste es un método apoximado, cuanto más cecano sea el modelo popuesto a la ealidad; más ceteos seán los esultados obtenidos. El método de elementos finitos se aplica en la esolución de poblemas complejos de estuctuas o elementos continuos. Paa ello se utiliza un pocedimiento matemático que tiene como objetivo apoxima los esultados de los modelos que epesentan el compotamiento físico de la estuctua en cuestión, la cual se somete a difeentes condiciones extenas (esfuezos - defomación, vibación, tansfeencia de calo, etc.). Ya que el método de elementos finitos implica un poceso de apoximación y es bastante ceteo, éste método de análisis es utilizado en la mayoía de los softwae de diseño mecánico como MCAD, Autodesk Invento, Mechanical Desktop, SPI, visual Nastan, Magma, EdgeCAM, athtace, Venezula; etc. Pocedimiento paa ealiza el método de elementos finitos: 1. Pe - Poceso: en esta etapa se considea la estuctua y los elementos finitos de la misma como ideales. Se definen las caacteísticas y popiedades de cada elemento finito (geometía, mateial, tatamientos témicos, etc.); así como las condiciones peiféicas (bodes, esticciones, caga). Esta etapa es la de mayo impotancia poque se deben defini coectamente todos los nodos (deben se los mismos). A esta utina se le llama consistencia del modelo.. Poceso: en esta etapa se esuelven las ecuaciones y matices que caacteizan al modelo en estudio. 3. Post Poceso: esta es la etapa final, en la cual, de acuedo con los esultados obtenidos en la etapa anteio se elaboan los gáficos y tablas de esultados finales. A pati de éstas últimas se plantean las modificaciones y mejoas al diseño inicial. Análisis estático po el método de elementos finitos paa un tono CNC: Paa aplicaciones como máquinas heamienta se ecomienda fabica sus pates con un mateial suficientemente ígido, esto con el fin de evita que los desplazamientos (poducto de la acción de las vibaciones mecánicas, fuezas dinámicas y estáticas), lleguen a sobepasa los límites aceptables establecidos paa máquinas heamientas. Debido a que las defomaciones se pesentan en función de las cagas, flexiones y vibaciones mecánicas se ecomienda que paa pates como las bancadas de 46

47 máquinas heamienta sena sometidas a un ecocido paa disminui los esfuezos esiduales que éstas puedan tene. El pime paso paa ealiza un análisis estático po el método de elemento finito es detemina la de igidez estática, la cual se define a tavés del coeficiente de igidez (k). Paa calcula k se poponen las siguientes ecuaciones: De la física elemental: F k = δ Donde: F = es la fueza total en diección de defomación. δ = es la defomación. k = es el coeficiente de igidez. De la mecánica de mateiales: δ ε = L F A E σ = ε E = F = δ = k δ A L k = A E L Donde: ε = es la defomación unitaia. σ = es el esfuezo nomal. A = es áea tansvesal. L = es la longitud de la pieza. E = es el módulo de igidez del mateial. Del análisis de vibaciones mecánicas: 47

48 k = m ω Donde: m = es la masa de la pieza. = es la velocidad angula de la pieza. Una vez que el tono está tabajando se pesentaá una defomación estática total poducto de las defomaciones de cada elemento finito de las piezas; como po ejemplo: ente heamienta y pieza, ente husillo y cabezal fijo, ente pota heamienta y caos auxiliaes, ente caos auxiliaes y bancada ente bancada y bases, finalmente ente bancada y cabezal móvil. Es impotante tene en cuenta que la defomación total de la máquina está en función de la igidez estática de cada una de las pates que la foman y de la foma en que se ensamblaon las mismas. Mediante la aplicación del método de análisis modal y el método de elementos finitos es posible diseña y modela un sistema mecánico completo paa ealizale ensayos con difeentes tipos de cagas (dinámica o estática) y modificaciones de se necesaio. Sin embago, ecuede que se necesita subdividi el sistema completo. Uno de los paámetos más influyentes paa ealiza un análisis estático coectamente es el diámeto de las piezas. Po lo tanto, es indispensable ealiza un análisis completo de defomación en los ejes x, y de foma tal que se consideen todos los casos extemos. Así pues, es obligatoio ealiza los análisis de esfuezos equivalentes (pefeiblemente con base en la Teoía de la Máxima Enegía de la Distosión; Von Misses) paa dichos diámetos. Análisis dinámico po el método de elementos finitos: De acuedo con estudios estadísticos ealizados en tonos CNC sometidos a condiciones de etemblado; se espea que uno de los siguientes sistemas vibatoios sea el que ealice vibaciones autoinducidas: eje pincipal - pieza o eje pincipal - pieza - cabezal móvil, pieza y heamienta. La fecuencia natual de este tipo de vibación está en función de la distibución de la masa de la bancada y de la igidez de las bases. Ya que los tonos CNC en su mayoía son similaes, es de espease que las fecuencias natuales de las vibaciones autoinducidas sean paecidas (en cuanto a magnitud se efiee) paa tonos difeentes. Nótese que un facto sumamente impotante que afecta dichas fecuencias es la amotiguación (C); ya que ésta altea la igidez dinámica. 48

49 Notas sobe la igidez dinámica: La capacidad de amotiguación de un sistema mecánico específico está en función del coeficiente de elasticidad k de cada pieza que lo foma, de las masas de las piezas en vibación, y en especial, del diseño constuctivo y los estados de opeación del mismo. Cuanto meno sea la amplitud de la vibación de esonancia, mayo seá la igidez dinámica del sistema. La igidez dinámica tiende a aumenta confome aumenta el poducto del coeficiente de elasticidad po la amotiguación. Gan pate de los softwae de diseño mecánico utilizan la hipótesis del amotiguamiento popocional (Rayleigh); la cual se base en la suposición de que es posible detemina expeimentalmente las elaciones de amotiguamiento (ξ) mediante las adecuadas excitaciones modales. Ya que obtene la matiz de amotiguamiento [C E ] es difícil po su caácte expeimental, se utiliza la suposición de un amotiguamiento de Rayleigh popocional: m & η + c & η + k η = Donde: T { φ } { f } αr y βr = epesentan los coeficientes de Rayleigh. Con dicha matiz [C E ] las condiciones de otogonalidad se mantienen vigentes. Estos coeficientes se pueden detemina si se conocen las dos elaciones de amotiguamiento ξ 1 y ξ eales que coespondan a dos fecuencias difeentes de vibación ω 1 y ω. Conociendo α R y β R se pueden halla las elaciones de amotiguamiento ξpaa cualquie valo de ; y su expesión es: ξ α R β ω + ω = R 49

50 Figua.3 Se pesenta el amotiguamiento popocional de Rayleigh como la suma de los popocionales de masa y igidez En la tabla.9, se pesenta como efeencia, los valoes de la popoción de amotiguamiento cítico aceptados po la USNRC (United States Regulatoy Comm.ission) paa el diseño de estuctuas. Tabla.9. Valoes de la popoción de amotiguamiento cítico aceptados po la USNRC (United States Regulatoy Comm.ission) paa el diseño de estuctuas. 50

51 .1 Obsevaciones Paa pode explica los objetivos alcanzados, es necesaio señala cuál ha sido la metodología de las puebas hechas a todos los modelos y diseños popuestos. La idea geneal es obseva como esponden los modelos a la solicitación dinámica. Todo estudio de Máquinas Heamientas se hace bajo el análisis de los esfuezos y defomaciones, po efecto de la caga de tabajo o de las vibaciones po el mecanizado; paa finalmente compoba su igidez. De estos esultados se tiene en geneal que todos los modelos han cumplido con la solicitación estática y dinámica. Cuando se tienen los esultados de los análisis es necesaio eplantea la solución desde el punto de vista de la gama de velocidades de tabajo del antecedente, en base de las siguientes ecomendaciones: En un diseño de máquinas heamientas todas las velocidades de tabajo debeán esta po debajo de la velocidad cítica o po encima de la misma. En este estudio todas las velocidades estaán po encima de la velocidad cítica. Las fecuencias de tabajo (velocidades) debeán esta alejadas de la fecuencia natual del sistema y en paticula de la bancada en un 100 %. De todas estas ecomendaciones se necesita edefini la velocidad de tabajo más baja del sistema mecánico en cuestión. Las fomas constuctivas de los modelos influyen en gan medida ante la posibilidad de que apaezcan defomaciones debido a cietos pocesos como constucción po soldadua. Este aspecto es sumamente delicado. Es necesaio analiza las defomaciones debido al poceso de fabicación del sistema mecánico, ya que dicho poceso cuando se ealice dejaá sobe su foma final una seie de esfuezos esiduales; los cuales pueden se aliviados en alguna medida con un poceso témico de ecocido, (alivio de tensiones) peo finalmente pesentaán defomaciones pemanentes que influián en las defomaciones finales del sistema mecánico (el valoa esta fuente de eo podía da luga a oto estudio complementaio). En la actualidad ya no es posible diseña po los métodos tadicionales, (citeios estáticos, expeiencias pevias, y coecciones a ensayos costosos) po el contaio utiliza nuevas heamientas de cálculo y diseño, llevan a una optimización del poducto a fabica. 51

52 . Sistemas de Contol Numéico Automatización En la década de los 50 s la mayo pate de las taeas de manufactua se ealizaban con maquinaia convencional, tales como tonos, fesas, pensas etc. Cada vez que se equeía nuevos poductos, y piezas complicadas ea necesaio inveti una gan cantidad de tiempo po pate de los opeaios. El facto humano también afectaba la calidad de los poductos fabicados. Po lo anteio se vio la necesidad de educi el efecto del costo de la mano de oba sobe el poducto. También se analizó la necesidad de hace que las opeaciones de manufactua fuean más eficientes y flexible. Automatización es el poceso de hace que las máquinas sigan un oden pedeteminado de opeaciones con poca o ninguna mano de oba, utilizando equipo y dispositivos especializados que ejecutan y contolan los pocesos. La automatización es un concepto evolutivo, más que evolucionaio. Se ha implementado bien en las siguientes áeas: Pocesos de Manufactua. Opeaciones de maquinado, extusión en fío, colado y ectificado. Manejo de mateiales. Las piezas y mateiales se tanspotan po la planta mediante equipo contolado po computadoa, sin la intevención humana. Inspección. Las piezas son inspeccionadas automáticamente paa compoba su calidad, pecisión dimensional y acabado supeficial, sea en el poceso de fabicación, o al final. Ensamble. Las piezas individuales fabicadas se aman o ensamblan en foma automática paa foma subensambles y po último, el poducto. Empaque. Los poductos se empacan automáticamente...1 Contol Numéico..1.1 Histoia del Contol Numéico El desaollo de pogeso tecnológico llevado a cabo po el hombe se puede segui a tavés del uso de las difeentes heamientas y máquinas que éste ha utilizado a lo lago de su existencia en la faz de la tiea. El invento de a ueda simplificó el tanspote y, a pati de ella se desaollaon los mecanismos básicos que han contibuido al confot y seguidad del hombe. Las uedas dentadas condujeon a, los enganajes los cuales a su vez pemitieon la 5

53 fabicación de maquinaia más avanzada, como la máquina de vapo de Watt y el tono paa el tallado de oscas de Maudsley, máquinas que contibuyeon gandemente a la simplificación de los tabajos de la familia del hombe. Los nuevos métodos de poducción paa que día a día se han ido desaollando han aumentando los beneficios de los poductoes y el númeo de hoas de tabajo de la jonada laboal ha ido disminuyendo. La fabicación en masa e intecambiable ha dado luga a los atículos de consumo, antes lujosos y de poco uso común, salgan de la industia en gandes cantidades y al alcance de las clases medias. Así mismo las taeas más aduas y peligosas antes ejecutadas po el hombe, han ido aligeadas y en muchos casos eliminadas gacias al uso cada vez mayo las máquinas de contol numéico. El CNC tuvo su oigen a pincipios de los años cincuenta en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en donde se automatizó po pimea vez una gan fesadoa. En esta época las computadoas estaban en sus inicios y ean tan gandes que el espacio ocupado po la computadoa ea mayo que el de la máquina. El contol numéico (CN) puede definise como un dispositivo capaz de contola el movimiento exacto de uno o vaios óganos de la máquina heamienta de foma automática paa pati de una seie de datos numéicos pogamados, que hacen funciona contoles y motoes elécticos de las máquinas heamientas paa ealiza difeentes funciones. 5 El contol numéico incementa la poductividad del maquinado, y ayuda a mantene los costos de poducción. Los usuaios han compobados que las máquinas heamientas con CN están diseñadas paa peíodos lagos de poducción continua, po lo que se equiee que dichas máquinas estén constuidas de tal manea que mantengan su exactitud duante tempoadas polongadas. Se sabe que el desgaste es un poblema asociado con todo dispositivo mecánico, y po lo tanto en una máquina heamienta afecta diectamente la exactitud de a misma, po esta azón en la máquinas con contol numéico se emplean vaios tipos de cojines paa movimiento lineal, los cuales apovechan las ventajas de odamiento de los baleos de las bolas en aplicaciones de movimiento lineal, con el fin de loga desplazamiento casi libes de ozamiento. "Contol numéico computaizado". En una máquina CNC, a difeencia de una máquina convencional o manual, una computadoa contola la posición y velocidad de los motoes que accionan los ejes de la máquina. Gacias a esto, puede hace movimientos que no se pueden loga manualmente como cículos, líneas diagonales y figuas complejas tidimensionales. El témino "contol numéico". 5 Gutiéez Uiel y José Castañeda Módulo II, Contol Numéico, Subsecetaía de Educación e Investigación Tecnológicas, Diección Geneal de Educación Industial, Cento Nacional de Actualización Docente, México-Japón,

54 Se debe a que las ódenes dadas a la máquina son indicadas mediante códigos numéicos. Po ejemplo, paa indicale a la máquina que mueva la heamienta descibiendo un cuadado de 10 mm.., se le daían los siguientes códigos: G90G71 G00X0.0Y0.0 G01X10.0 G01Y10.0 G01X0.0 G01 Y0.0 Objetivos Incementa la poducción. Reduci los costos de mano de oba. Hace la poducción más económica. Efectua los tabajos que seían imposibles o impácticos sin CN. Incementa la exactitud en la poducción en seie. Ventajas. Incemento de la poductividad. Mayo seguidad con las máquinas heamientas. Reducción del despedicio. Menoes posibilidades de eo humano. Máxima exactitud e intecambiabilidad de las piezas. Mejo contol de calidad. Menoes costos de heamienta. Mínimo inventaio de piezas de epuesto. Menos hoas de tabajo paa la inspección. Mayo utilización de las máquinas. Flexibilidad que acelea los cambios en el diseño. Pefeccionamiento en el contol de la manufactua. DesventajasCosto elevado de invesión inicial. Incemento en mantenimiento eléctico. Mayo costo po hoa de opeación. Reentenamiento del pesonal. Mayo espacio de piso paa la máquina y equipo. Aplicaciones. 54

55 La tecnología de contol numéico se puede aplica en: Taladado. Toneado. Fesado. Esmeilado Inspección. Etc...1. Qué es un cento de maquinado? Los centos de maquinado son máquinas-heamientas, los cuales pueden ealiza fesado, taladado y mandilado en opeaciones continuas sin paa la máquina paa cambia las heamientas, ya que se ealiza automáticamente. Una sola unidad de máquina-heamienta como un cento de maquinado pede ealiza vaios tipos de opeaciones, bajo el nuevo concepto de maquinado, en el cual las máquinas convencionales nunca lo podían hace. Clasificación de los sistemas de contol numéico. Se dividen fundamentalmente en: Equipos de contol numéico de posicionamiento o punto a punto. Equipos de contol numéico de contoneo. Equipos de contol numéico de posicionamiento o punto a punto. En un sistema punto a punto, el contol detemina, a pati de la infomación suministada po el pogama y antes de iniciase el movimiento, el camino total a ecoe. Posteiomente se ealiza dicho posicionamiento, sin impota en absoluto la tayectoia ecoida, puesto que lo único que impota es alcanza con pecisión y apidez el punto en cuestión Equipos de contol numéico de contoneo. Los equipos que pemiten genea cuvas eciben el nombe de equipos de contoneo. Los sistemas de contoneo gobienan no sólo la posición final sino también el movimiento en cada instante de los ejes en los cuales se ealiza la intepolación. En estos equipos debeá existi una sinconización pefecta ente los distintos ejes, contolándose, po tanto, la tayectoia eal que debe segui la heamienta. Con estos sistemas se pueden genea ecoidos tales como ectas con cualquie pendiente, acos de cicunfeencia, cónicas o cualquie ota cuva definible matemáticamente. Estos sistemas se utilizan, sobe todo, en fesados complejos, toneados, etc. Aquitectua geneal de un Contol Numéico. 55

56 Podemos distingui cuato subconjuntos funcionales: Unidad de entada salida de datos. Unidad de memoia intena e intepetación de ódenes. Unidad de cálculo. Unidad de enlace con la máquina heamienta y sevomecanismos. Unidad de entada salida de datos La unidad entada de datos sive paa intoduci los pogamas de mecanizado en el equipo de contol numéico, utilizando un lenguaje inteligible paa éste.unidad de memoia intena e intepetación de ódenes. Tanto en los equipos de pogamación manual como en los de pogamación mixta (cinta pefoada o cassette y teclado), la unidad de memoia intena almacenaba no sólo el pogama sino también los datos máquina y las compensaciones (aceleación y desaceleación, compensaciones y coecciones de la heamienta, etc.). Son los llamados datos de puesta en opeación.una vez almacenado el pogama en memoia, inicia su lectua paa su posteio ejecución. Los bloques se van leyendo secuencialmente. En ellos se encuenta toda la infomación necesaia paa la ejecución de una opeación de mecanizado.unidad de cálculo Una vez intepetado un bloque de infomación, esta unidad se encaga de cea el conjunto de ódenes que seán utilizadas paa gobena la máquina heamienta. Como ya se dijo, este bloque de infomación suminista la infomación necesaia paa la ejecución de una opeación de mecanizado. Po lo tanto, una vez el pogama en memoia, se inicia su ejecución. El contol lee un númeo de bloques necesaio paa la ealización de un ciclo de tabajo... Sevomecanismos La función pincipal de un contol numéico es gobena los motoes (sevomotoes) de una máquina heamienta, los cuales povocan un desplazamiento elativo ente el útil y la pieza situada sobe la mesa. Si consideamos un desplazamiento en el plano, seá necesaio acciona dos motoes, en el espacio, tes motoes, y así sucesivamente...3 Pogamación en el contol numéico: Se pueden utiliza dos métodos: Pogamación Manual y pogamación automática: Pogamación Manual: En este caso, el pogama pieza se escibe únicamente po medio de azonamientos y cálculos que ealiza un opeaio. 56

57 Pogamación Automática: En este caso, los cálculos los ealiza un computado, que suminista en su salida el pogama de la pieza en lenguaje máquina. Po esta azón ecibe el nombe de pogamación asistida po computado. Al conjunto de datos que petenecen a una misma fase del mecanizado se le llama bloque o secuencia, que se numean paa facilita su búsqueda. El pogama debe contene todas las instucciones necesaias paa el poceso de mecanizado...4 Estándaes utilizados en los sistemas de Contol Numéico. A pesa de que las máquinas de contol numéico son utilizadas alededo del mundo, existen vaiaciones aún ente las fabicadas po el mismo fabicante, y esto es debido a los difeentes estándaes que se utilizan, ente los que se encuentan:1 ISO 6983 (Intenational Standaization Oganization). EIA RS74 (Electonic Industies Association). Estánda EIA-67-C Estos estándaes son mundiales...5 Movimientos y ejes de contol de la máquina. Los centos de maquinado se pueden clasifica en veticales y hoizontales, y po la estuctua de sus ejes. Los ejes son fundamentalmente X, Y y Z. Estos tes ejes son básicamente estuctuados en el sistema de coodenadas ectangulaes de la mano deecha. Sistema incemental y sistema absoluto. Existen dos maneas paa da comandos de movimiento paa cada eje X, Y y Z, y son el incemental y el absoluto Sistema Incemental Este comanda la secuencia de la heamienta desde su posición inicial a su posición final y la diección de su movimiento, con un + paa diección positiva y - paa diección negativa. 1 Contol Numéico po Computadoa (CNC) Ing. Ricado Jiménez 57

58 Figua.4 Sistema incemental..5. Sistema Absoluto Este sistema comanda las coodenadas de la posición final en el sistema de coodenadas peviamente establecido. En que sistema se va a tabaja depende de la foma que tenga la pieza de tabajo y la habilidad del pogamado. Si se pudiea pefei uno el sistema absoluto es mas conveniente poque mantiene siempe un mismo punto de oigen. 58

59 Figua.5. Sistema Absoluto Tabla.9 Pogama de ejemplo 59

60 Comando (G91) Incemental Comando Absoluto(G90) (P1-P) X-0.0 Y0.0 X50.0 Y40.0 (P-P3) X Y-10.0 X-50.0 Y30.0 (P3-P4) X0.0 Y-70.0 X-30.0 Y-40.0 (P4-P5) X0.0 Y0.0 X-10.0 Y-0.0 (P5-P6) X40.0 Y-30.0 X30.0 Y-50.0 Figua.6 Ejemplo de sistema incemental y absoluto. Figua.7. Foma de coloca las dimensiones en los dos sistemas de coodenadas...6 Sistema de coodenadas de la máquina y de tabajo. En los centos de maquinado se debe hace la difeencia ente el sistema de coodenadas de la máquina y el de tabajo Sistema de coodenadas de la máquina. La posición popia del cento de maquinado es llamado Oigen de la máquina o punto de efeencia de la máquina. Las posiciones de los puntos de efeencia de la máquina dependen del tipo de cento de maquinado. Cuando se tiene uno del tipo vetical el punto de efeencia de la máquina es colocado al final de la caea de los ejes X, Y, y Z,. Cuando se tiene uno del tipo hoizontal, el punto de efeencia de la máquina del eje X es a menudo colocado al cento de la caea de la máquina (o sea, en el cento de la mesa). 60

61 Resumiendo, el sistema de coodenadas de la máquina se obtiene automáticamente cuando ésta egesa a su oigen. El oigen se usa como una efeencia paa establece el sistema de coodenadas de tabajo y como un sistema de coodenadas paa ubica la posición popia de la máquina, que nos pemita hace opeaciones mecánicas, tales como el cambio automático de las heamientas...6. Sistema de coodenadas de tabajo Este sistema de coodenadas es el que se establece utilizando un punto cualquiea dento del sistema de coodenadas de la máquina como oigen, como ejemplo puede se un punto de efeencia de la pieza. La distancia desde el punto de efeencia de la máquina, hasta el punto de efeencia de la pieza a maquina, es la cantidad de compensación del sistema de coodenadas de tabajo, este valo debe intoducise en el dispositivo de contol numéico antes del maquinado. Se puede establece hasta un máximo de seis sistemas de coodenadas difeentes Figua.8. Sistema de coodenadas de tabajo. El sistema de coodenadas múltiple es utilizado cuando se equiee maquina vaias piezas con un mismo pogama, esto se obtiene colocando un sistema de coodenadas o punto de efeencia paa cada pieza. La cantidad de compensación sobe el eje Z en el sistema de coodenadas de tabajo, se obtiene utilizando el final de la caa del husillo pincipal como supeficie de efeencia, cuando éste egesa al oigen. Aunque las distancias ente los extemos de la heamienta y la pieza de tabajo, difieen con los tamaños de las heamientas que se utilizan en cada caso, estas no influyen en el establecimiento 61

62 del sistema de coodenadas de tabajo, puesto que la longitud de la heamienta es compensada automáticamente po la función de compensación de longitud. Posición de la caa del husillo pincipal Z Línea de efeencia X Punto de efeencia de la máquina Sistema de coodenadas de tabajo 1 Sistema de coodenadas de tabajo Z1 y Z son las compensaciones en la diección Z del sistema de coodenadas de tabajo. Ha y Hb son la longitud de las heamientas. Figua.9. Repesentación de la compensación en la diección Z del sistema de coodenadas de tabajo...7 Configuación del pogama Los pogamas están compuestos po fomatos de bloques vaiables, dichos bloques están constituidos de palabas diectices. Una palaba está compuesta de una diección y un dato, y el bloque está compuesto de una o vaias palabas. Un pogama está compuesto po el agupamiento de estos bloques en tuno. Como se mencionó anteiomente el fomato de las especificaciones difiee con los tipos de máquinas y unidades de CN...8 Clases y semántica de las diecciones Las clases y semántica de las diecciones difieen con los tipos de máquinas y unidades de CN. En la tabla 6 se muestan las difeentes clases y semánticas utilizadas 6

63 Tabla.10. Clases de semántica de las diecciones Función Diección Semántica Númeo de pogama O Comando del númeo de pogama. Númeo de secuencia N Comando del númeo de secuencia. Función pepaatoia G Comando del númeo de opeación (línea ecta, aco, etc.) Dimensión de a palaba X,Y,Z Comandos del movimiento paa los ejes de coodenadas. A,B,C Comandos de movimiento paa los ejes adicionales. R Comandos de adio de acos. I,J,K Comando de las coodenadas del cento de un aco cicula. Función de alimentación F Comando de alimentación de velocidad. Función de velocidad del husillo Función de la heamienta S T Comando de velocidad de otación del husillo pincipal. Comando del númeo de la heamienta. Funciones Misceláneas M Comando de Contol de ON/OFF en el lado de la máquina. 63

64 Númeo del pogama. El númeo de pogama es paa identifica los pogamas que están egistados en la unidad de CN. Este númeo se escibe con 4 dígitos o menos ( excluyendo el ceo), anteponiéndole la diección O en el encabezado del pogama. Númeo de secuencia. El númeo de secuencia es paa clasifica y distingui los bloques en el pogama. Este comando mediante valoes numéicos con cinco dígitos o menos ( excluyendo al ceo), y se escibe en a diección N al inicio del pogama. Función pepaatoia. Esta función pepaatoia es comandada po valoes numéicos de dos dígitos o menos (00 99) paa da la siguiente semántica al bloque, po ejemplo: comandos de opeación, tales como movimiento ápido, cote ecto y cote de aco cicula; selección de los planos XY, XZ y ZY; establecimiento de la compensación del diámeto y longitud de la heamienta, selección del sistema de coodenadas de tabajo, y selección de los ciclos de tabajo. Dimensión de la palaba. La dimensión de la palaba (es también llamada palaba coodenada) es paa intoduci la distancia del movimiento y las coodenadas. Las heamientas pueden se tasladadas a posiciones deteminadas po los valoes del comando (0 - ± mm..)6 siguiendo las diecciones X, Y, Z. La diección R comando del adio de un adio de un aco cicula en una intepolación cicula. La diección I, J, K son los comandos paa establece las coodenadas del cento de un aco cicula. Función de alimentación. La función de alimentación es paa fija la velocidad de alimentación cuando se cota una pieza de tabajo, y el valo de la velocidad se escibe enseguida de la leta F. Función de velocidad del husillo. 6 Gutiéez Uiel y José Castañeda Módulo II, Contol Numéico, Subsecetaía de Educación e Investigación Tecnológicas, Diección Geneal de Educación Industial, Cento Nacional de Actualización Docente, México-Japón,

65 La función de velocidad del husillo, es paa ajusta la velocidad de otación del husillo pincipal y comanda diectamente la velocidad de otación ( p.m.), que se escibe seguidamente de a la leta S. Función de la heamienta La función de la heamienta, es paa comanda el llamando y el númeo de la heamienta que se va a utiliza (01 99, y 00 es paa la cancelación de la función de la heamienta.). El númeo de la heamienta se escibe a continuación de la diección T. La función miscelánea. La función miscelánea comanda el contol de encendido/apág.ado (ON/OFF) de algunas funciones de la máquina, tales como aanque del husillo pincipal, nomal, evesa y el ON/OFF del efigeante del aceite. Esta función es comandada con dos dígitos o menos (00-99) que se esciben enseguida de la diección M. Númeo de Pogama y de secuencia. Númeo de Pogama El númeo de pogama es comandado en el encabezado del pogama paa que quede egistado en al unidad de CN, y pueda se fácilmente identificado. El númeo de pogama es comandado con un valo numéico de 4 dígitos o menos, siguiendo a diección O en un bloque único (el ceo no puede se usado), seguido al comando del númeo del pogama, se puede escibi ente paéntesis el nombe del pogama como se ve a continuación. O..(. ); Númeo del pogama Cuando el númeo de pogama no es comandado, se utiliza el pime númeo de secuencia como númeo de pogama. Un pogama inicia con el númeo de pogama y finaliza al comanda el final de éste ( M0 ó M03). Númeo de secuencia El númeo de secuencia es comandado al inicio de un bloque de opeaciones que deteminan un poceso, paa clasifica o identifica dicho poceso. Este númeo es comandado con un valo numéico de 5 dígitos o menos siguiendo la diección de N (el ceo no puede se usado). El númeo de secuencia puede se comandado solamente paa un bloque en paticula, sin embago también puede se indicado en cada bloque; este númeo puede no esta en oden (efeise al ejemplo de pogama), en geneal, el númeo 65

66 de secuencia es comandado con un númeo consecutivo de acuedo a la secuencia del poceso. Al igual que el númeo de pogama, también es posible comanda el nombe del poceso en paéntesis enseguida del númeo de secuencia...9 Como Pogama un CNC. El pogama paa una máquina de contol numéico es una lista de instucciones que pemite maquina una pieza, estas instucciones seán ejecutadas po la máquina CNC, estás instucciones también son denominadas como códigos de contol numéico, esta lista de instucciones debe contene toda la infomación que equiee la máquina paa fabica una pieza. El comienzo del contol numéico ha estado caacteizado po un desaollo anáquico de los códigos de pogamación. Cada constucto utilizaba el suyo paticula. Posteiomente, se vio la necesidad de nomaliza los códigos de pogamación como condición indispensable paa que un mismo pogama pudiea sevi paa divesas máquinas con tal de que fuesen del mismo tipo. Los caactees más usados comúnmente, egidos bajo la noma DIN 6604 y 6605 son, ente otos, los siguientes:..9.1 Códigos N N es la diección coespondiente al númeo de bloque o secuencia. Esta diección va seguida nomalmente de un númeo de tes o cuato cifas. En el caso del fomato N03, el númeo máximo de bloques que pueden pogamase es 1000 (N000 a N999)...9. Diecciones X, Y, Z X, Y, Z son las diecciones coespondientes a las cotas según los ejes X, Y, Z de la máquina heamienta. Dichas cotas se pueden pogama en foma absoluta o elativa, es deci, con especto al ceo pieza o con especto a la última cota espectivamente Códigos G G es la diección coespondiente a las funciones pepaatoias. Se utilizan paa infoma al contol de las caacteísticas de las funciones de mecanizado, como po ejemplo, foma de la tayectoia, tipo de coección de heamienta, paada tempoizada, ciclos automáticos, pogamación absoluta y elativa, etc. La función 66

67 G va seguida de un númeo de dos cifas que pemite pogama hasta 100 funciones pepaatoias difeentes. Las funciones G se desciben seguidamente: Gupo 1 G00 posicionamiento de la heamienta. Se genea cuando existe un movimiento ápido de la heamienta. G01 intepolación lineal. Es una función que da a la heamienta una alineación de cote de la posición actual a la posición comandada a lo lago de una línea ecta. El comando de la intepolación lineal comanda el movimiento de cada eje en la diección x, y, z enseguida de un G01, y la velocidad de avance mediante la diección F. G0 intepolación cicula. Cote cicula a favo de las manecillas del eloj. G03 intepolación cicula. Cote cicula en diección contaia a las manecillas del eloj. La intepolación cicula se ejecuta en un plano establecido, po lo tanto, cuando es seleccionado el plano G17 (plano XY) e I J. Paa G18 ( plano ZX), el valo del comando se da po la diección X,Z e I,K, y paa G19 (plano YZ), este valo está dado po la diección Y,Z e J,K. Paa ubica el cento del aco en la intepolación cicula, hay dos métodos de comando: uno de ellos es aquel que comanda la distancia del punto inicial del aco a su cento mediante la diección I, J, K, y el oto que comanda el adio del aco cicula po la diección R Gupo 00 G 8 El etono de la heamienta desde su posición actual hasta el punto de efeencia de la máquina es llamado etono al oigen. La función que puede comanda este etono al oigen es un pogama del comando G8. Cuando el bloque G8 es ejecutado, la heamienta etona desde su posición actual hasta el punto de efeencia de la máquina a tavés del punto intemedio con movimiento ápido. El punto de efeencia de la máquina es la posición popia de la máquina. Genealmente en cambio de heamienta se hace en esta posición, po lo tanto, es necesaio comanda el etono al oigen de la heamienta antes de que sea comandado el cambio de esta. Gupo 07 G40, G41 y G4 Compensación del diámeto de la heamienta. Cuando es ejecutado el maquinado de un contono en una pieza de tabajo, la uta de la heamienta debe se tal que dicha heamienta sea compensada po la longitud de su adio. La función que loga esta compensación automáticamente es llamada compensación del diámeto de la heamienta. La compensación de la heamienta de hace duante el movimiento de la heamienta, en donde dicho 67

68 movimiento puede se ejecutado mediante el comando de posicionamiento (G00) o po el de intepolación lineal (G01). La compensación de la heamienta no puede hacese cuando se comanda la intepolación cicula. La compensación G41 y G4 es cancelada (libeada) po el comando G40. Gupo 03 G90 y G91 Sistema incemental y sistema absoluto. Existen dos métodos paa da comandos de movimiento paa cada eje de X, Y y Z, estos son el sistema incemental y el sistema absoluto. Sistema Incemental. Este sistema comanda la secuencia de la heamienta desde su posición inicial a su posición final y la diección de su movimiento. La diección del movimiento se epesenta po la función pepaatoia G91. Sistema Absoluto. Comanda el valo de las coodenadas del punto final en el sistema de coodenada establecido Códigos M M es la diección coespondiente a las funciones auxiliaes o complementaias. Se usan paa indica a la máquina heamienta que se deben ealiza opeaciones tales como: paada pogamada, diección de otación del husillo, si hay cambio de heamienta, si se utiliza efigeante, etc. La diección M va seguida de un númeo de dos cifas que pemite pogama hasta 100 funciones auxiliaes difeentes.. Las funciones M pueden se clasificadas de acuedo a sus opeaciones, dento de los siguientes dos tipos: La función M, comienza a tabaja simultáneamente con el movimiento de los ejes, indicado en el bloque. Po ejemplo el M03 el husillo pincipal empieza a gia en diección de las manecillas del eloj, simultáneamente con el movimiento de los ejes. función M, comienza a tabaja después de que el movimiento de los ejes comandado en el bloque es completado. Ejemplo, M05, la otación del husillo se detiene después temina el movimiento de los ejes. Las funciones M se desciben seguidamente: M00 Pao de máquina. Detiene la ejecución del pogama tempoalmente. Cuando el bloque M00 es ejecutado, la otación del husillo pincipal es detenida. El efigeante es anulado y la lectua del pogama es detenida. El einicio puede dase con el inteupto de inicio. M01 Pao opcional. Al igual que M00, esta función también detiene tempoalmente la ejecución del pogama cuando el inteupto de pao opcional es activado (ON) sobe el panel de contol de la máquina. Este ignoa M01 cuando el inteupto de pao opcional está desactivado (OFF). 68

69 M0 fin del pogama Muesta la finalización del pogama. Todas las opeaciones se detienen y la unidad de CN es puesta en condición de eset. M30 Fin de pogama Muesta el final del pogama un M0. Cuando M30 es ejecutado, la opeación automática es detenida y el pogama es etonado al comienzo del pogama. M03 Rotación del husillo pincipal en la diección hacia delante. Inicia la otación pincipal en diección hacia delante (otación en el sentido de las manecillas del eloj). M04 Rotación del husillo pincipal en la diección contaia. Inicia la otación del husillo pincipal en diección contaia (sentido contaio a las manecillas del eloj). M05 Pao del husillo pincipal. Detiene la otación del husillo pincipal. M06 Cambio de heamienta. Cambia automáticamente la heamienta del husillo pincipal po ota localizada en posición de cambiado. M08 Activación del efigeante. Descaga el efigeante M09 Desactivación del efigeante. Detiene la descaga del efigeante. F indica la velocidad de avance. Va seguida de un númeo de cuato cifas que indica la velocidad de avance en mm../min. I, J, K son diecciones utilizadas paa pogama acos de cicunfeencia. Cuando la intepolación se ealiza en el plano X-Y, se utilizan las diecciones I y J. Análogamente, en el plano X-Z, se utilizan las diecciones I y K, y en el plano Y-Z, las diecciones J y K. T indica el númeo de heamienta utilizado según la pogamación pevia. Va seguido de un númeo de cuato cifas en el cual los dos pimeos indican el númeo de heamienta y los dos últimos el númeo de coección de las mismas. Hay que tene en cuenta que los códigos pueden vaia según el fabicante, a continuación se muesta una estuctua utilizada po una maca específica..3 Tonos..3.1 Tonos Convencionales Cuando se habla de máquinas heamientas no se puede deja de habla del tono, que es sin duda la máquina más antigua del mundo. El tono está compuesto po las siguientes pates: Bancada. Cao. Cabezal. Contapunta. 69

70 A su vez existen vaios tipos de tonos como los hoizontales, veticales, mecánicos y automáticos. Cuando se desea compa un tono hay que tene en cuenta el tamaño de las piezas a mecaniza, lo cual daá el volteo del tono, además de la longitud máxima. En la actualidad hay otos factoes a tene en cuenta a la hoa de adquii un tono, como lo son la velocidad, la igidez y la esistencia mecánica paa mecaniza mateiales fuetes de mecaniza, las cuales equeián heamientas con tatamientos que les pemitián ealiza el tabajo en una foma eficiente. Las velocidades óptimas paa tonea van a depende de factoes tales como el mateial de la pieza de tabajo y su condición, pofundidad de cote. y el tipo de heamienta de cote. 70

71 3 CAPITULO 3 Muesta de cálculos mecánicos 3.1 Cálculos de los difeentes elementos del tono CNC Pueba A. Esta pueba consistió en toma el eje pincipal diseñado de aceo AISI 100 de apoximadamente Kg.. y sometelo a una caga a tensión de 1000N. Cuando se ealizaon los estudios de esfuezo se detemino según el softwae de invento que el esfuezo nomal calculado fue de σ T = MPa. Según el estudio que se le ealizo se consideo que uno de los métodos más adecuados paa detemina el máximo esfuezo que puede sopota el eje es po medio del método de Von Misses, y según los cálculos se obtuvo el siguiente esultado: Figua 3.1. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el eje po caga a fatiga Explicación de los cálculos: 71

72 Se calcula el momento máximo, multiplicando la fueza aplicada po el bazo de palanca. Seguido de esto se pocede a calcula el esfuezo nomal, po medio de la 3M ecuación σ Nom = (tomadas del libo Robet C. Juvinall, capítulo 4, factoes de 3 πd concentadoes de esfuezo, pág. 17, figua 4.35) M = 1kN * 8mm = 8Nm σ σ Nom Nom 3M = 3 πd = 18.5MPa 3 * 8Nm = π (0.05m) 3 Se pocede a calcula esfuezos el concentado de esfuezos po medio de las siguientes tablas (tomadas del libo Robet C. Juvinall, capítulo 4, factoes de concentadoes de esfuezo, pág. 17, figua 4.35) Según el plano eje pincipal del shock, el adio paa el concentado de esfuezos se de = 4mm. El cálculo que se pesenta a continuación se considea como un sistema de esfuezo po caga estática. Donde: d D d = 0.16 K T = 1. 6 = 1.3 q = 0.85 k σ = σ nom * k σ = 7.74MPa f f = 1+ (1.6 1) * (0.85) = 1.5 = 18.5MPa * % Eo = * % Eo = 9.57% 7

73 Pueba B. Esta pueba consistió en toma el eje pincipal diseñado de aceo AISI 100 de apoximadamente Kg. y sometelo a una caga a tensión de 500N. Cuando se ealizaon los estudios de esfuezo se detemino según el softwae Cosmos Design Sta que el esfuezo nomal calculado fue de σ T = MPa Simila al anteio este cálculo de esfuezo nomal se ealizo según la teoía de von Mises: Figua 3.. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el eje po caga a fatiga Explicación de los cálculos: Se calcula el momento máximo, multiplicando la fueza aplicada po el bazo de palanca. Seguido de esto se pocede a calcula el esfuezo nomal, po medio de la 3M ecuación σ Nom = (tomadas del libo Robet C. Juvinall, capítulo 4, factoes de 3 πd concentadoes de esfuezo, pág. 17, figua 4.35) M = 0.5KN *8mm = 14Nm σ 3M = πd nom = MPa 73

74 Se pocede a calcula esfuezos el concentado de esfuezos po medio de las siguientes tablas. (tomadas del libo Robet C. Juvinall, capítulo 4, factoes de concentadoes de esfuezo, pág. 17, figua 4.35) Según el plano eje pincipal del shock, el adio paa el concentado de esfuezos se de = 4mm. El cálculo que se pesenta a continuación se considea como un sistema de esfuezo po caga estática. Donde: d D d = 0.16 K T = 1. 6 = 1.3 q = 0.85 k σ = σ nom * k σ = 13.87MPa f f = 1+ (1.6 1) * (0.85) = 1.5 = 9.13MPa * % Eo = * % Eo = 9.51% Pueba C. Esta pueba consistió en toma el eje pincipal diseñado de aceo AISI 100 de apoximadamente Kg.. y sometelo a una caga a tensión de 500N y a su vez a un momento de 10 N.m Cuando se ealizaon los estudios de esfuezo se detemino según el softwae de invento que el esfuezo nomal calculado fue de σ et = MPa Simila al anteio este cálculo de esfuezo nomal se ealizo según la teoía de von Mises: 74

75 Figua 3.3. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el eje Explicación de los cálculos: 16T Se pocede a calcula el esfuezo nomal, po medio de la ecuación τ Nom = 3 πd (tomadas del libo Robet C. Juvinall, capítulo 4, factoes de concentadoes de esfuezo, pág. 17, figua 4.35) 16T 16(10 Nm) τ Nom = = 3 πd π (0.05m) τ Nom 3.6MPa 3 Se pocede a calcula esfuezos el concentado de esfuezos po medio de las siguientes tablas. (tomadas del libo Robet C. Juvinall, capítulo 4, factoes de concentadoes de esfuezo, pág. 17, figua 4.35) Según el plano eje pincipal del shock, el adio paa el concentado de esfuezos se de = 4mm. Figua 4.35c El cálculo que se pesenta a continuación se considea como un sistema de esfuezo po caga estática. Donde: d D d = 0.16 K T = =

76 q = 0.85 k τ = τ * k = 3.6MPa *1.9 τ = 4.17MPa σ = 13.87MPa(P uebab) σ eq Nom fs fs = σ + 3τ = = 1+ (1.33 1) *(0.85) = % Eo = *100 = 3.90% (3* 4.17 ) = 15.64MPa Pueba D. Esta pueba consistió en toma el eje pincipal diseñado de aceo AISI 100 de apoximadamente Kg.. y sometelo a una caga a tensión de 500N y a su vez a un momento de 0 N.m. Cuando se ealizaon los estudios de esfuezo se detemino según el softwae Cosmos Design Sta que el esfuezo nomal calculado fue de σ et = MPa Simila al anteio este cálculo de esfuezo nomal se ealizo según la teoía de von Mises: Figua 3.4. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el eje 76

77 Explicación de los cálculos: 16T Se pocede a calcula el esfuezo nomal, po medio de la ecuación τ Nom = 3 πd (tomadas del libo Robet C. Juvinall, capítulo 4, factoes de concentadoes de esfuezo, pág. 17, figua 4.35) τ τ Nom Nom 16T = 3 πd = 6.519MPa 16(0Nm) = π (0.05m) 3 Se pocede a calcula esfuezos el concentado de esfuezos po medio de las siguientes tablas(tomadas del libo Robet C. Juvinall, capítulo 4, factoes de concentadoes de esfuezo, pág. 17, figua 4.35) Según el plano eje pincipal del shock, el adio paa el concentado de esfuezos se de = 4mm. El cálculo que se pesenta a continuación se considea como un sistema de esfuezo po caga estática. Donde: d D d = 0.16 K T = = 1.3 q = 0.85 k τ = τ * k τ = 8.40MPa = 6.519MPa *1.9 σ = 7.74MPa(P uebaa) σ eq = Pueba E y F Nom fs fs σ + 3τ = = ( ) *(0.85) = % Eo = *100 = 3.74% (3*8.40 ) = 31.3MPa El siguiente estudio se ealizó paa la bancada del tono la cual se diseñó con una aleación 6061 y un peso de apoximadamente Kg.., ésta se somete a una caga de 1000N y 500N. 77

78 Figua 3.5. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en la bancada po caga a fatiga Explicación de los cálculos paa caga de 1000 N: Paa la caga de 1000N el softwae Cosmos Design Sta se obtuvo un valo de esfuezo de σ = 3.33MPa Calculo del centoide la pieza geneal: Tabla 3.1. Caacteísticas paa Hieo Fundido y Bonce Pieza X Y Áea y` y`a (mm..) (mm..) (mm. ) (mm..) (mm. 3 ) 66,9 4,7 165,43 1, ,511 31,7 3 95,1 1,5 14,65 31,7 3 95, ,6 36,7 11,5 4,05 8,75 369,9375 A Total = 1040, ,33 El áea total se obtuvo mediante la esta de la pieza de las piezas, 3 y 4 a la pieza 1. De igual foma con y`a. Se obtuvo y = 14,46896 mm.. Tabla 3.. Momento de inecia de la pieza Pieza B H A d Iy 1 (mm..) (mm..) (mm. ) (mm..) (mm. 4 ) 66,9 4,7 165,43, ,3 78

79 , , ,5 11,5 13,5-1, , , ,1085 Iy= 87841,003 mm. 4 Se indican las medidas de las piezas, y se obtiene el momento de inecia. Tabla 3.3. Desplazamientos P L M E U URES (N) (m) (Nm) (N/m ) (J) , ,90E+10 1,10E- 01 (m) 1,09800E- 04 Se especifica la caga(p), la longitud(l), el módulo de elasticidad(e) y con éstos se obtiene U. Demostación de cálculos: a) M = P L b) Según el método de Castigliano paa la ecuación de enegía se tiene: M L U = EI c) Ues= U/P El Ues obtenido mediante el softwae es = 0, mm. 4 d) Se detemina el pocentaje de eo del Ues: % Eo = *100 = 8.54% Po oto lado, se pocede a calcula los esfuezos: Tabla 3.4. Esfuezos 79

80 P L c d D kt (pág. Esfuezo 101 S) (N) (m) (mm..) (mm..) (mm..) (N/m ) ,11 0, , 7,,5 3,0E+07 Explicación de cálculos: a) Paa c: 4.7mm c = 1000 ` y Paa obtene el esfuezo: σ = P L c K Pueba G. t / I y En esta pate de las puebas se utilizo una aleación de aceo 6061 con un peso de apoximadamente Kg.., paa diseña el conjunto eje-shock, el cual se sometió a una caga de 500N Cuando se ealizaon los estudios de esfuezo se detemino según el softwae de invento que el esfuezo nomal calculado fue de σ T = MPa Simila al anteio este cálculo de esfuezo nomal se ealizo según la teoía de von Mises: Figua 3.6. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el Shock po caga a fatiga 80

81 Explicación de los cálculos: Se calcula el momento máximo, multiplicando la fueza aplicada po el bazo de palanca. Seguido de esto se pocede a calcula el esfuezo nomal, po medio de la 3M ecuación σ Nom = (tomadas del libo Robet C. Juvinall, capítulo 4, factoes de 3 πd concentadoes de esfuezo, pág. 17, figua 4.35) M = 0.5KN *17mm = 8.5Nm σ 3M = π * d 3 *(8.5Nm) = 3 π *(0.05) Nom = MPa Se pocede a calcula esfuezos el concentado de esfuezos po medio de las siguiente ecuación (tomadas del libo Diseño en ingenieía mecánica, Joseph E Shigley, Apéndice E, pág. 105) σ K max T = K * T σ Nom D = * d d 0.5 * D D * * d d 4 D D 1.55* + 5.7* d d 4 Ecuación 1. Paa este cálculo se utilizaon los siguientes datos: D = 98mm d = 50mm K = T El cálculo que se pesenta a continuación se considea como un sistema de esfuezo po caga estática. Se multiplica el concentado de esfuezos po el esfuezo obtenido anteiomente. σ = σ nom * K T = 0.7MPa *19.6 = MPa % Eo = *100 = 1.33% Pueba H. 81

82 En esta pate de las puebas se utilizo una aleación de aceo 6061 con un peso de apoximadamente Kg.., paa diseña el conjunto eje-shock, el cual se sometió a una caga de 1000N Cuando se ealizaon los estudios de esfuezo se detemino según el softwae de invento que el esfuezo nomal calculado fue de σ T = MPa Simila al anteio este cálculo de esfuezo nomal se ealizo según la teoía de von Mises: Figua 3.7. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el Shock po caga a fatiga Explicación de los cálculos: Se calcula el momento máximo, multiplicando la fueza aplicada po el bazo de palanca. Seguido de esto se pocede a calcula el esfuezo nomal, po medio de la 3M ecuación σ Nom = ( Robet C. Juvinall, capítulo 4, factoes de concentadoes 3 πd de esfuezo, pág. 17, figua 4.35) M = 1KN *17mm = 17Nm σ 3*17Nm = = Nom π *(0.05m) MPa Se pocede a calcula esfuezos el concentado de esfuezos po medio de las siguiente ecuación (tomada del libo Diseño en ingenieía mecánica, Joseph E Shigley, Apéndice E, pág. 105) 8

83 σ K max T = K * T σ Nom D = * d d 0.5 * D D * * d d 4 D D 1.55* + 5.7* d d 4 Ecuación 1. Paa este cálculo se utilizaon los siguientes datos: D = 98mm d = 50mm K = T El cálculo que se pesenta a continuación se considea como un sistema de esfuezo po caga estática. Se multiplica el concentado de esfuezos po el esfuezo obtenido anteiomente. σ = σ Nom * k t = 1.385MPa *19.6 = 7.18MPa % Eo = *100 =.367% Pueba I. En esta pate de las puebas se utilizo una aleación de aceo 6061 con un peso de apoximadamente Kg., paa diseña el conjunto eje-shock, el cual se sometió a una caga de 500N y a un momento de 3Nm Cuando se ealizaon los estudios de esfuezo se detemino según el softwae de invento que el esfuezo nomal calculado fue de σ et= MPa Simila al anteio este cálculo de esfuezo nomal se ealizo según la teoía de von Mises: 83

84 Figua 3.8. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el Shock po caga a flexión Explicación de los cálculos: 16T Se pocede a calcula el esfuezo nomal, po medio de la ecuación τ Nom = 3 πd (Robet C. Juvinall, capítulo 4, factoes de concentadoes de esfuezo, pág. 17, figua 4.35) 16*3Nm τ Nom = = 0.1MPa 3 π *(0.05m) τ Nom 0.1MPa Se pocede a calcula esfuezos el concentado de esfuezos po medio de las siguiente ecuación (tomadas del libo Diseño en ingenieía mecánica, Joseph E Shigley, Apéndice E, pág. 104) τ = τ Nom * K max TS * 3 K T D = * d 10 + d 0.45 * D D * * d d 4 D D 1.75* +.55* d d 4 Ecuación. Paa este cálculo se utilizaon los siguientes datos: 84

85 D = 98mm d = 50mm K = 0.015mm TS = 9.9 El cálculo que se pesenta a continuación se considea como un sistema de esfuezo po caga estática. Se multiplica el concentado de esfuezos po aíz de tes, po el esfuezo obtenido anteiomente. τ = 0.1MPa*9.9* 3 =. 1MPa De la pueba G, se utiliza el esfuezo nomal obtenido paa detemina el máximo esfuezo pemisible po medio de von Mises σ = MPa(P uebag) σ eq = σ + 3τ = % Eo = % eo = 1.75% Pueba J + 3*.1 = MPa En esta pate de las puebas se utilizo una aleación de aceo 6061 con un peso de apoximadamente Kg., paa diseña el conjunto eje-shock, el cual se sometió a una caga de 1000N y a un momento de 3Nm Cuando se ealizaon los estudios de esfuezo se detemino según el softwae de Cosmos Design Sta que el esfuezo nomal calculado fue de σ = Simila al anteio este cálculo de esfuezo nomal se ealizo según la teoía de von Mises: e 85

86 Figua 3.9. Muesta de los difeentes esfuezos pesentes en el Shock po caga a flexión Explicación de los cálculos: De la pueba I se toma el esfuezo a cotante obtenido anteiomente de.1mpa y de la pueba de H se toma el valo de esfuezo nomal de 7.18 MPa paa aplicale el método de Von Mises y obtene así el máximo valo de esfuezo pemisible. τ =.1MPa(P ueba. I) σ = 7.18MPa(P ueba. H ) σ eq = σ + 3τ = *.1 = 7. 44MPa De seguido se calcula el eo existente con especto al valo obtenido según el softwae de invento % Eo = * % Eo = 1.75% Deflexiones Pueba A Esta pueba consistió en toma el eje pincipal diseñado de aceo AISI 100 de apoximadamente Kg. y sometelo a una caga a tensión de 1000N. Cuando se ealizaon los estudios de deflexion se deteminó, según el softwae de invento que la defomación calculada fue de δ = mm. 86

87 Los cálculos de esta pueba se basaon en la tabla 5.4 página 164 del Juvinall (Pimea edición en español). Figua Diagama de Momento y cotante paa el sistema del eje y Shock La fueza cotante equivale a la caga aplicada: V=P=1000N; y la ecuación del momento es la siguiente: M = P( x L) δ = δ = δ = δ = L 0 L 0 M ( M / P) 3P L dx + EI P 5GA P( x L) EI P EI P EI 1 x 3 1 L 3 3 L 3 PL 6PL δ = + 3EI 5GA 3 6PL dx + 5GA x 3 L+ xl 3 6PL + L + 5GA L 0 6PL + 5GA Ahoa se detemina la magnitud de L, G e I 87

88 m L = γ A = 7900 * ( π / 4) *0.005 =0.05m 11 E x10 G = = = 7.75x10 *(1 + ν ) *( ) π * d I = 64 π * d A = π *0.05 = 64 π * 0.05 = 4 = 1.9x10 8 = 4.90x10 4 m 4 m 10 Pa *0.05 δ = 11 3* x10 *1.9x *1000 * *7.75x10 * 4.90x10 4 δ = mm Pocentaje de eo en el cálculo *100 = 17.8% Pueba B Esta pueba consistió en toma el eje pincipal diseñado de aceo AISI 100 de apoximadamente Kg. y sometelo a una caga a tensión de 500N. Cuando se ealizaon los estudios de deflexión se deteminó, según el softwae de invento que la defomación calculada fue de δ = mm. Los cálculos de esta pueba se basaon en la tabla 5.4 página 164 del Juvinall (Pimea edición en español). La fueza cotante equivale a la caga aplicada: V=P=500N; y la ecuación del momento es la siguiente: M = P( x L) 88

89 δ = δ = δ = δ = L 0 L 0 M ( M / P) 3P L dx + EI P 5GA P( x L) EI P EI P EI 1 x 3 1 L 3 3 L 3 PL 6PL δ = + 3EI 5GA 3 6PL dx + 5GA x 3 L+ xl 3 6PL + L + 5GA L 0 6PL + 5GA Ahoa se detemina la magnitud de L, G e I m L = γ A = 7900 * ( π / 4) *0.005 =0.05m 11 E x10 G = = = 7.75x10 *(1 + ν ) *( ) π * d I = 64 π * d A = π *0.05 = 64 π * 0.05 = 4 = 1.9x10 8 = 4.90x10 4 m 4 m 10 Pa *0.05 δ = 11 3* x10 *1.9x *500 * *7.75x10 * 4.90x10 4 δ = mm Pocentaje de eo en el cálculo *100 = 8.36%

90 Pueba C Esta pueba consistió en toma el eje pincipal diseñado de aceo AISI 100 de apoximadamente Kg. y sometelo a una caga a tensión de 500 N y un toque unifome de 10 Nm. Paa la pueba C se patiá del hecho de que el toque es constante, po lo tanto la deflexión po tosión es ceo. Cuando se ealizaon los estudios de deflexión se deteminó, mediante el softwae de invento que la defomación calculada fue de δ = mm. Se empleaá también el esultado de la pueba A paa deflexión: δ = mm. φ = TL GJ = π = ad S = = mm δ = = mm Pocentaje de eo en el cálculo *100 =.04% Pueba D Esta pueba consistió en toma el eje pincipal diseñado de aceo AISI 100 de apoximadamente Kg. y sometelo a una caga a tensión de 1000 N y un toque unifome de 0 Nm. Paa la pueba C se patiá del hecho de que el toque es constante, po lo tanto la deflexión po tosión es ceo. Cuando se ealizaon los estudios de deflexión se deteminó, mediante el softwae de invento que la defomación calculada fue de δ = mm. Se empleaá también el esultado de la pueba A paa deflexión: δ = 0.014mm. 90

91 φ = TL GJ = π = ad S = = mm δ = = mm Pocentaje de eo en el cálculo *100 = 7.06% Nota: Los esultados de los desplazamientos de las puebas E y F se mostaon en la sección anteio junto con los de esfuezos. Pueba G Esta pueba consistió en toma sopote del eje del shock diseñado de aceo AISI 100 de apoximadamente 1,089 Kg. y sometelo a una caga a tensión de 500N. Cuando se ealizaon los estudios de deflexión se deteminó, según el softwae de invento que la defomación calculada fue de δ = mm. Los cálculos de esta pueba se basaon en la tabla 5.4 página 164 del Juvinall (Pimea edición en español). La fueza cotante equivale a la caga aplicada: V=P=500N; y la ecuación del momento es la siguiente: 91

92 M = P( x L) δ = δ = δ = δ = L 0 L 0 M ( M / P) 3P L dx + EI P 5GA P( x L) EI P EI P EI 1 x 3 1 L 3 3 L 3 PL 6PL δ = + 3EI 5GA 3 6PL dx + 5GA x 3 L+ xl 3 6PL + L + 5GA L 0 6PL + 5GA Ahoa se detemina la magnitud de L, G. L = m E G = = *(1 + ν ) A = m 11 x10 *( ) = 7.75x10 10 Pa El I y la densidad se tomaon del softwae Invento (Ve figua 3.11): 9

93 Figua Ventana del Softwae donde se indica los momentos de Inecia del Sistema 1 589,91 10 kgmm 50kgmm Los valoes de I y la densida son y 6 3 8, kg / mm espectivamente. Debido a que el softwae da el I en Kg. mm. fue necesaio ealiza la siguiente convesión: 3 4 ) /[ ρ( kg / mm ) L( mm) ] = I ( mm ) ( m / [ 50 /8, ] m I = 7,98 10 m I ( kgmm I = 3 mm) 4 = I( m 4 ) δ * * x10 * 7,98 10 = 8 1. *500* *7.75x10 * δ = mm Pocentaje de eo en el cálculo *100 = 15,34% Pueba H 93

94 Esta pueba consistió en toma sopote del eje del shock diseñado de aceo AISI 100 de apoximadamente 1,089 Kg. y sometelo a una caga a tensión de 1000N. Cuando se ealizaon los estudios de deflexión se deteminó, según el softwae de invento que la defomación calculada fue de δ = mm. Con base en el pocedimiento descito en la pueba anteio se tiene que δ * * x10 * 7,98 10 = 8 1. *1000* *7.75x10 * δ = mm Pocentaje de eo en el cálculo *100 = 15,34% Pueba I Esta pueba consistió en toma sopote del eje del shock diseñado de aceo AISI 100 de apoximadamente Kg. y sometelo a una caga a tensión de 500N y un toque unifome de 3 Nm. Paa la pueba I se patiá del hecho de que el toque es constante, po lo tanto la deflexión po tosión es ceo. Cuando se ealizaon los estudios de deflexión se deteminó, mediante el softwae de invento que la defomación calculada fue de δ = mm. 94

95 Se empleaá también el esultado de la pueba G paa deflexión: δ = mm El momento pola de inecia se obtuvo a pati del momento de inecia obtenido en las dos puebas anteioes. Po se una pieza cicula Ix = Iy po lo tanto: J = I X + I Y J = I X J = 7,98 10 m J = 1, m φ = TL GJ = = ad S = = mm δ = = mm Pocentaje de eo en el cálculo *100 = 0.9% Pueba J Esta pueba consistió en toma sopote del eje del shock diseñado de aceo AISI 100 de apoximadamente Kg. y sometelo a una caga a tensión de 1000N y un toque unifome de 3 Nm. Cuando se ealizaon los estudios de deflexión se deteminó, mediante el softwae de invento que la defomación calculada fue de δ = 0, mm. De acuedo con el esultado de la pueba H el desplazamiento po flexión con una caga de 1000 N es de: δ = mm Con base en el esultado anteio el desplazamiento po tosión es de: 95

96 S = mm Lo anteio implica que el desplazamiento total es de: δ = mm mm δ = mm Pocentaje de eo en el cálculo *100 = 7.59% Pueba de vibaciones. Esta pueba se ealizó solamente paa el eje y el shock. El esto del conjunto del tono se supuso completamente ígido ya que no son pates cíticas. Debido a la suposición anteio no se utilizaon los casos simulados con los softwaes Comos e Invento. De acuedo con la teoía expuesta en la pág. 119 del Shigley la constante de igidez equivalente (Keq) de un conjunto mecánico se define como: k eq = i i= k i Y de la mecánica de mateiales elemental se sabe que: F L E A δ δ = = F = k δ k E A L = E A L Explicación de los cálculos: 96

97 Se deteminan las vaiables necesaias paa calcula las k individuales del subconjunto eje shock: Módulo elástico (E) del aceo ANSI 10-0 = N / m. Tabla 3.5. Caacteísticas de cada sección Sección Longitud (L) Ancho Áea (mm.) (mm.) (m) (N / m) Kg. m 1 53,4 13 0,000694,60 x 10 9,34 x 10 50,4 0, ,00 x ,0 x ,00174,60 x ,87 x , , x ,03 x ki J Figua 3.1. Detalle de la división del subconjunto eje shock paa el cálculo de k eq. Se pocedió a calcula la k eq y el esultado fue de 8 3,04 10 N / m. Debido a que el método analítico es sumamente complicado se utilizó el método iteativo de Holze cuyo diagama de flujo se muesta a continuación: 97

98 Figua Diagama de flujo del método de Holze paa vibaciones mecánicas a flexión El pogama de dicho diagama de flujo se ealizó en el Edito de Visual Basic paa Excel con un total de 51 puntos a gafica. El mismo se muesta a continuación: Sub Vibaciones() Dim n As Double Dim m As Double 98

99 Dim i As Double Dim x As Double 'paa llena vectoes Dim y As Double ' incementos de... Dim a As Double 'paa desplega los datos Dim b As Double 'paa desplega los datos Dim g As Double ReDim w(1 To 51, 1 To 1) As Double ReDim h(1 To 51, 1 To 1) As Double 'h seá landa ReDim c(1 To 51, 1 To 5) As Double 'c seá cita ReDim t(1 To 51, 1 To 5) As Double ReDim k(1 To 5, 1 To 1) As Double ReDim j(1 To 5, 1 To 1) As Double n = 1 i = 1 m = 0 y = Cells(5, 3) w(1, 1) = Cells(5, 1) h(1, 1) = w(1, 1) ^ Fo g = 1 To 51 c(g, 1) = 1 99

100 Next g 'llena los vectoes j y k Fo x = 1 To 5 j(x, 1) = Cells(8 + x, ) k(x, 1) = Cells(8 + x, 3) Next x While i < 51 t(i, 1) = h(i, 1) * j(1, 1) While m < 5 m = n + 1 c(i, m) = c(i, n) - (t(i, n) / k(n, 1)) t(i, m) = t(i, n) + h(i, 1) * j(m, 1) * c(i, m) n = n + 1 Wend n = 1 m = 0 i = i + 1 w(i, 1) = Cells(5, 1) + (i - 1) * y h(i, 1) = w(i, 1) ^ Wend 100

101 'desplega esultados Fo a = 1 To 5 Fo b = 1 To 51 Cells(16 + b, a) = c(b, a) Cells(16 + b, 6) = w(b, 1) Next b Next a End Sub El pogama está diseñado paa un sistema de 4 masas como el que se mostó anteiomente y se le digitan los siguientes datos de entada: w inicial, los incementos, el momento pola de inecia (J) y la constante de igidez (k) de cada pieza. Figua Datos de entada al pogama. 101

102 3..1 El esultado obtenido después de coe el pogama fue el siguiente: Cita vs velocidad angula Cita (ad) Cita Velocidad angula (ad/s) Figua Resultado del análisis de vibaciones paa el conjunto eje shock. Las fecuencias natuales se dan cuando se cota el eje x; esto implica que se dan cuando el eje gia alededo de 595 ad /s, 1765 ad/ s y 3585 ad /s. Se puede mejoa la esolución al aceca la velocidad angula inicial al punto deseado y disminui los incementos. 10

103 3.3 Sopotes Seleccionados De pie SNL, seies Sistema de "bloque modula". El sistema de los sopotes de pie SNL, se basa en una seie de sopotes con el mismo diseño peo en difeentes tamaños. Los sopotes de pie SNL pueden aloja ejes con diámetos de ente 0 y 160 mm.. Base efozada. La base del sopote está efozada con nevios y mateial exta alededo de los oificios paa los tonillos de fijación con el fin de popociona un mejo asiento en la placa base. Los tonillos de fijación se pueden pecaga paa ofece una fijación mejo e impedi la defomación de la base y del agujeo del sopote. Fijación. Po noma, los sopotes SNL tienen dos oificios paa los tonillos de fijación en la base. Los sopotes del tamaño o supeio también están disponibles con cuato oificios paa los tonillos de fijación, designados FSNL. Estos sopotes de mayo tamaño también están disponibles sin los cuato oificios paa los tonillos de fijación (base lisa, designación SSNLD), peo éstos están hechos de fundición dúctil. Los sopotes más pequeños po debajo del tamaño Los sopotes más pequeños po debajo del tamaño también se pueden monta con cuato tonillos. Las posiciones donde talada los oificios adicionales vienen macadas en el sopote. Mejo tansfeencia témica. Los nevios adicionales en la base del sopote amplían la zona de contacto ente la base y la placa base, pemitiendo un mayo flujo de calo desde el ao exteio del odamiento a la placa base. Caacteística paa la elubicación. Los sopotes SNL se suministan con una boquilla engasadoa. Nomalmente, dichos sopotes llevan dos oificios taladados y oscados en la tapa. Las posiciones donde se pueden talada oificios adicionales paa las boquillas engasadoas, paa la elubicación del odamiento o de las obtuaciones, vienen indicadas en el sopote. 103

104 Tapas y bases macadas individualmente. La base y la tapa del sopote se empaejan duante su fabicación y no son intecambiables. Paa evita que se mezclen, el mismo númeo consecutivo va macado en la tapa y en la base de cada sopote. Asistencia en el montaje. Paa simplifica el montaje y loga una alineación más pecisa, hay unas macas moldeadas en las caas de la base que indican el eje del agujeo del sopote y el eje vetical. Figua Sopote de pie de dos piezas. 104

105 105

106 106

107 3.4 Rodamientos Seleccionados Rodamientos de odillos a ótula Son inheentemente autoalineables y muy obustos. Las dos hileas de odillos hacen que los odamientos puedan absobe cagas elevadas. Los odamientos de odillos a ótula de dos piezas se basan nomalmente en odamientos estánda, peo se pueden pesonaliza según se equiea. Figua 3.17 Rodamiento de Rodillos Los odamientos axiales de odillos cónicos pemiten disposiciones axiales de odamientos ígidas, muy compactas, capaces de absobe cagas axiales muy elevadas y que son insensibles a las cagas de choque. Los odamientos axiales de odillos cónicos SKF se fabican con un pefil logaítmico ente los caminos de odadua y los odillos paa gaantiza una distibución óptima de la tensión en el odamiento, mejoando así la vida útil del mismo. Los odamientos axiales de odillos cónicos SKF con jaula, tienen un diseño desmontable de modo que las dos aandelas y el conjunto axial de odillos y jaula pueden montase po sepaado y fácilmente. Los odamientos de tonillos, sin jaula, se mantienen unidos mediante sistemas de sujeción especiales y, paa simplifica su manejo, las aandelas tienen oificios oscados paa los cáncamos de ojo. 107

108 Figua 3.18 Dimensiones Pincipales 108

109 4 CAPITULO 4 Pate Electónica 109

110 4.1 Intoducción El contol numéico computaizado es ampliamente usado en la industia paa la ceación y moldeado de piezas complejas de manea ápida y pecisa, logando aumenta los índices de poductividad y calidad a la vez que se disminuyen los costos de poducción, esto lo conviete en una heamienta que debe se conocida y manejada eficazmente po el ingenieo electomecánico. Po lo tanto, es necesaio conta con equipo que facilite a los estudiantes el apendizaje de la pogamación en códigos G y M, pemitiendo la veificación de los pogamas diseñados mediante la elaboación del poducto final. Una máquina CNC posee un pocesado el cual se encaga de contola la posición y la velocidad de los motoes que accionan los ejes y las heamientas al momento de moldea una pieza. Este contol peciso es útil paa ealiza movimientos que definen fomas que no son posibles de loga usando máquinas convencionales o de opeación manual. Las máquinas CNC son capaces de move la heamienta al mismo tiempo en los tes ejes paa ejecuta tayectoias tidimensionales como las que se equieen paa el maquinado de complejos moldes y toqueles. Es impotante posee un alto conocimiento del manejo de máquinas basadas en este concepto. Po este motivo, investigadoes de difeentes escuelas decidieon constui un tono CNC con fines didácticos, que facilite a los estudiantes el apendizaje del diseño y ceación de piezas aplicando técnicas de contol numéico. Esto debido a que actualmente, la Escuela de Electomecánica cuenta solamente con una máquina de tipo industial, que además de implica altos costos de mantenimiento, únicamente puede se opeada po pesonal capacitado. Además, la compa de este tipo de equipos implica una alta invesión que no es posible considea dento del pesupuesto que se le asigna a la Escuela. 110

111 4. Solución seleccionada El sistema de contol a diseña debía se capaz de maneja los distintos motoes del tono CNC de tal foma que puedan ejecuta movimientos que pemitan ealiza líneas, diagonales, cículos o cuvas con las cuales se moldeaán piezas metálicas. La idea pincipal del poyecto es mejoa el sistema de contol implementado anteiomente, desaollando un sistema de comunicación más eficiente con la PC y educiendo el númeo de instucciones de contol de motoes, pemitiendo además la intepetación de un mayo numeo de códigos G y M. Los códigos G y M sopotados se dividen en categoías: códigos de movimiento y códigos de contol. Las tablas 1. y 1.3 pesentan los códigos que son sopotados po el tono paa cada categoía espectivamente. No se implementaon ciclos paa esta pimea etapa del poyecto. Tabla 4.1 Códigos de movimiento sopotados. Código G00 G01 G0 G03 G8 Descipción Movimiento lineal ápido a un punto. Movimiento lineal a un punto. Movimiento cicula hoaio. Movimiento cicula anti-hoaio. Regesa a ceo máquina. Tabla 4.. Códigos de contol sopotados. Código G90 G91 M00 M0 Descipción Modo de posicionamiento absoluto. Modo de posicionamiento elativo. Pausa del pogama. Fin del pogama. 111

112 4..1 Caacteísticas de la solución 1. La comunicación del pueto seie es bidieccional, pemitiendo al sistema de contol epota a la PC la posición de los motoes paso a paso.. El softwae de alto nivel implementado pemite compila nuevos códigos G y M. La decodificación también se hace a un nuevo conjunto de instucciones que maneja el sistema de contol desaollado en el micocontolado, lo cual pemite opeaciones más complejas y pecisas. 3. Se agegó un banco de memoia paa el sistema de contol con el popósito de almacena las instucciones del pogama a ejecuta. El sistema de contol escibe las instucciones en esta memoia al ecibilas de la PC y posteiomente las caga en egistos intenos mientas se ejecutan. 4. Se implementó un egulado automático de velocidad paa el moto CD que pemite mantene constante la velocidad del moto, especificada po el usuaio en el pogama, ante vaiaciones en la caga o petubaciones extenas. 4.. Descipción de la solución La solución se puede subdividi en tes pates: el compilado de códigos G y M y la comunicación vía pueto seie ente el contolado y la PC; la etapa de ejecución de instucciones y ódenes de movimiento de los motoes que se desplazan en los ejes x y z; y el sistema de egulación de velocidad del moto CD. El diagama de bloques paa la solución seleccionada se pesenta en la figua 4.1. La intefaz de usuaio se ealiza mediante una PC, la cual se comunicaá con el contolado del tono mediante el pueto seie RS-3. Figua 4.1 Diagama de bloques de la solución popuesta. 11

113 1...1 Compilado Paa descibi la pieza que se desea poduci con el tono se utilizan códigos conocidos como G y M. Estos códigos epesentan instucciones de alto nivel que pemiten indicale al tono como move la heamienta. El lenguaje descito po estos códigos, sin embago, no es apopiado paa se implementado a bajo nivel en un micocontolado debido a que sus instucciones son iegulaes y equieen consideable pocesamiento. Es necesaio una etapa que taduzca estos códigos G y M a un set de instucciones educido y simplificado que pueda entende el micocontolado. En síntesis, se diseñó un sistema que es capaz de intepeta una seie de comandos, intoducidos po el usuaio utilizando un pogama desaollado en un lenguaje de alto nivel, y los conviete en funciones específicas de mando de los motoes y heamientas del tono. Este sistema coesponde al compilado en el diagama de bloques de la figua 4.. Figua 4. Diagama de bloques del compilado. El análisis léxico se encaga de sepaa el texto en tokens que epesentan los divesos elementos del lenguaje (númeos, instucciones, sepaadoes de bloques, fin de achivo, etc.). El análisis sintáctico toma la lista de tokens y la tansfoma en una lista de instucciones y paámetos. El análisis semántico combina las instucciones y los paámetos paa poduci instucciones completas y coheentes. Finalmente el intépete lee cada instucción, calcula la posición de la heamienta del tono y taduce los movimientos al set de instucciones definido. Cada etapa se encaga de veifica que el pogama intoducido sea válido en los difeentes niveles (léxico, sintáctico y semántico) Comunicación seial e intefaz con memoia extena. Paa la comunicación del sistema con la PC la mejo altenativa es utiliza comunicación seial, mediante el potocolo RS-3, esto poque ente las caacteísticas del micocontolado a utiliza se encuenta la opción de utiliza una UART (unidad asincónica de ecepción y tansmisión), de este modo es elativamente sencillo establece una comunicación eficiente con la PC, una vez hecho esto es necesaio esolve el poblema de donde se va a almacena dicho pogama tempoalmente paa finalmente se ejecutado. 113

114 Ente los equeimientos que tiene el sistema está almacena el pogama geneado en una memoia popia, de modo que este sea completamente independiente de la PC y no que se tenga que esta enviando bloques de instucciones según se vaya ejecutando el pogama paa foma la pieza. El micocontolado a utiliza es el PIC16F877, el cual cuenta solamente con 386 bytes de memoia RAM disponible, muy pocos pogamas geneados po códigos G y M utilizaían tan poca memoia; po lo tanto, es necesaio utiliza una memoia RAM adicional paa almacena el pogama a ejecuta, la cual es de 3Kbytes. En la figua 4.3 se muesta el diagama de bloques de esta etapa. Figua 4.3 Conexión de memoia adicional al sistema Contol de velocidad paa el moto CD En la figua 4.4 se obseva el diagama de bloques del lazo de contol que se implementó paa mantene constante la velocidad del moto CD ante vaiaciones en la caga o petubaciones extenas. M Senso de velocidad Covetido de fecuencia a voltaje Contolado de velocidad Ajuste de velocidad Velocidad de efeencia definida po el usuaio Figua 4.4 Diagama del sistema de contol de velocidad del moto CD. Se empleaá un senso inductivo y un convetido de fecuencia a voltaje que pemitan medi la velocidad del moto y genea un voltaje diectamente popocional a la misma, este posteiomente se pasaá po un ADC de tal foma que se pueda compaa con el dato digital que indica la velocidad de efeencia. La taea del contolado de velocidad es ajusta la velocidad del moto en caso que esta se vea afectada po vaiaciones en la caga o petubaciones 114

115 ocasionadas po las heamientas de cote. El diseño del mismo está basado en pincipios de contol automático. Paa esto se petende implementa un egulado PID que compae las velocidades indicadas po el usuaio y el senso de velocidad paa ealiza los ajustes necesaios. Este se pogamaá en un micocontolado PIC16F874A, el cual posee el ADC equeido Contol de motoes paso a paso El contol de los motoes paso a paso genea un código de 4 bits que indica que bobina se activa en un momento dado. Este módulo ecibe la velocidad y secuencia de activación de las bobinas, que han sido definidas po el usuaio en el pogama, de pate de la unidad de ejecución Etapas de potencia En el caso de los motoes paso a paso se utilizan elays de estado sólido o mosfets, dependiendo del moto. Paa el moto CD, se implementa una etapa de potencia con tiistoes, la cual únicamente pemite al moto gia en sentido hoaio. 4.3 Objetivos de este apatado Objetivos de hadwae a. Constui la intefase necesaia que pemita conecta una memoia RAM extena, de al menos 3kbytes, al micocontolado paa el almacenamiento del pogama de contol. b. Implementa la intefase ente el senso de posición paa los motoes paso a paso y el micocontolado. c. Instala y acopla al sistema un conjunto de inteuptoes que pemitan al usuaio ealiza en foma asincónica las taeas de (1) paada de emegencia y () einicio. d. Implementa la intefase ente el senso de velocidad paa el moto CD y el micocontolado encagado de su muesteo. e. Diseña y constui el lazo de contol necesaio paa egula y mantene constante la velocidad del moto CD Objetivos de softwae a nivel del micocontolado a. Diseña la estuctua de almacenamiento de infomación en la RAM extena. 115

116 b. Escibi una utina en lenguaje C que pemita ealiza el almacenamiento de infomación en la RAM extena. c. Diseña el fomato de comunicación po utiliza paa tansfei instucciones expesadas en códigos G y M desde la PC hacia el micocontolado y paa el envío de infomación de estatus del micocontolado hacia la PC. d. Escibi las utinas en lenguaje C necesaias paa conveti en ódenes de movimiento de los motoes paso a paso las instucciones ecibidas desde la PC, a efecto de que el tono pueda ealiza las opeaciones especificadas po el usuaio. e. Desaolla una utina que pemita implementa un sistema de paada de emegencia en espuesta a una oden asincónica ecibida del usuaio mediante un inteupto de suspensión de la opeación. f. Desaolla una utina que pemita establece el sistema al estado en que se encontaba al ealiza una paada de emegencia, de modo que pueda continua la opeación a pati del punto en que se podujo la suspensión de la opeación. g. Ajusta las utinas en lenguaje C coespondientes a los comandos G y M desaollados en la etapa anteio, de modo que pemita establece en foma pecisa, la elación ente la cantidad de pasos que debe movese cada moto paso a paso paa avanza un milímeto. h. Escibi una utina en lenguaje C que pemita medi la velocidad del moto CD que hace gia la pieza po se toneada. i. Diseña el modelo de contol automático de velocidad del moto CD, ante vaiaciones de la caga y otas petubaciones, basado en ecuaciones de difeencias, que pemita mantene constante la velocidad del moto de acuedo con los paámetos establecidos po el usuaio. j. Escibi una utina en lenguaje C que pemita implementa el modelo de contol automático de velocidad del moto CD Objetivos de softwae a nivel de la PC a. Desaolla un algoitmo que intepete los códigos G y M ingesados po el usuaio, los convieta al fomato de comunicación y los envíe vía pueto seie al micocontolado b. Rediseña el decodificado de códigos G y M implementado en la pimea etapa del poyecto paa que acepte los códigos definidos en esa etapa y econozca nuevos códigos. c. Implementa una utina que pemita al usuaio cea macoinstucciones que ealizan instucciones complejas a pati de un conjunto de instucciones simples expesadas en téminos de comandos G y M. d. Implementa una utina pemita decodifica el conjunto de instucciones simples que foman una macoinstucción y las convieta al fomato de comunicación paa envialas luego al micocontolado. 116

117 4.4 Maco teóico Comunicación Seial: El potocolo RS-3 utiliza difeentes tipos de sockets y de conectoes paa establece la comunicación ente divesos dispositivos seiales. Los conectoes más utilizados son los de 9 y 5 pines. El estánda RS-3 evita que dos equipos taten de comunicase al mismo tiempo utilizando las mismas líneas. Paa esto los equipos se clasifican en dos tipos DTE (Equipo Teminal de Datos) y DCE (Equipo de Comunicación de Datos). Paa econocelos el estánda RS-3 detemina que los dispositivos DTE tienen conectoes macho y los DCE hemba. Una conexión seial RS-3 involuca usualmente 9 líneas. La conexión bidieccional más simple que se puede ealiza utilizando este estánda equiee de 3 líneas: 1. TXD (Tansmitted Data): tansmite los datos del DTE al DCE.. RXD (Received Data): tansmite los datos del DCE al DTE. 3. SG (Signal Gound): señal de tiea. El handshaking po hadwae pemite al dispositivo tansmiso sabe cuando el ecepto esta listo paa ecibi infomación. Paa pode ealiza esta función, de DTE a DCE, se necesita la línea DSR (Data Set Ready), la cual contola las tansmisiones handshaking del dispositivo DCE povenientes del dispositivo DTE. Este pin mantiene un voltaje positivo siempe que el dispositivo este listo paa ecibi infomación. La línea de CTS (Clea to Send) se puede utiliza una línea secundaia paa el handshaking. Esta emplea el dispositivo DCE paa contola las tansmisiones handshaking povenientes del DTE. Esta línea se encuenta en bajo (voltaje negativo) paa detene la tansmisión. Igualmente se emplean dos líneas de handshaking cuando un dispositivo DCE tansmite datos a uno DTE: DTR (Data Teminal Ready) que se utiliza paa contola la tansmisión de datos del DCE al DTR y RQS (Request to Send), línea secundaia de handshaking, cuando se tansmiten datos del DCE al DTR. Adicionalmente se utilizan dos líneas paa la comunicación ente módems y computadoas o teminales: 1. CD (Caie Detect): se utiliza paa identifica la pesencia de una señal potadoa. 117

118 . RI (Ring Indicato): indica que el MODEM esta siendo llamado po un equipo distante y que estaía sonando si fuea un teléfono. A continuación se muestan algunas conexiones de pines que se utilizan paa tansmisión seial ente dos unidades una de tipo DCE y ota DTE, con difeentes conectoes. Dos conectoes de 9 pines: Figua 4.5 Conexión de pines paa comunicación seial con dos conectoes DB9. Dos conectoes de 5 pines: Figua 4.6 Conexión de pines paa comunicación seial con dos conectoes DB5.1 En el potocolo RS-3 sólo se pemite dos estados: ESPACIO que coesponde a un ceo binaio, y se mide como un voltaje positivo y una MARCA, que coesponde a un uno binaio, y se mide como un voltaje negativo. En las líneas de datos (TXD, RXD) un voltaje positivo coesponde a un ceo lógico y un voltaje negativo a un uno lógico. Po ota pate, en las líneas de handshaking (DTR, DSR, etc.) una tensión positiva indica que se pueden envia datos, mientas que una tensión negativa significa que se debe de detene la tansmisión de datos. Los voltajes positivos vaían ente +5 y +15 voltios mientas que los negativos ente 5 y 15 voltios. Paa envia datos en foma seial existen dos maneas: sincónica y asincónica. Cuando no existe continuidad en el envío de infomación es necesaio utiliza la comunicación asincónica, po ejemplo cuando una pesona escibe en el teclado. En este caso como la máquina eceptoa no 118

119 sabe cuando temina un dato y cuando empieza oto se hace necesaio el uso de bits de inicio y bits de paada, además, se agega un bit de paidad paa detecta eoes de tansmisión. Po ota pate cuando la infomación es enviada con una velocidad constante, es deci con cieta egulaidad, la máquina podá pedeci cuando es que viene el póximo dato, po lo que no se hace necesaio el uso de los bits mencionados anteiomente, a este tipo de comunicación se le llama sincónica. El tamaño del dato puede vaia dependiendo del potocolo de comunicación utilizado, usualmente es de siete u ocho bits. 1 Bits de inicio: se agegan al inicio de cada fame (un fame coesponde a un dato y sus bits asociados), e indican al dispositivo ecepto que un nuevo dato ha llegado, po lo que debe sinconiza el mecanismo que sepaa a cada uno de los bits individualmente. Un bit de inicio es un ESPACIO o un ceo binaio (voltaje positivo). El voltaje ente fames es negativo. Cuando cada fame inicia el voltaje pasa de negativo a positivo. Bits de datos: el tamaño de los datos vaía según el potocolo que se utiliza. Cuando se envían caactees ASCII se utilizan siete bits, peo cuando se envían datos que no son ASCII se deben usa los ocho bits disponibles. 3 Bit de paidad: es una foma de detecta eoes de tansmisión. Establece una coespondencia ente la cantidad de bits de datos y el bit de paidad en caso de que no se cumpla es poque hubo un eo de tansmisión. -Paidad pa: al suma los bits del dato y el bit de paidad el esultado es un numeo pa. -Paidad impa: al suma los bits del dato y el bit de paidad el esultado es un numeo impa. -Sin paidad: no hay bit de paidad. -Paidad de ESPACIO: se deja el bit de paidad en ceo y se evisa que el ecepto eciba ese mismo valo. -Paidad de MARCA: se deja el bit de paidad en uno. 1 Bits de paada: se envían al finaliza un fame. Pueden se uno, dos o dos y medio bits. Cuando se habla de dos y medio bits se efiee a que 119

120 la longitud del bit es mayo que el de un bit nomal. Estos bits coesponden a voltajes negativos (unos lógicos). Siempe hay al menos un bit de paada paa asegua que un fame sea econocido po el bit de inicio positivo. Tasa de tansfeencia: se puede medi en bits po segundo o en baudios. Los baudios se obtienen al dividi la longitud de la señal más pequeña ente un segundo. Po ota pate los bps son la cantidad de dígitos binaios tansmitidos en un segundo. Usualmente, los valoes de bps se encuentan en las seies de 110, 150, 300, 600, 100, 400, 4800, 9600 y Figua 4.7 Ejemplos de diagamas de tiempo paa comunicación seial Motoes steppe Los motoes paso a paso son ideales paa la constucción de mecanismos en donde se equieen movimientos muy pecisos. La caacteística pincipal de estos motoes es el hecho de pode movelos un paso a la vez po cada pulso que se le aplique. Este paso puede vaia desde 90 hasta pequeños movimientos de tan solo 1.8, es deci, que se nece sitaán 4 pasos en el pime caso (90 ) y 00 paa el segundo caso (1.8 ), paa completa un gio completo de

121 Estos motoes poseen la habilidad de pode queda enclavados en una posición o bien queda totalmente libes. Si una o más de sus bobinas están enegizadas, el moto estaá enclavado en la posición coespondiente y po el contaio quedaá completamente libe si no cicula coiente po ninguna de sus bobinas. Básicamente estos motoes están constituidos nomalmente po un oto sobe el que van aplicados distintos imanes pemanentes y po un cieto númeo de bobinas excitadoas aolladas en su estato. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) debe se extenamente manejada po un contolado. Figua 4.8 Constitución de motoes steppe unipolaes de 5 y 6 hilos. Los motoes paso-paso unipolaes suelen tene 6 ó 5 cables de salida, dependiendo de si las deivaciones centales (común) de sus bobinas están o no conectadas ente sí, según la figua 4.8. Las entadas de activación (A, B, C y D) pueden se diectamente activadas po un micocontolado. Existen tes secuencias de movimiento posibles paa este tipo de motoes: dos paa que el moto dé pasos enteos y una paa que dé medios pasos. 11

122 Secuencias paa pasos enteos Secuencia Nomal: Esta es la secuencia más usada y la que genealmente ecomienda el fabicante. Con esta secuencia el moto avanza un paso po vez y debido a que siempe hay al menos dos bobinas activadas, se obtiene un alto toque de paso y de etención. Tabla 4.3 Secuencia nomal paa pasos enteos en un moto steppe unipola. Paso Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D 1 on off on off off on on off 3 off on off on 4 on off off on Secuencia del Tipo Wave Dive En esta secuencia se activa solo una bobina a la vez. En algunos motoes esto binda un funcionamiento más suave. La contapatida es que al esta solo una bobina activada, el toque de paso y etención es meno. 1

123 Tabla 4.4. Secuencia wave dive paa pasos enteos en un moto steppe unipola. Paso Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D 1 on off off off off off on off 3 off on off off 4 off off off on Secuencia paa medios pasos En esta secuencia se activan las bobinas de tal foma que bindan un movimiento igual a la mitad del paso eal. Paa ello se activan pimeo bobinas y luego solo 1 y así sucesivamente. La secuencia consta del doble de los movimientos utilizados paa las secuencias de pasos enteos. Cabe esalta además que el toque que se genea mediante este tipo de secuencia no es constante debido a que altena la enegización de las bobinas ente una y dos. Cabe esalta que si se desea cambia el sentido de gio del moto, sólo se debe inveti la secuencia de activación de las bobinas. 13

124 Tabla 4.5. Secuencia paa medios pasos de un moto a pasos. Paso Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D 1 on off off off on off on off 3 off off on off 4 off on on off 5 off on off off 6 off on off on 7 off off off on 14

125 8 on Off off on 3..3 Relay (Relevado) de estado sólido El elay de estado sólido es un dispositivo semiconducto que pemite ealiza las opeaciones de un elay convencional (contadoes mecánicos y bobina). Este dispositivo es contolado po una tensión que puede vaia de los 4 a los 3Vcd, po lo que esulta ideal paa tabaja con el estánda del voltaje TTL. En la figua 4.9 se muesta la foma del elay y su estuctua intena, la que pemite obseva el desacople óptico que existe ente la pate de contol digital y el MOSFET que conmuta como un contacto en la pate la caga. Esta caacteística de desacople y manejo de la salida a tavés de MOSFET le pemite tene una alta inmunidad al uido eléctico y a los cambios de tempeatua además de pemiti un manejo de hasta 0A/100V paa cagas inductivas y esistivas con el uso del disipado. Pemite también el manejo de cagas hasta los 15kHz. Figua 4.9 Relay de estado sólido Mosfets Los Mosfets seleccionados pemiten el manejo seguo de las coientes que se equieen paa el contol del moto paso a paso del eje x. Se seleccionó un mosfet que pemitiea tabaja con una coiente de apoximadamente 1,5ª. Este además pesenta espuesta extemadamente alta ante picos de voltaje (dv/dt), baja capacitancia intínseca y caga mínima en la pueta (G). La figua 4.10 muesta la configuación de pines, el tipo de encapsulado y la configuación intena de los Mosfets a utiliza. 15

126 Figua 4.10 Diagama de pines y esquema inteno del Mosfet Rectificado contolado de silicio (SCR) Los SCRs se utilizan en aplicaciones de paa CA de media onda. Esta caacteística los hace adecuados paa el contol de motoes CD. Paa la etapa de potencia del moto CD del tono se usa un SCR BT 151, el cual sopota coientes de hasta 10A y tensiones de 600V, po lo cual es adecuado paa el moto cuyas magnitudes nominales coesponden a 90V y 9,6ª. La figua 4.11 muesta la configuación de pines y el diagama esquemático del SCR BTE 151. Figua 4.11 Diagama de pines y esquema inteno del SCR 16

127 4.5 Pocedimiento metodológico Obtención y análisis de infomación La opeación de un tono de contol numéico esta basada en la intepetación de los códigos G y M po lo que el pime paso en la investigación se basa en la obtención de infomación de los mismos. Paa lo cual se ealizó una búsqueda en Intenet aceca del lenguaje, también se cuenta con un manual popocionado po la escuela de mantenimiento donde se detalla el funcionamiento de los pincipales códigos. Se analizaon divesas altenativas de expansión del sistema, además de estudia el funcionamiento del tono CNC, obsevando como ean ealizados los pincipales movimientos de la máquina, así como las difeentes caacteísticas de los pocesos a ealiza Evaluación de las altenativas y síntesis de una solución El poblema se sepaó en tes pates: implementación de un compilado que pemita intepeta un pogama en código G y M más completo; las instucciones taducidas son tansmitidas vía pueto seial al sistema de contol paa luego se almacenadas en una memoia RAM que pemite independiza el sistema de contol de la PC una vez que esta ha enviado el pogama compilado, esto paa evita la pédida de datos o el tuncamiento de la ejecución del pogama en caso de que haya una desconexión de la comunicación seial. Paa taduci los códigos G y M a las instucciones entendidas po el micocontolado se analizaon dos opciones: un simple decodificado y un compilado completo. La pimea opción fue implementada y se compobó que es una altenativa muy limitada, su capacidad de entende difeentes tipos de estuctuas es mínima y no puede se utilizada cuando se incluyen llamadas a pocedimientos y saltos. La segunda opción, el compilado, fue la escogida ya que pemite más flexibilidad en la implementación de las instucciones necesaias, además pemite se extendido en un futuo paa inclui nuevos códigos G y M. La segunda pate consiste en la ejecución de las instucciones almacenadas en RAM, lo cual implica la tansfomación de las mismas en impulsos elécticos paa los motoes a pasos e indica la velocidad de efeencia a la que debe gia el moto CD. La tecea pate compende el contol de la velocidad del moto CD ante las petubaciones y vaiaciones en la caga ya que esto es esencial paa el coecto funcionamiento del tono. 17

128 Se considea que esta solución es de bajo costo y factible de fabicación Implementación de la solución Una vez teminada la planta se pocedió con la una seie de puebas paa obseva el funcionamiento de los distintos motoes en conjunto con la estuctua mecánica. En lo que especta a la egulación de velocidad del moto CD, esta etapa se ealizó aplicando conceptos de Contol Automático. Las puebas del moto se empezaon a ealiza aún sin conta con la estuctua mecánica; sin embago, las modelos obtenidos no ean muy fiables ni definitivos, pues la pensa acoplada al eje del moto intodujo una inecia muy gande a la planta, lo cual modificó notablemente el modelo de la planta. Inicialmente paa la vaiación de velocidad del moto CD se utilizaba un dive, el cual equeía algunas señales de contol digitales y un voltaje de efeencia aislado. Duante las puebas iniciales, donde sólo se incluía la pate de contol del moto CD no se pesentaon poblemas, a pesa de no aisla el voltaje de efeencia del cicuito de contol; sin embago, al monta el sistema de contol completo se pesentaon los poblemas espeados al no desacopla el voltaje de efeencia. Po ello, se sustituyó este dive po una etapa de potencia implementada con un tiisto, que po el momento solo pemite al moto gia en sentido hoaio. Las puebas del contol del moto de pasos del eje z se ealizaon cuando este ya estaba acoplado al tono. El moto del eje x se debió tabaja po apate, dado que hasta el momento no se ha incopoado este eje al sistema. Los cicuitos de la unidad de ejecución, el modulo de memoia, el egulado de velocidad del moto CD y el contolado del moto del eje x fueon povisionalmente montados en potoboad. Las etapas contol y de potencia del moto CD, así como el medido de velocidad, fueon montadas en wiewap paa asegua un funcionamiento más estable de las mismas. 18

129 Descipción detallada del diseño e implementación Descipción del hadwae Módulo pincipal Las funciones de este módulo son las siguientes: a. Pemite la comunicación seial ente el hadwae del tono CNC y la PC b. Realiza el contol de los motoes de paso tanto paa los ejes x-z c. Realiza la lectua y escitua en memoia RAM d. Se comunica con el módulo secundaio Descipción de la Unidad de contol Paa ealiza el contol de los motoes, el almacenamiento en memoia y la comunicación seial se utilizó una Unidad de contol implementada po medio de un micocontolado PIC16F874. Este dispositivo se seleccionó ya que este cuenta con los suficientes puetos y con un módulo de comunicación seial, lo cual pemite ealiza las funciones indicadas. El pueto A del micocontolado contola un decodificado pogamado en una GALV10, con el cual se ealiza la caga de los latches y la habilitación del tansceive que ecibe las señales de los sensoes. Los pines A0-A coesponden a las líneas de contol del decodificado y el pin A3 contola su ENABLE. Los pines A4 y A5 no se utilizan. El pueto B del micocontolado se utiliza como un pueto de salida paa el contol de los motoes, incluyendo la comunicación con el módulo secundaio que contola al moto CD. También se utiliza este pueto paa ealiza el dieccionamiento de la memoia RAM. Los pines del C0 al C3 no se utilizaon. El pin C4 del micocontolado se utiliza paa limpia los flip-flops de los botones de PAUSA y CONTINUAR, una vez que se atienden estas inteupciones. Aunque no se logó implementa el contol de la diección del moto CD po poblemas con la etapa de potencia se dejó disponible el pin C5 paa dicho popósito. Los pines C6 y C7 ealizan la comunicación seial del micocontolado con la PC, en este caso el pin C6 es el de tansmisión y el C7 es el de ecepción. El pueto D coesponde al bus de datos de la memoia RAM. Además, se utiliza con ayuda de un tansceive, como un bus de inteupciones, geneadas po los sensoes del tono y los botones de PAUSA y CONTINUAR. El pueto E del micocontolado contola las señales de CS (chip select), WR (wite enable) y OE (output enable) de la memoia RAM. El pin E contola el CS, el pin E1 el WR y el E0 el OE. Todas estas son activas en bajo. 19

130 Descipción del decodificado del contolado El decodificado del contolado fue implementado con una GALV10. Los pines 4,5,6 y 7 de este cicuito se utilizaon como entadas, mientas que los pines del 16 al 0 son las salidas. El pin 7 es el ENABLE del decodificado. En la siguiente tabla se esume la decodificación ealizada: Tabla 4.6. Descipción del funcionamiento del decodificado. ENABLE ENTRADAS SALIDAS COMPONENTE ACTIVADO 0 XXX ninguno latch motoes steppe latch dieccionamiento (LSB) latch moto CD latch dieccionamiento (MSB) tansceive sensoes Las conexiones de los puetos y la distibución de los pines del decodificado se pueden apecia en el esquemático coespondiente al módulo pincipal Latch del moto CD Como se mencionó anteiomente paa pode compati el pueto B del micocontolado con vaios componentes se utilizan latches cuya caga se contola mediante un decodificado. El pueto B del micocontolado envía, po medio de un latch (74LS373), la señal de efeencia paa egula la velocidad del moto CD. La caga de este latch se ealiza con pin 18 de la GALV Módulo de memoia extena Paa esolve el poblema de almacenamiento se utilizó una RAM extena CY7C199 de 3k bytes. La habilitación de esta memoia se ealiza con el pueto E del micocontolado. El bus de datos se conecta al pueto D y el dieccionamiento de la memoia se ealiza con latches conectados al pueto B. Con el pin 19 del decodificado se caga el latch que almacena los bits menos 130

131 significativos del dieccionamiento. Igualmente, el pin 17 caga los bits más significativos de la diección. El CS y el OE de la memoia deben esta en alto cuando se quiee lee las inteupciones de los sensoes ya que estos compaten la el pueto con la salida de la RAM Figua 4.1 Conexión ente los latches y el bus de diecciones de la memoia RAM Comunicación seial Paa la comunicación seial se utiliza un MAX3 con el cual se convieten las tensiones TTL en tensiones apopiadas paa la comunicación seial. 131

132 Figua 4.13 Conexión del MAX3 paa la comunicación seial. 13

133 Latches de los motoes de paso Al igual que con el moto CD se utiliza un latch paa almacena la secuencia de activación de las bobinas de los dos motoes de paso. El pin 0 del decodificado contola este latch. En este caso las salidas del latch se conectan a una etapa de potencia implementada con tansistoes N paa ealiza la conmutación de los elés y los mosfets que contolan los motoes steppe. Figua 4.14 Conexión de los latches de los motoes de paso con la etapa de potencia Pueto de los sensoes Paa lee las inteupciones solicitadas po los sensoes se utiliza un tansceive el cual se conecta al pueto D del micocontolado, pemitiendo compati este pueto con la memoia RAM. En el caso de los inteuptoes utilizados paa genea las solicitudes de PAUSA y CONTINUAR es necesaio 133

134 utiliza flip-flops que almacenen la solicitud de inteupción hasta que puedan se atendidas esta inteupciones. El tansceive se habilita con el pin 16 del decodificado. Una vez atendida la inteupción de los botones se limpian los flip-flops con el pin C4 del micocontolado. Figua 4.15 Conexión del tansceive con los sensoes y los botones. La figua 4.16 muesta el esquemático final paa el módulo pincipal. 134

135 C4 CAP Y1 0MHz C3 CAP VCC RS3 OUT RS3 IN VCC C1 1uF C 1uF U1 1 40!MCLR/Vpp RB7/PGD 39 3 RA0/AN0 RB6/PGC 38 4 RA1/AN1 RB RA/AN/Vef-/CVREF RB RA3/AN3/Vef+ RB3/PGM 35 7 RA4/T0CKI/C1OUT RB 34 8 RA5/AN4/!SS/COUT RB RE0/!RD/AN5 RB0/INT 3 10 RE1/!W R/AN6 VDD RE/!CS/AN7 VSS 30 1 VDD RD7/PSP VSS RD6/PSP OSC1/CLKI RD5/PSP OSC/CLKO RD4/PSP RC0/T1OSO/T1CKI RC7/RX/DT 5 17 RC1/T1OSI/CCP RC6/TX/CK 4 18 RC/CCP1 RC5/SDO 3 19 RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA 0 RD0/PSP0 RD3/PSP3 1 RD1/PSP1 RD/PSP PIC16F874A U40 I1/CLK I I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 I10 I11 I1 V10 VCC VCC 3 O1 O 1 O3 0 O4 19 O5 18 O6 17 O7 16 O8 15 O9 14 O10 C5 1uF C uF U38 R1IN RIN T1IN TIN C+ C1- C+ C- V+ V- MAX3 Diección del moto CD 1 R1OUT 9 ROUT 14 T1OUT 7 TOUT B0 B1 B B3 B4 B5 B6 B7 B0 B1 B B3 B4 B5 B6 B7 B0 B1 B B3 B4 B5 B6 B7 B0 B1 B B3 B4 B5 B6 B U37 D0 D1 D D3 D4 D5 D6 D7 OC G 74LS373 U37 D0 D1 D D3 D4 D5 D6 D7 OC G 74LS373 U37 D0 D1 D D3 D4 D5 D6 D7 OC G 74LS373 U37 D0 D1 D D3 D4 D5 D6 D7 OC G 74LS373 Q0 5 Q1 6 Q 9 Q3 1 Q4 15 Q5 16 Q6 19 Q7 Q0 5 Q1 6 Q 9 Q3 1 Q4 15 Q5 16 Q6 19 Q7 Q0 5 Q1 6 Q 9 Q3 1 Q4 15 Q5 16 Q6 19 Q7 Q0 5 Q1 6 Q 9 Q3 1 Q4 15 Q5 16 Q6 19 Q7 D0 D1 D D3 D4 D5 D6 D7 STEPPER_X0 STEPPER_X1 STEPPER_X STEPPER_X3 STEPPER_Z0 STEPPER_Z1 STEPPER_Z STEPPER_Z3 A'0 A'1 A' A'3 A'4 A'5 A'6 A'7 A'8 A'9 A'10 A'11 A'1 A'13 A'14 A'15 VCC VCC SW 1 1 A'0 A'1 A' A'3 A'4 A'5 A'6 A'7 A'8 A'9 A'10 A'11 A'1 A'14 A'15 SW TACT-SPST SW 1 RE0 RE1 RE VCC SW TACT-SPST ohm R 330 ohm R Senso U39 A0 DQ0 A1 DQ1 A DQ A3 DQ3 A4 DQ4 A5 DQ5 A6 DQ6 A7 DQ7 A8 A9 A10 A11 A1 A13 A14!OE!W E!CE Vcc Senso CY7C U4A 1 74LS04 D'0 D'1 D' D'3 D'4 D'5 D'6 D'7 VCC 1 3 Vin Vout VCC 1 3 Vin Vout D CLK D CLK U41 A1 A A3 A4 A5 A6 A7 A8 G DIR VCC 4 VCC 4 U45A LS74 R1 1k R1 1k U HDD-1V0 U36 NAUB 5V 5V Q1 MOSFET N Q MOSFET N 5V 5V U46 LM7805 GND CL 1 Q Q PR R1 1k R1 1k R1 1k R1 1k R1 1k 1 1 5V 1 1 5V U HDD-1V0 U36 NAUB U36 NAUB 5V U HDD-1V0 U36 NAUB U36 NAUB Q4 MOSFET N 1 3 MG1 MOTOR STEPPER EJE X 1 3 MG1 MOTOR STEPPER EJE Z CL 1 74LS45 U4A Q Q U44A LS74 1 5V 1 5V U36 NAUB U36 NAUB Q3 MOSFET N U47 LM GND LS04 18 B1 17 B 16 B3 15 B4 14 B5 13 B6 1 B7 11 B8 R1 1k 1 PR 1 5V U HDD-1V0 U36 NAUB Figua 4.16 Esquemático del bloque pincipal Módulo de contol del moto CD El módulo secundaio pemite el contol de velocidad del moto CD utilizando un lazo de egulación. Esta etapa mantiene la velocidad constante a pesa de vaiaciones en la caga y petubaciones ocasionadas po las heamientas de cote del tono. La figua 4.17 muesta el diagama de bloques que descibe el sistema implementado. 135

136 Figua 4.17 Diagama de bloques del sistema. A continuación se desciben las difeentes etapas equeidas paa opea y contola el moto CD del tono CNC Regulado de velocidad El contolado de velocidad está implementado en un micocontolado PIC16F874, el cual pesenta ente sus caacteísticas básicas las que se muestan en la tabla 4.7. Tabla 4-7 Caacteísticas geneales del micocontolado PIC16F874. Caacteísticas Fecuencia de opeación Memoia de Pogama FLASH (14 bits) DC-0MHz 4K Memoia de Datos (8 bits) 19 Memoia EEPROM 18 Inteupciones 14 Puetos de entada y salida A, B, C, D, y E Tempoizadoes 3 Módulos de PWM Convetido Analógico-Digital Set de instucciones 8 canales de entada 35 instucciones 136

137 Senso de velocidad Paa medi la velocidad del moto CD se utiliza un senso inductivo cuya salida está nomalmente en alto. Al aceca, a una distancia elativamente pequeña, algún mateial metálico el senso eacciona y su salida pasa a se ceo. La distancia a que se coloca el mateial metálico depende del tipo del mismo. En la figua 4.19 se muesta la foma en que se colocó este senso. Figua 4.19 Disposición del senso de velocidad en el moto CD. El módulo utilizado paa acopla el senso de velocidad en el moto CD dispone de una ueda metálica con ocho pequeños tonillos distibuidos unifomemente sobe una cicunfeencia. Como se mencionó anteiomente, la distancia debe se bastante cota paa que el senso pueda detecta el mateial, así, ocuen ocho detecciones duante cada evolución del moto. Esto significa que paa obtene fecuencia de otación del moto la salida del senso se debe multiplica po un facto de 1/8. La salida del senso se conecta a un convetido de fecuencia a voltaje LM907, cuya salida esta elacionada con la entada de la siguiente manea: v o v f C R K = cc in 1 1 (4.1) donde: K = ; C 10nF; R = 100KΩ; vcc 1V = 137

138 así: v o = 1 f in 10e 9 100e 3 v o = 0,01 f in (4.) En la figua 4.0 se muesta el compotamiento espeado del convetido de fecuencia a voltaje. Figua 4.0 Cuva teóica del convetido de fecuencia a voltaje. Sin embago, la salida de este convetido no es completamente lineal ante una fecuencia dada, sino que tiene un uido asociado, cuya amplitud depende la fecuencia de entada de acuedo con la ecuación: (4.3) Confome aumenta la fecuencia el izado disminuye. Dado que la fecuencia nominal del moto es cecana a 1700 pm, lo cual equivale a 8,33Hz, se utiliza la ueda con tonillos mencionada anteiomente con el fin de disminui este izado. Se equiee que la entada analógica al micocontolado vaíe de 0 a 5V, po lo cual se intoduce una ganancia de apoximadamente 1,6. Finalmente el voltaje coespondiente a cada fecuencia medida seá equivalente a: v = 0, 019 (4.4) o f in 138

139 Diagama esquemático del sistema de contol En la figua 4.1 se muesta el diagama esquemático del sistema de contol, incluyendo las etapas de medición y potencia. Como se indicó anteiomente, el egulado de velocidad está pogamado en el micocontolado, el cual se explicaá con más detalles posteiomente. 10 Vms 1 10:1 5 D1 4 8 TRANSFORMER DIODE BRIDGE 1V U 10V 1V U40 U43 1V R6 R R7 R D1-1V 1 16 NC Compensation 15 3 GND Vef(-) 14 4 VEE Vef(+) 13 5 Io Vcc 1 6 A1 A A A A3 A6 9 A4 A5 DAC0808 R1 5k 1V 0.1 uf C -1V R1 5k U3 - Vo + LM741 1V R4 0k 1 8 Output Output 3 9 Output 1 Output Vcc GND Input 1 +Input Input 1 -Input Input +Input Input -Input GND Vcc 7 3 TRIGGER DISCHARGE 6 4 OUTPUT THRESHOLD 5 RESET CONTROL LM555 C uf R7 R 3906 Q C8 C R5 DIODE BRIDGE MG MOTOR CD D DIODE C4 CAP Y1 0MHz C3 CAP U1 1 40!MCLR/Vpp RB7/PGD 39 3 RA0/AN0 RB6/PGC 38 4 RA1/AN1 RB RA/AN/Vef-/CVREF RB RA3/AN3/Vef+ RB3/PGM 35 7 RA4/T0CKI/C1OUT RB 34 8 RA5/AN4/!SS/COUT RB RE0/!RD/AN5 RB0/INT 3 10 RE1/!WR/AN6 VDD RE/!CS/AN7 VSS 30 1 VDD RD7/PSP VSS RD6/PSP OSC1/CLKI RD5/PSP OSC/CLKO RD4/PSP RC0/T1OSO/T1CKI RC7/RX/DT 5 17 RC1/T1OSI/CCP RC6/TX/CK 4 18 RC/CCP1 RC5/SDO 3 19 RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA 0 RD0/PSP0 RD3/PSP3 1 RD1/PSP1 RD/PSP PIC16F874A 1 3 0k R4 U3 + Vo - LM741 C7 0.01uF R1 k C6 1uF R3 100k U V LM339 K V R7 Q3 RELAY SPDT N k ISO PS3601 5k Q1 SCR R5 15 ohm C9 0.1 uf LM907 1V U39 LM Vin Vout R 10k GND U39 LM Vin Vout GND U R1IN 11 RIN 10 T1IN TIN 1 R1OUT 9 ROUT 14 T1OUT 7 TOUT PIC pincipal Senso C1 1uF C 1uF C5 1uF 1 3 C+ 4 C1-5 C+ C- 6 V+ V- MAX3 C4 1uF Figua 4.1 Diagama esquemático del sistema de contol, senso y actuado Etapas de potencia Etapa de potencia paa el moto CD de imanes pemanentes Paa contola la velocidad del moto de CD se diseñó un cicuito capaz de contola la velocidad de un moto CD, de 900W, mediante la vaiación del ángulo de dispao. El cicuito consta de las siguientes etapas: sinconización con la ed, geneado de PWM, etapa de acople y etapa de potencia, tal como se muesta en la siguiente figua. El ángulo de dispao, el cual vaía de 0 a 180º, se ajusta usando una efeencia de 0 a 10V. 139

140 Figua 4. Diagama de bloques del sistema. La señal de la ed se ectifica con el fin de entega la máxima potencia al moto CD de modo que este tabaje a una mayo velocidad. La etapa de sinconización pemite que el geneado de PWM tabaje a la misma fecuencia que la señal ectificada de onda completa con la que se alimenta el moto. Paa loga esta sinconización se genean señales de dispao, que contolan el tempoizado 555 de la siguiente etapa, utilizado un detecto de nivel. En la figua 4.3 se muesta el diseño de esta etapa. Figua 4.3 Etapa de sinconización. La señal de salida del geneado de PWM se poduce mediante una señal de ampa y un detecto de nivel. Paa obtene la ampa se emplea un tempoizado 555 funcionando como monoestable, en el cual se sustituye la esistencia de descaga del capacito con una fuente de coiente constante, tal como se obseva en la figua

141 Figua 4.4 Cicuito geneado de señal de ampa 1. El compaado de la figua siguiente tiene como entadas la señal de salida pocedente del geneado de diente de siea y un voltaje de efeencia que vaía de 0 a 10V. Esto pemite obtene una señal cuadada con ciclo de tabajo ajustable, con la cual se modifica el ángulo de dispao de 0 a 180º paa contola el tiisto. Figua 4.5 Compaado paa modula el ancho de pulso. Debido a que la etapa de contol del ángulo de dispao no puede tene la misma efeencia (tiea) que la etapa de potencia que alimenta al moto CD es necesaio incopoa una etapa de acople utilizando un optotiac, tal como se muesta en la figua 4.6. Figua 4.6 Etapa de acople. 141

142 Paa egula la potencia entegada al moto se uso un tiisto de 15A con la configuación que se muesta a continuación. Figua 4.7 Etapa de potencia paa el moto CD. La esistencia de 15KΩ se coloca paa limita la coiente de la compueta del tiisto. Po oto lado se colocaon cicuitos de potección paa el tiisto. Estos son el diodo de odamiento libe, paa que la coiente de descaga del moto cicule a tavés de este, y el cicuito de potección conta los cambios buscos de voltaje, confomado po la esistencia de 15 Ω y el capacito de 100 nf. También se ectificó la señal de la ed, paa obtene el voltaje CD, paa el moto Etapa de potencia paa el moto de pasos paa el eje X La activación de las bobinas paa el moto de pasos del eje X se ealizó utilizando mosfets. En la figua 4.8 se muesta la configuación, en la cual se puede obseva que el mosfet se encaga de cea el cicuito, ealizando la conexión a tiea de las bobinas. 14

143 Figua 4.8 Etapa de potencia paa el moto de pasos del eje X Etapa de potencia paa el moto de pasos paa el eje Z Paa activa las bobinas del eje Z se utilizaon elés de estado sólido. La configuación de esta etapa es muy paecida a la del eje X, peo se usaon elés en luga de contactoes. 143

144 Figua 4.9 Etapa de potencia paa el moto de pasos del eje Z. 144

145 4.5.7 Motoes utilizados Moto CD de imanes pemanentes Moto de imanes pemanentes utilizado paa el movimiento del eje en el que se coloca a pieza o husillo. Este moto tiene una potencia de nominal 1Hp suficiente paa ealiza el gio de las piezas a tabaja, sin poblemas de toque. Ente las caacteísticas más impotantes de este moto están: tensión de opeación de 90V (CD) y una coiente máxima de 9.5A, además posee una estuctua física de constucción muy obusta que lo hace adecuado paa el acople a la máquina del tono. La figua 4.30 muesta un cote tansvesal del moto a utiliza paa el movimiento del husillo. Figua 4.30 PMDC Moto utilizado paa el eje cental del tono Motoes de pasos paa el movimiento de los ejes El moto a utiliza paa el movimiento de los eje x del tono es el sevo moto seie 57BYG, como el que se obseva en la figua Este tipo de moto tiene la capacidad de poduci movimientos otacionales en pasos de 0.9 hasta 145

146 1.8 gados, lo que pemite loga una mayo pecisión a la hoa de fija una coodenada paa posiciona la heamienta del tono. Este moto equiee un voltaje de alimentación de 5.4V. Además es capaz de movese a una alta velocidad peo pesenta bajo toque. Figua 4.31 Moto paso a paso (steppe) paa el movimiento del eje x. Paa el eje Y se utilizó un moto, el cual utiliza una fuente de alimentación que entegue apoximadamente 3,3V y 6A. Las caacteísticas más impotantes de estos motoes se detallan en las hojas de datos incluidas en la sección de anexos Descipción del softwae Softwae a nivel de la PC La pogamación de alto nivel paa la PC está desaollada sobe la platafoma.net.0 paa Micosoft Windows. Este pogama se ejecuta enteamente en la PC y consta de dos componentes pincipales: el compilado y el tansmiso po pueto seie. Ambos están desaollados en el lenguaje C y están unidos en una sola aplicación paa mayo facilidad. A continuación se descibe cada componente. La figua 4.3 pesenta la intefaz pincipal de la aplicación. 146

147 Figua 4.3 Intefaz de usuaio del compilado Compilado La necesidad de un compilado suge de la complejidad de los códigos G y M. Aunque paa un humano estos códigos son bastante simples, no es muy páctico intenta implementalos en un micocontolado, po lo tanto se decidió taduci el pogama escito en códigos G y M a un lenguaje simplificado. Paa una mayo extensibilidad se decidió implementa un compilado paa ealiza esta taducción y así pemiti futuas extensiones que sopoten nuevos códigos G y M o un lenguaje destino distinto. El compilado de códigos G y M tiene 4 etapas que coesponden al análisis léxico, sintáctico, semántico y la taducción Autómatas Los análisis léxico y sintáctico utilizan autómatas paa el econocimiento de los patones de código. Las clases paa la implementación de los autómatas se encuentan en el espacio GMCompile.Automata. La clase pincipal es AutomataBase. Esta clase mantiene un estado actual, ecibe elementos y los compaa con las tansiciones posibles paa detemina el nuevo estado. Finalmente puede indica si el estado actual epesenta un estado final, lo cual indica que el patón que el autómata epesenta concueda con los elementos ecibidos. Los autómatas son definidos mediante DataSets y pueden se agegados o modificados sin cambia la pogamación. 147

148 Análisis léxico Las clases del análisis léxico se encuentan en el espacio GMCompile.Lexical y la clase pincipal es LexicalAnalize. El tabajo de este analizado consiste en agupa la cadena de caactees del código fuente en unidades llamadas Tokens que epesenten un elemento del código. Este analizado ecibe una cadena de caactees y poduce una lista de Tokens. Hay un autómata definido paa cada Token, actualmente se definen EOB, Float e Instuction. EOB epesenta el caácte ; y delimita los bloques GM. Float epesenta númeos e Instuction epesenta una leta que define una instucción GM Análisis sintáctico Las clases del análisis sintáctico se encuentan en el espacio GMCompile.Syntax y la clase pincipal es SyntaxAnalize. Este analizado ecibe una lista de Tokens y poduce una lista de SyntaxBlocks, estos bloques epesentan una seie de instucciones GM delimitadas po un EOB. Cada instucción esta compuesta po un Instuction token y un Float token. Las instucciones no llevan ningún oden ni significado dento del bloque Análisis semántico Las clases del análisis sintáctico se encuentan en el espacio GMCompile.Semantic y la clase pincipal es SemanticAnalize. Este es el último paso antes de la taducción del código. Su función es dale significado a las instucciones encontadas en el análisis sintáctico. La salida consiste en una lista de GMBlocks, cada GMBlock contiene la infomación estuctuada de los códigos GM sopotados. La clase GMBlock ealiza cietas validaciones básicas sobe el bloque, po ejemplo no se pemite especifica el cento del cículo y el adio en un mismo bloque Taducción La taducción es el paso más impotante del poceso y se encaga de taduci los GMBlocks en PICInstuctions. El espacio paa este paso es GMCompile.Tanslato y la clase pincipal es GMTanslato. GMTanslato evisa cada bloque GM y decide que instucciones son equivalentes en el lenguaje destino. La clase pincipal mantiene un egisto de los códigos G modales en efecto paa sabe el tipo de movimiento de cada bloque. También mantiene la posición actual después de cada bloque GM, de esta foma todas las instucciones que se le envían al micocontolado pueden usa coodenadas absolutas. Se debe tene especial cuidado en esta clase al calcula los paámetos de las líneas y cículos paa toma en cuenta los eoes de edondeo. Po ejemplo, en las intepolaciones ciculaes a veces no es posible llega al destino con la 148

149 pecisión del ángulo utilizada, po lo tanto es necesaio un pequeño movimiento lineal al final del cículo paa llega al destino Tansmiso po pueto seie El tansmiso se encaga de envia las instucciones al micocontolado y de pocesa los datos ecibidos. Este módulo se encuenta integado con su intefaz de usuaio en la clase SeialTansmitFom. Esta pantalla consta de dos pates: (1) el tansmiso y ecepto de datos y () el dibujo de la tayectoia de los motoes. La figua 4.33 pesenta la intefaz de usuaio del tansmiso. Figua 4.33 Intefaz de usuaio del tansmiso po pueto seie. Esta intefaz pemite la manipulación del buffe de envío en fomato hexadecimal. Al inicia este buffe contiene las instucciones GM compiladas. No obstante, queda bajo contol del usuaio modifica este buffe paa altea los datos enviados al micocontolado. También se pemite deshabilita el despliegue de los datos ecibidos paa acelea el pocesamiento de la posición de los motoes. 149

150 En la sección de Posición se gafica la posición de los motoes según es epotada po el micocontolado. Actualmente la comunicación del micocontolado hacia la computadoa se encuenta deshabilitada debido a que la comunicación seie es muy lenta paa el movimiento de los motoes Softwae del micocontolado Micocontolado pincipal El micocontolado pincipal se encaga de maneja la comunicación con la PC, almacena y lee el pogama en la memoia RAM, pocesa las instucciones enviadas desde la PC y contola el movimiento de los motoes paso a paso. A continuación se desciben las pincipales áeas y pocedimientos de esta aplicación Inicialización La inicialización del micocontolado hace una pueba geneal del sistema mediante el pocedimiento BootTest. Este pocedimiento enciende todos los LEDs del cicuito po 100ms paa que el usuaio veifique el coecto funcionamiento de todos los latches y conexiones. Teminada esta pueba se utiliza el pocedimiento inicializacion_hadwae paa configua los contadoes (time a 1ms), limpia todos los latches, limpia los apuntadoes de memoia y habilita las inteupciones (del time.) Lazo pincipal El lazo pincipal del pogama comienza justo después de la inicialización y ealiza 4 taeas infinitamente: a. Pocesa la comunicación seie b. Revisa la inteupción de pausa c. Pocesa la instucción actual d. Mueve los motoes paso a paso. La comunicación seie es atendida si se detecta que hay un caácte pendiente en el buffe, cuando lo hay se llama al pocedimiento PocessCOM. Si se detecta una inteupción de pausa se enta en un ciclo de espea hasta que se pesente la inteupción de continua. Si los motoes paso a paso han llegado a su destino y han tanscuido 0 tiempos de movimiento paso a paso se llama a PocessInstuction y SetSteppeMoveTime paa pocesa la instucción actual o caga una nueva de memoia. Finalmente se llama a MoveSteppes si ha expiado un tiempo de movimiento paso a paso. El tiempo de movimiento paso a paso con el que se tabaja actualmente es de 4ms, este tiempo viene dado po la multiplicación del peíodo del time (1ms) po el valo de SteppeMoveTimeLimit (4). La utina de atención a la inteupción del time enciende una bandea cada vez que expia este tiempo paa indica que se deben move los motoes paso a paso. 150

151 Atención al pueto seie El pocedimiento PocessCOM se encaga de ecibi las instucciones po el pueto seie. El fomato del mensaje es bastante simple, cada pogama enviado al micocontolado sobescibe el anteio (aunque no haya teminado), y un mensaje consta de una palaba (16 bits) que indica el lago del pogama (sin inclui esta palaba de encabezado), seguida de los bytes del pogama Pocesamiento de las instucciones Cada 0 movimientos de los motoes, y si los motoes han llegado a su posición final, se ejecuta el pocedimiento PocessInstuction. Este pocedimiento se encaga de avanza el paámeto de tiempo vitual de la instucción actual o caga una nueva instucción, en el caso de que el tiempo vitual haya llegado a su máximo. Cada instucción de movimiento posee un paámeto de tiempo vitual, el cual indica donde deben esta los motoes paso a paso paa cada tiempo. Po ejemplo, al taduci el código de movimientos lineales GM se genea la ecuación de una ecta (X = mt + b) donde paa T=0 la ecuación da la posición donde se encuentan los motoes al final de la instucción anteio. Esta ecuación tiene entonces un T Max donde los motoes se encuentan en el destino deseado. Paa intepolaciones ciculaes aplica un concepto simila donde T aumenta el agumento angula de una función senoidal. Una vez aumentado el tiempo o cagada la instucción se llama a un pocedimiento paticula paa cada instucción donde se calcula la posición de los motoes paso a paso paa ese tiempo Movimiento de los motoes paso a paso El movimiento de los motoes paso a paso lo ealiza el pocedimiento MoveSteppes. Este pocedimiento decide paa cada uno de los 0 tiempos de movimiento si es necesaio move cada moto. El pocedimiento SetSteppeMoveTime se encaga de distibui los movimientos necesaios paa llega al destino en los 0 movimientos posibles, de esta foma se agega fluidez al movimiento de los motoes Softwae paa el contol del moto CD Paa maneja la velocidad del moto CD se utiliza un lazo de egulación, el cual implica un egulado tipo PI (popocional-integal). Dicho contol esta implementado en un micocontolado 16F874 utilizando el leguaje PICC. Tanto la obtención del modelo de la planta como el cálculo del compensado se encuentan en los apéndices. A pati del compensado calculado se obtiene una ecuación de difeencias (ve el apéndice). Esta ecuación pemite la implementación de un egulado PI usando un micocontolado. 151

152 Resultados En este capítulo, más que pesenta tablas o gáficas de esultados se haá una beve explicación de la pueba que se petendía usa en la demostación. Esto se detallaá a continuación Pueba ealizada Paa compoba el funcionamiento de todo el sistema se compiló y ejecutó el siguiente código GM: G8 S0; G01 X5 Z0 S50; G0 R5 X5 Z10; G01 X10 Z10; X.4 Z60.6; X10.6 Z43.8; G0 R1.8 X7.7 Z45.9; G01 X8.7 Z50.; X5. Z48.3; G0 R1.9 X.8 Z50.9; G01 X7 Z9; X3.8 Z85.1 S100; G0 R41.4 X3.3 Z50.7; G01 X44.8 Z10; X49.8 Z10; G0 R5 X49.8 Z0 S0; Este código dibuja la figua 4.34 incluida a continuación: 15

153 Figua 4.34 Figua de pueba. Esta figua en ealidad no tiene sentido paa un tono ya que la pieza gia constantemente, sin embago se escogió así paa demosta el contol sobe el movimiento de los motoes y la compilación del código GM. Paa compoba los esultados se hizo que los motoes epotaan su posición en cada movimiento. Aunque esto no puede ealizase siempe poque degada el movimiento de los motoes, se pudo compoba que los motoes siguen la figua diseñada y la dibujan coectamente. La pueba po lo tanto se considea exitosa Poblemas encontados 5. Paa alimenta los motoes de paso y el cicuito de contol se utilizó un fuente switching de las que se usan en las computadoas. El moto que mueve el eje z consume 6A cuando se encuenta bloqueado, mientas que el del eje x consume 1,5A. Cuando ambos motoes se mantenían en opeación se alteaba mucho el compotamiento del cicuito, pues el consumo de coiente exigido po los motoes povocaba una pédida de apoximadamente 1V en el voltaje de alimentación. Po ello cada moto fue alimentado con fuente independiente aunque su desempeño quedó dudoso. 6. No fue posible move los motoes paso a paso con dos bobinas ya que la fuente no da suficiente coiente, con dos bobinas los motoes se mueven más ápido y con más fueza. 7. La gan cantidad de coiente pedida po los motoes paso a paso (aun paa el pequeño del eje X) hace que la caída de tensión en el cable de tiea sea consideable. 8. Los cicuitos de contol de ejecución y contol de velocidad del moto CD se implementaon en potoboad distintas, debido al poblema anteio, el moto CD se compotaba de manea inestable mientas los motoes de pasos se mantenían en opeación. 153

154 9. Dadas las caacteísticas del moto paso a paso del eje z este se mueve muy lento, paa la aplicación. La velocidad mejoó un poco al elimina los diodos de odamiento libe que estaban conectados a cada bobina. 10. La comunicación po pueto seie es muy lenta en compaación con la velocidad con que deben movese los motoes paso a paso po lo que epota la posición paa cada movimiento degada el movimiento de los motoes. 11. Los sensoes utilizados paa detecta las posiciones de Home y Tope no tienen un espacio paa se montados. Povisionalmente estos fueon sujetados a las piezas de la estuctua, lo cual ea inestable y poco peciso. 1. Como se mencionó anteiomente, paa la etapa de potencia del moto CD se estaba utilizando un dive, el cual equeía algunas señales de contol digitales y un voltaje de efeencia aislado. Duante las puebas iniciales, donde sólo se incluía la pate de contol del moto CD no se pesentaon poblemas, a pesa de no aisla el voltaje de efeencia del cicuito de contol; sin embago, al monta el sistema de contol completo el dive sufió un daño en una de las pistas de la pate de contol del mismo. Aunque esto pudo epaase, al intenta conecta de nuevo el dive este se compotaba de manea inestable. Po ello, se sustituyó este dive po una etapa de potencia implementada con un tiisto, que po el momento solo pemite al moto gia en sentido hoaio. No fue posible implementa el cambio de sentido de gio. Aunque se intentó monta un Puente H con tiistoes, estos se quemaban al ealiza las puebas con cagas esistivas. 13. Paa el contol de velocidad del moto CD se utilizó un egulado PI, que fue implementado digitalmente. En la etapa de medición de la velocidad se usa un convetido de fecuencia a voltaje, cuya salida tiene un izado invesamente popocional a la fecuencia, puesto que el moto tabaja a fecuencias no supeioes a los 8,11Hz el uido a la salida del senso ea notoio; paa elimina esto simplemente se acopló una ueda con 8 tonillo que pemite multiplica el númeo de detecciones que ealiza el senso duante cada evolución del moto. 14. Al ealiza el egulado digital se olvidó escala algunas vaiables lo que povocaba que el sistema fuea inestable. Lo mismo sucedió se envió a un pueto de 8 bits el dato de salida en fomato float 154

155 5 RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES 5.1 Recomendaciones mecánicas 1. Aplica una capa de anticoosivo ente las uniones de AISI 100 y 6061 Alloy.. Cooboa que el ensamblaje de las piezas cumpla con las toleancias y excenticidades especificadas. 5. Conclusiones 1. Los pocentajes de eo obtenidos de las puebas de simulación especto de los cálculos analíticos fueon menoes a un 10 %. Po lo tanto, son lo suficientemente cecanos a la ealidad.. Se obtuvo que paa las puebas de desplazamientos todos los pocentajes de eo fueon menoes a un 18 %. Esto poque paa estas puebas fue necesaio intega vaios esultados pevios. Po lo cual estos valoes se considean aceptables. 3. Se deteminó que las fecuencias natuales del conjunto eje shock se pesentan cuando la velocidad angula es de alededo de 595 ad /s, ad/ s y ad /s (estos son valoes estimados obtenidos de la gáfica del pogama). 4. Se deteminó que paa evita coosión ente los dos mateiales utilizados (AISI 100 y 6061 Alloy) se equiee al menos una capa de anticoosivo. 5.3 Recomendaciones electónicas 1. Seía útil implementa un mejo manejo de eoes en la compilación de los códigos GM paa pemiti un poceso de depuación del pogama más simple.. Es necesaio consegui una fuente adecuada paa los motoes paso a paso. Una fuente de 5V y 0A aislada de la fuente de contol debeía se suficiente. 3. Una vez conseguida la nueva fuente se deben hace puebas con los motoes utilizando dos bobinas a la vez paa detemina si se puede mejoa la velocidad. 4. Paa pemiti un epote constante de la posición de los motoes se ecomienda agega un micocontolado que se ocupe únicamente de la 155

156 comunicación seie, de esta foma envia infomación del pogeso no afectaía el movimiento de la máquina. 5. Seía ecomendable aisla la fuente del moto del eje X, (po ejemplo, utilizando optoacopladoes) paa evita la caída de tensión en el cable de tiea de la etapa de contol. 6. Acopla mecánicamente los sensoes a la estuctua del tono paa asegua una posición estable y definitiva. 7. Se debe implementa un puente H que pemita cambia el sentido de gio al moto CD, pues actualmente solo gia en sentido hoaio 156

157 6 Apotes y Alcances Ante los cambios sociales, económicos y tecnológicos que actualmente enfente el país, poducto de los pocesos mundiales de globalización y de desaollo de la tecnología, es conveniente que el ITCR cuente con dispositivos geneados po la innovación de los pofesoes y/o estudiantes. Es así como nace el poyecto de investigación denominado ceación y constucción de un tono de contol numéico. Las piezas utilizadas paa la constucción del tono de contol numéico, en ocasiones fueon compadas y otas ocasiones fueon utilizadas piezas donadas po empesas, piezas que en la empesa oiginal no cumplían a cabalidad con la función paa lo cual fueon ceadas. Es así como se loga disminui sustancialmente los costos de constucción del tono, lo cuál se considea una ventaja competitiva en el mecado, dado que los tonos didácticos que actualmente se encuentan en el mecado exceden en vaios miles de dólaes el tono ealizado, cumpliendo así con uno de los objetivos del poyecto de investigación. Otos de los aspectos tascendentales del poyecto es la intevención de tes escuelas difeentes en la ealización de un poyecto de investigación fomando así un equipo intedisciplinaio. Como esultado de la integación de este equipo multidisciplinaio y la necesidad de cumpli con las expectativas del mecado nacional en la fomación de nuevos pofesionales capaces de satisface las necesidades de las empesas nacionales e intenacionales, se plantea la inquietud de popone una nueva caea igualmente intedisciplinaia la cuál se llamaá mecatónica. La difusión de esta inquietud fue a tavés de III Congeso Institucional del Instituto Tecnológico de Costa Rica denominada: Modelo paa la ceación de caeas intedisciplinaias. En la ponencia se pesentan las ventajas económicas y sociales que tendía la institución con esta caea. Además epesentan las esponsabilidades de los depatamentos involucados en la ceación de la caea. La pesentación de la ponencia llena oto de los objetivos del poyecto de investigación es pode intega en un poyecto de investigación, donde, ingenieos de difeentes escuelas puedan tabaja como un gupo intedisciplinaio, y además incusiona en el áea de la mecatónica. Ente las actividades que se geneaon dento de esta investigación se puede menciona la exposición de este poyecto en la Feia de Ciencia y Tecnología 157

158 que ealiza la institución anualmente. El mismo causó gan atacción ente los pesentes en la exposición. Además de ello cabe esalta el valioso tabajo que fue ealizado po los estudiantes, los cuales fueon uno de los apoyo de este poyecto en lo que se efiee dibujo de pieza y ensamble de piezas electónicas. Se ecomienda continua en la investigación y el desaollo de nuevos tonos de contol numéico paa mejoa el diseño del tono actual y supea los inconvenientes que el mismo dio en su poceso constuctivo. Además es impotante ecalca que la investigación es la base del conocimiento, de esta manea, ente más se investigue podemos desaolla máquinas que compitan exitosamente en el mecado nacional o bien univesitaio como fue el caso de este poyecto. 158

159 7 BIBLIOGRAFIA Altintas, Y., "Manufactuing Automation: Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibations, and CNC Design", Cambidge Univesity Pess. (000). Buce, L.W., E.R. Keith, "Active vibation contol of machining via dynamic absobes", Poceedings of the NSF Design and Manufactuing Gantees Confeence. (1996). Dold, G.R., "Design of a micopocesso-based adptive contol system fo active vibation compensation using PMN actuatos", M.S. Technical Repot, Institute fo Systems Reseach. (1996). Gantham, W., T. Vincent, "Moden Contol Systems, Analysis and Design", J.W.&Sons, Inc. (1993). Hood, A. "Contol system fo active vibation contol of a tuning pocess using PMN actuatos", M.S. Technical Repot, Institute fo Systems Reseach. (1996). Liu, D., "Vibation abatement in a tuning pocess via application of an actively contolled tool holde", Ph. D. Thesis, Michigan Technological Univesity. (1998). Matsubaa, T., H. Yamamoto, H. Mizumoto, "Chatte suppession by using piezoelectic active dampe", The 1th Biennial Conf. on Mechanical Vibation and Noise. Monteal, Quebec, Canada (1989). Tewani, S., et al, "Active contol of machine tool chatte fo a boing ba: expeimental esults", The 14th Biennial Conf. on Vibation and Noise. Albuqueque. (1993) Zamoa, E., et al, "Implantación de una metodología de contol de vibaciones", XII Congeso de Máquinas-Heamienta y Tecnologías de Fabicación, San Sebastián, España. (000a). Zamoa, E., et al, "Adaptive vibation contol of machining via PZT tanslato", ASME, 6th Biennal Symposium on Active Contol of Vibation and Noise. (000b) Zamoa, E., J. Albizui, M.H. Fenandes, "Caacteización dinámica de máquinas heamienta y diseño de un sistema de educción de vibaciones", Memoias del V Congeso Ibeoameicano de Ingenieía Mecánica, Méida, Venezuela. (001). Zamoa, E., et al, "Application of adaptive contol fo vibation eduction in machining pocess using a piezoelectic actuato", Intenational Scientific Book, ISBN: , Austia. (00). Sitios de inteés de la fima The Goodyea Company:

160 Sitios de inteés de la fima Bando Ameican: Sitio WEB de la fima Habasit ABT, Inc.: Sitios WEB en Intenet de Rube Manufactues Association: Sitios de intees de la fima Optibelt C3%B3nMov95.doc Chapman, S. Máquinas elécticas. Santa Fe de Bogotá; Colombia. Editoial McGaw-Hill.000 Gofton, P. Masteing Seial Comm.unication. San Fancisco: SYBEX. Sin fecha. Inteiano, Eduado. Contolando un sistema témico. << einteiano/contol/ TabajosMatlab>>. Kuo, Benjamin C.. Sistemas de Contol Automático, Sétima edición. Pentice Hall, 1996, México. Pacific Scientific 1/8 1HP 90V-1750RPM Data Sheet PIC16F87X datasheet. 57BYG070 datasheet. << wok.asp >> << << << < so.htm> > << 1 Chapman, S. Máquinas elécticas. Santa Fe de Bogotá; Colombia. Editoial McGaw-Hill.000 Gofton, P. Masteing Seial Comm.unication. San Fancisco: SYBEX. Sin fecha. 160

161 3 Inteiano, Eduado. Contolando un sistema témico. << einteiano/contol/ TabajosMatlab>>. 4 Kuo, Benjamin C.. Sistemas de Contol Automático, Sétima edición. Pentice Hall, 1996, México. 5 Pacific Scientific 1/8 1HP 90V-1750RPM Data Sheet 6 PIC16F87X datasheet. 7 57BYG070 datasheet. Diecciones de intenet consultadas 8 << FAQ_s3_connections_ wok.asp >> 9 << 10 << 11 << 1 < aso.htm> > 13 << 161

162 8 Apéndices A.1 Glosaio, abeviatuas y simbología 1. ADC: Convetido Analógico Digital. CNC: Contol Numéico Computaizado 3. Contol numéico computaizado: metodología de contol capaz de gobena el movimiento exacto de una o vaias piezas de una máquina heamienta de foma automática. 4. Códigos G y M: estánda paa la pogamación de máquinas de contol numéico. 5. El sistema absoluto (G90): comanda la secuencia de la heamienta desde su posición inicial a su punto final y la diección de su movimiento. 6. El sistema incemental (G91): comanda las coodenadas de la posición final en el sistema de coodenadas peviamente establecido y la diección de su movimiento. 7. Husillo: tonillo acoplado al eje del moto PMCD donde se coloca la pieza a tabaja. El Husillo gia con la pieza paa dale la foma con la heamienta. 8. Micochip: Empesa dedicada al diseño y fabicación de micocontoladoes y semiconductoes analógicos. 9. PMCD Moto: Moto de coiente diecta con imanes pemanentes. 10. PWM: Pulse Width Modulation: Modulación de ancho de pulso, utilizada paa vaia el ciclo de tabajo de un dispositivo. En este caso paticula, paa vaia la velocidad o posición de motoes. 11. RPM: Revoluciones Po Minuto, medida utilizada paa descibi la velocidad de otación de un objeto. 1. Tono: Máquina que po medio de un mecanismo eléctico o mecánico o bien una combinación de ambos, hace que algo gie sobe sí mismo, en un eje vetical u hoizontal, con el fin de dale una foma simética al eje de 16

163 otación del mateial. 13. Tono CNC: tono automatizado que opea con instucciones del contol numéico computaizado, las cuales son declaada po un opeaio o el diseñado de la pieza a ealiza. 14. Toquel: Instumento análogo de mayoes dimensiones, que se emplea paa el estampado de piezas metálicas. Instumento o máquina con bodes cotantes paa ecota con pecisión planchas, catones, cueos, etc. 15. TTL: Tansito-Tansisto-Logic, utiliza voltajes de activación de 0-0.9V paa un ceo lógico y de.4-5v paa un uno lógico. 163

164 A. Set de instucciones definidas paa el tono de contol numéico A..1 Tipos de datos Las difeentes instucciones del mico utilizan paámetos que equieen distintas esoluciones, po lo tanto se definieon tipos de datos que indican el tamaño de cada paámeto. De esta foma si se necesita aumenta la pecisión en los movimientos solo se debe edefini el tipo de datos paa las posiciones, paa cambia la pecisión de la velocidad de gio el tipo de datos TSpeed, etc. A continuación se indican los tipos de datos definidos y su tamaño. Tabla A..1 Tipos de datos del set de instucciones del mico. Tipo de datos Tamaño (bytes) Descipción TPosition TTime 1 TAngle TSpeed Repesenta posiciones en los ejes X y Z. Solo tiene númeos positivos. Intevalos de tiempo. No se elaciona diectamente con tiempo eal (segundos) sino es un tiempo vitual dento del mico. Repesenta ángulos paa los movimientos ciculaes, detemina la pecisión con la que se calculan las funciones tigonométicas. Repesenta velocidades de gio de la pieza. Utiliza complemento a dos paa valoes negativos. El ango válido de valoes es -55 a

165 A.. Instucciones Según lo acodado, el set de instucciones del mico (aquellas que genea el compilado y que son enviadas al mico) son las siguientes. GoHome 1 Código: 0x00 Paámetos: Ninguno. 3 Descipción: Envía la heamienta a la posición de home. No tiene tiempo definido, lo hace lo más ápido posible. Debe utiliza los sensoes de home paa detecta cuando se deben detene los motoes paso a paso. GoLinea 3 Código: 0x01 4 Paámetos o M X : [TPosition] Pendiente paa la coodenada X. o B X : [TPosition] Coodenada inicial paa X. o M Z : [TPosition] Pendiente paa la coodenada Z. o B Z : [TPosition] Coodenada inicial paa Z. o T Max : [TTime] Tiempo en el que temina el movimiento. 5 Descipción: Realiza un movimiento lineal de la heamienta definido po las siguientes ecuaciones: X Z ( t) = M X t + B ( t) = M Z t + BZ Donde 0 t T Max. El movimiento en X y Z debe esta sinconizado paa el mismo t. Paa el caso de líneas ectas en X o Z la pendiente (M) de la coodenada estática debe se ceo y el B debe se la coodenada estática. X 165

166 GoCicleCW y GoCicleCCW 6 Código: 0x0 (CW) y 0x03 (CCW) 7 Paámetos o R: [TPosition] Radio del cículo. o X 0 : [TPosition] Cento del cículo en X. o Z 0 : [TPosition] Cento del cículo en Z. o Angle 0 : [TAngle] Ángulo inical. o Angle Max : [TAngle] Ángulo final del movimiento. 8 Descipción: Realiza un movimiento cicula de la heamienta definido po las siguientes ecuaciones: X Z ( t) = R cos( t) + X ( t) = R sin( t) + Z 0 Donde paa GoCicleCCW Angle 0 t Angle Max y paa GoCicleCW se inviete la diección. El movimiento en X y Z debe esta sinconizado paa el mismo t. 0 Spin 9 Código: 0x04 10 Paámetos o Speed: [TSpeed] Velocidad de gio, negativos en complemento a dos. 11 Descipción: Indica la velocidad de gio de la pieza. Puede indica pao de gio con una velocidad de ceo. Velocidades positivas indican gio en sentido hoaio, velocidades negativas (en complemento a dos) indican gio antihoaio. 166

167 Pause 1 Código: 0x05 13 Paámetos: Ninguno. 14 Descipción: Pausa el pocesamiento de instucciones hasta que el usuaio indique que desea continua o cancela. End 15 Código: 0x06 16 Paámetos: Ninguno. 17 Descipción: Indica el final del pogama. A.3 Manual de Usuaio A.3.1 Instalación La aplicación en si no equiee instalación, basta con copia el achivo GMCompile.exe a cualquie capeta del disco duo y ejecutala. Sin embago, debido a que utiliza la platafoma.net es necesaio que esté instalado el.net Famewok.0 de Micosoft en la computadoa donde se desea ejecuta la aplicación. Este paquete puede se bajado de foma gatuita desde el sitio mide apoximadamente 0Mb. A.3. Instucciones geneales de uso La aplicación está diseñada paa se muy sencilla de utiliza. El uso común de la aplicación es abi un achivo con código GM, compilalo y envialo po pueto seie. Segui esta secuencia no debeía pesenta poblema siempe y cuando todos los factoes extenos (código GM y comunicación seie) se encuenten en buen estado. 167

168 A.3.3 Pantalla pincipal La pantalla pincipal de la aplicación se pesenta en la figua A.3.. Figua A.3.1 Intefaz de usuaio del compilado. La sección denominada Código fuente coesponde al código GM que ha de se compilado. La sección denominada Instucciones pesenta las instucciones de bajo nivel que esultan de la compilación del código fuente. A Manejo de achivos La aplicación povee un manejo de achivos básico paa facilita la entada del código GM. Además de pode digita el código GM se pemite caga el código de un achivo, guada cambios al achivo y guada cambios a un achivo distinto. Esto pemite utiliza el código GM diseñado y veificado con 168

169 ota aplicación paa se compilado y enviado al tono. Además pemite cea achivos de pueba que se pueden caga luego. Todas estas opciones son accesibles desde el menú de Achivo. A.3.3. Compilación del pogama La compilación del pogama se ealiza mediante el botón Compila ->. El manejo de eoes de compilación es muy limitado, cualquie eo en el código GM detiene la compilación y muesta el eo en pantalla. Actualmente no se indica en que línea del código fuente se podujo el eo po lo que en caso de duda es ecomendable guada el achivo y comenza a elimina pedazos del pogama paa ve cual poduce el fallo. Las tablas A.3. y A.3.3 pesentan los códigos GM actualmente sopotados. Tabla A.3.1 Códigos de movimiento sopotados. Código G00 G01 G0 G03 G8 Descipción Movimiento lineal ápido a un punto. Movimiento lineal a un punto. Movimiento cicula hoaio. Movimiento cicula anti-hoaio. Regesa a ceo máquina. Tabla A.3. Códigos de contol sopotados. Código G90 G91 M00 Descipción Modo de posicionamiento absoluto. Modo de posicionamiento elativo. Pausa del pogama. 169

170 M0 Fin del pogama. La aplicación es fácilmente extensible paa sopota nuevos códigos GM po lo que estas tablas pueden queda desactualizadas en un futuo, si se tiene duda especto al sopote de un código GM en paticula se ecomienda cea un pogama de pueba que utilice este código e intenta compilalo, la aplicación epotaá un eo si el código no es sopotado. A Envío po pueto seie El llamado de la pantalla de envío de datos po el pueto seie se puede ealiza de dos maneas. Po el menú de Pueto seie Diagnóstico se llama a la pantalla con un buffe de envío vacío paa poba la comunicación seie. Po el menú de Pueto seie Envia código o po el botón de Envia se abe la pantalla con el pogama compilado en el buffe de envío. Esta última opción es la que se utiliza egulamente. A.3.4 Pantalla de envío de pogama Esta pantalla pemite el envío y ecepción de datos po el pueto seie. La figua A.3.3 pesenta esta pantalla. 170

171 Figua A.3. Intefaz del tansmiso po pueto seie. Cada sección de la pantalla es descita a continuación. A Manejo del pueto Al inicia la pantalla, esta tata de toma contol del pueto seie y comienza a ecibi datos. Es posible libea el pueto seie mediante el menú Pueto Cea y se puede etoma contol mediante el menú Pueto Abi. Esto es necesaio si se desea usa alguna heamienta extena paa contola el pueto seie mientas está abieta la ventana. A.3.4. Buffe de envío El buffe de envío utiliza un fomato hexadecimal y agupa los datos en bytes de 8 bits. Los espacios y cambios de línea son opcionales paa ayuda a la legibilidad peo no afectan los datos enviados. Usualmente este buffe contiene el código compilado listo paa se enviado al tono. Es posible altea este código de foma manual po motivos de 171