Práctica #4: Maquinado en Torno de Control Numérico (CNC)

Transcripción

1 Escuela de Ingeniería División de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica Laboratorio de Procesos de Manufactura MARCO TEORICO Práctica #4: Maquinado en Torno de Control Numérico (CNC) El control numérico, aplicado a máquinas-herramientas y otros equipos, es versátil en cuanto a que se puede utilizar para una amplia variedad de procesos y en componentes de características que varían considerablemente. Es flexible, porque mientras se puede emplear para altas cantidades de producción, es de gran valor en la producción de lotes pequeños y medianos de componentes, ya que casi se elimina la necesidad de montajes y accesorios que representan costos muy altos. La computadora es una herramienta poderosa en la preparación de programas para control numérico (CN), ya que estas son capaces de generar gráficas de la simulación efectuada en el programa, por tanto, resulta de gran valor para aprovechar todo el potencial de una máquinaherramienta. Estos controles reciben el nombre de computarizados, por ello sus siglas en inglés: CNC. La aplicación del CNC a una máquina-herramienta hace posible que las funciones usualmente realizadas por un operador en situaciones convencionales las realice el sistema de CNC. Estas funciones se pueden separar en dos grupos. 1. Función primaria: Es el desplazamiento de los carros porta herramienta de la máquina para mantener una relación entre la herramienta de corte y la pieza de trabajo que resultará en la forma geométrica deseada del componente con el grado de precisión que se busca. 2. Función secundaria: Las funciones de apoyo que son necesarias para la operación normal de la máquina. Ejemplos comunes de funciones secundarias son los siguientes: a) Husillo, arrancar/parar/reversa. b) Fluido de corte, encendido/apagado. c) Velocidad del Husillo seleccionada. d) Velocidad de avance deseada para carros. e) Dividir/girar mesa circular. f) Cambiar herramientas de corte. Las máquinas herramienta de control numérico cuentan con un panel de control. Este panel funciona como interface entre la máquina y el usuario, y a través de él se introduce el programa de control numérico. Este programa es un conjunto de instrucciones que son convertidas en Laboratorio de Procesos de Fabricación 1/15

2 órdenes (voltajes) que accionan mediante la tarjeta de control el movimiento de los carros. La secuencia del programa sigue una lógica que va de acuerdo a la operación que se desea realizar y a la herramienta de corte disponible para ello. El desplazamiento de la herramienta produce superficies maquinadas. El conjunto de superficies constituye la pieza maquinada. El control del proceso de maquinado se representa gráficamente en el siguiente esquema (Figura 1): Figura 1: Esquema básico del proceso de control de una máquina herramienta CNC. De las anteriores afirmaciones podemos concluir que el control numérico es un lenguaje de manufactura. La estructura del lenguaje y su semántica se han definido de acuerdo a la generación tradicional de superficies maquinadas utilizando máquinas convencionales. Lenguaje de programación Los pasos a seguir para la programación en control numérico son similares a aquellos establecidos en la manufactura. 1) Entendimiento del dibujo de definición de pieza, el cual debe contener: a) Información dimensional. b) Tolerancias dimensionales y de forma permitidas. c) Acabado superficial de la pieza. d) Material de la pieza. Lo anterior se representa más claramente en el esquema de la Figura 2: Laboratorio de Procesos de Fabricación 2/15

3 Figura 2: Flujo de información desde el dibujo constructivo hasta la pieza terminada. Del análisis de este dibujo el programador obtiene el conjunto de superficies que van a ser maquinadas, las dimensiones de la pieza en bruto y las herramientas de corte que van a utilizarse en el proceso. 2) Una vez conocidos los elementos de la operación, que incluyen entre otros datos los siguientes: a) El conjunto de superficies a maquinar en el proceso. b) Las herramientas de corte. c) Los parámetros de corte 1. d) Las dimensiones de la pieza en bruto. e) Las dimensiones y tolerancias de la pieza terminada. Una vez dados los parámetros se puede proceder a escribir el programa de control numérico. 3) Al generar el programa de control numérico es necesario introducirlo a la memoria de la máquina. 4) Cuando la introducción del programa ha terminado, la manufactura de la pieza puede iniciar. Las herramientas deben estar colocadas en sus posiciones respectivas y haber sido calibradas. Antes de definir el cero de pieza se gira la herramienta para ver si esta correctamente instalada, para lo que se utiliza una función específica de la máquina (típicamente un M03 S1000). 1 Los parámetros de corte se pueden encontrar en los catálogos electrónicos de las siguientes paginas: o Laboratorio de Procesos de Fabricación 3/15

4 Cuando la posición a la que la herramienta ha de desplazarse ha sido programada, el sistema CNC mueve la herramienta a esta posición utilizando las coordenadas contenidas en los vocablos dimensionales del bloque. Para la máquina específica que estamos estudiando, se definen tres tipos diferentes de sistemas coordenados: a) El sistema coordenado de la máquina. b) El sistema coordenada de trabajo. c) El sistema coordenado de referencia. Sistema de coordenada máquina El origen de este sistema se conoce como cero máquina. El sistema coordenado de la máquina se establece cuando se enciende ésta y la herramienta es llevada al punto de referencia. Sistema de coordenadas de Referencia Cuando la máquina es encendida la operación de llevar la máquina a su punto de referencia es la primera tarea que debe ejecutarse. Una vez que este punto es alcanzado el sistema de referencia de la máquina es establecido. Sistema de Coordenadas de trabajo Establecemos nuestro sistema coordenado de trabajo utilizando la función G54 a partir del punto de referencia que vamos a definir. En la máquina Millitronics se define el cero de pieza en cada uno de los ejes (X, Y, Z) a partir de que la herramienta entre en contacto con la pieza en cada eje, dicha información se almacena en el sistema de coordenadas del CN. Laboratorio de Procesos de Fabricación 4/15

5 Figura 3: Proceso de comunicación entre el generador de programas de CN y el controlador de la máquina herramienta. Procedimiento de Fabricación Finalmente, antes de empezar a trabajar en el maquinado se monta la pieza y se efectúa el siguiente procedimiento: a) Se coloca la pieza de trabajo en el husillo de la máquina y se sujeta utilizando cualquiera de los dispositivos de sujeción disponibles. b) Se pone a girar la pieza de trabajo utilizando el modo (MDI) de programación. c) Se desplaza la herramienta de corte hasta que roce una de las superficies perpendiculares a uno de los ejes coordenados. En ese momento la posición del eje de la herramienta a lo largo del eje considerado queda establecido. d) Se extrae el programa generado (típicamente del Software Work NC) y con la ayuda de un diskette de 3 ½ se pasa la información al procesador CNC, como se muestra en la Figura 3: e) Finalmente se comienza a efectuar el maquinado. Ejemplos de piezas que pueden ser fabricadas en Control Numérico (Figura 4 y Figura 5): Laboratorio de Procesos de Fabricación 5/15

6 Figura 4: Ejemplos de modelo de CNC para el fresado de piezas complejas con superficies esculpidas. Figura 5: Ejemplos de partes torneadas con CNC. Laboratorio de Procesos de Fabricación 6/15

7 OBJETIVOS Campus Monterrey 1) El alumno comprenderá las normas de seguridad específicas aplicables a la práctica. 2) El alumno conocerá los diferentes tipos de sujeción de herramienta para husillos de máquinas modernas, la geometría del filo de insertos de WC y algunos principios de desgaste de herramienta. 3) El alumno conocerá las máquinas herramientas de control numérico básicas incluyendo tornos y centros de maquinado (fresadoras). 4) El alumno comprenderá la operación básica del torno de control numérico y comprenderá la correspondencia entre los parámetros de del proceso y la programación de la máquina (velocidad, avance y profundidad de corte). 5) El alumno utilizará un torno de control numérico para fabricar una pieza sencilla a partir de barra. 6) El alumno utilizará los instrumentos de medición convencionales (escala, vernier y micrómetro) para determinar las dimensiones de la pieza que fabricó. SEGURIDAD Para utilizar los instrumentos básicos de medición durante esta práctica es necesario que se adopten los siguientes cuidados: ATENCIÓN! MOTIVO No aplicar esfuerzo excesivo al instrumento de medición. Limpiar la pieza y superficie del área de contacto del instrumento con la pieza. Mantener limpio en todo momento el instrumento que se ha utilizado. Las herramientas de medición no se deben de dejar sobre superficies donde se halla viruta, grasa o cualquier otra suciedad. Esto podría provocar una deformación permanente en el instrumento. Lograr una medición correcta. No perder la calibración y así no perder la precisión del instrumento. Esto podría provocar daño permanente en el instrumento. Para utilizar las máquinas herramienta del laboratorio es obligatorio atender los siguientes cuidados: ATENCIÓN! MOTIVO Usar siempre lentes o gafas de seguridad al manejar cualquier maquina. Nunca use el cabello suelto, ropas holgadas, anillos o relojes al manejar cualquier tipo de máquina. El riesgo de que una viruta salte y dañe un ojo permanentemente es muy real y además es alto. Los elementos giratorios de la maquinaria pueden atrapar sus ropas o joyas y casarle un gran daño físico. Laboratorio de Procesos de Fabricación 7/15

8 ATENCIÓN! MOTIVO Conserve el piso limpio alrededor de la máquina, sin virutas, aceite y fluido de corte. Es fácil resbalar o tropezar causando un accidente grave innecesariamente. Durante la operación de las máquinas herramienta deberá siempre seguir los procedimientos siguientes: ATENCIÓN! MOTIVO Nunca intente manejar una máquina herramienta hasta que este familiarizada con su funcionamiento. No se incline sobre las máquinas. Manténgase siempre recto, procurando que su cara y ojos queden alejados de las virutas que salen volando. Nunca intente montar, medir o ajustar la pieza hasta que la máquina se haya detenido por completo. En todo instante mantenga las manos, las brochas y los trapos lejos de las partes móviles de la máquina herramienta. Antes de realizar un corte, asegúrese de que la pieza y la herramienta estén montadas de forma correcta y asegurados con firmeza. Todo trabajo que se realice en una máquina herramienta debe estar firmemente sujeto ya sea con prensa, grapas o cualquier otro dispositivo de sujeción; nunca trate de sujetar las piezas con las manos. Nunca deje llaves o accesorios montada en mecanismos que van a girar. Use siempre una brocha para retirar virutas; nunca utilice las manos. Nunca intente variar las velocidades de una máquina herramienta cuando esté en funcionamiento. El riesgo de daño a su persona y/o a la máquina es alto. Los elementos giratorios de la maquinaria pueden atrapar sus ropas o joyas y casarle un gran daño físico. Además, el riesgo de que una viruta salte y dañe un ojo permanentemente es muy real y además es alto. La inercia de las máquinas es grande y fácilmente puede dislocar una articulación, dañar la pie o incluso arrancar un dedo. Una pieza o herramienta que salga despedida de la máquina es un proyectil de alta peligrosidad. La viruta está muy afilada y además puede estar caliente. Desengranar las transmisiones en movimiento daña los mecanismos; se trata de transmisiones sin sincronización. Laboratorio de Procesos de Fabricación 8/15

9 ATENCIÓN! MOTIVO Nunca se debe de golpear las bancadas de las máquinas. La viruta debe ser retirada con brocha de las bancadas de la máquina al finalizar cada operación. La bancada es el alma de la máquina, golpearlas o rayarlas quita vida y precisión a la máquina. MATERIAL, HERRAMIENTAS Y EQUIPO 1) Material a) Material de la pieza (acero 1018) 2) Herramientas a) Vernier y micrómetro b) Herramientas del torno c) Herramientas de corte 3) Equipo y Maquinaria a) Estación de trabajo con software Work NC b) Torno CNC 4) Equipo de Seguridad a) Lentes de seguridad PROCEDIMIENTO 1) Imprimir y estudiar toda la práctica antes de ir al laboratorio. Preparar el pre-reporte. 2) Presentarse en el Laboratorio de Manufactura (Anexo de la Torre Sur del edificio CETEC) 5 minutos antes de la hora indicada para la práctica con ropa cómoda, calzado cerrado y fuerte, sin joyas ni cadenas, y el pre-reporte y práctica impresa y engrapada (páginas 9 a 14). 3) Pasar a la sala de cómputo para iniciar la práctica. 4) El instructor aplicará un examen rápido al inicio de la práctica que evaluará su comprensión del marco teórico y también se utilizará como lista de asistencia. 5) El instructor explicará el funcionamiento general del software para la generación de códigos de CNC y la forma de transferir el programa respectivo a la máquina que será utilizada durante la práctica. 6) El grupo se trasladará hasta el torno CNC en el sótano del laboratorio, donde se procederá a explicar el funcionamiento general de la máquina. 7) El instructor realizará el proceso de maquinado de acuerdo al programa generado en 2 ocasiones cambiando las condiciones de corte correspondientes a desbaste y desbaste más acabado. 8) Después se procederá a realiza la medición de los productos fabricados para verificarlos. Laboratorio de Procesos de Fabricación 9/15

10 Escuela de Ingeniería División de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica Laboratorio de Procesos de Manufactura Practica 4 Nombre Matricula Instructor de Laboratorio Profesor de la material y hora de clase Maquinado en Torno CNC PRE-REPORTE DE LA PRÁCTICA 1) Acuse de Recibo Plasmando mí firma al calce acuso el recibo expreso de las normas y procedimientos de seguridad obligatorios para realizar la Práctica 4: Maquinado en Torno CNC del Laboratorio de Manufactura. Nombre Completo: Matrícula: Clave de Curso: Grupo: Firma: Fecha: 2) Defina los Códigos de programación más comúnmente utilizadas en Control Numérico, (Código G, Código M) y mencione ejemplos de cada uno respecto a su utilización en el lenguaje de programación. Laboratorio de Procesos de Fabricación 10/15

11 Referencia bibliográfica que se consultó para aprender sobre Códigos de programación de CNC s: 3) Mencione las principales ventajas y desventajas de utilizar máquinas con control numérico a diferencia de máquinas-herramienta convencionales. Referencia bibliográfica que se consultó para aprender sobre Maquinas de Control Numérico: Laboratorio de Procesos de Fabricación 11/15

12 4) Clasifique los tipos de máquinas de CNC en función del tipo de geometrías que pueden ser generados. Referencia bibliográfica que se consultó para aprender sobre Maquinas de Control Numérico: 5) Describa los elementos típicos de una herramienta para torneado CNC (porta-herramientas e inserto de WC). Referencia bibliográfica que se consultó para aprender sobre Maquinas de Control Numérico: Laboratorio de Procesos de Fabricación 12/15

13 REPORTE DE LA PRÁCTICA Campus Monterrey 1) Estudie las especificaciones de la parte a maquinar (Figura 6, incluyendo dimensiones críticas y tolerancia, según indicaciones del instructor). Considere que la parte será maquinada con 2 condiciones de corte diferentes (desbaste; desbaste y acabado). Figura 6: Pieza a maquinar. 2) Determine las condiciones de corte para desbaste y acabado. Nombre de la pieza: Runout Sample Fecha: Material: AISI-SAE 1018 CR Potencia Unitaria: W/mm 3 /s Velocidad de Corte desbaste : Velocidad de Corte acabado : m/min Avance desbaste : mm/rev m/min Avance acabado : mm/rev Máquina Asignada: Potencia Disponible: W Laboratorio de Procesos de Fabricación 13/15

14 3) Medición de la pieza cortada con condiciones de desbaste: Con ayuda del dispositivo para medición entre centros y un reloj indicador mida el runout en ambos muñones de la flecha. Realice las todas las mediciones requeridas y captúrelas en el dibujo adjunto. -A- 1.0 Stock 4) Medición de la pieza cortada con condiciones de desbaste y acabado: Con ayuda del dispositivo para medición entre centros y un reloj indicador mida el runout en ambos muñones de la flecha. Realice las todas las mediciones requeridas y captúrelas en el dibujo adjunto. -A- -A- -A- 1.0 Stock -A- -A- Laboratorio de Procesos de Fabricación 14/15

15 5) Observaciones: Describa las diferencias observadas entre las 2 piezas fabricadas. También comente sobre la diferencia en el tipo de viruta generado en ambos procesos. 6) Conclusiones: Describa, desde la perspectiva técnica, sus conclusiones sobre la relación entre tolerancia y tiempo de fabricación con relación al maquinado convencional. ENTREGA DEL PRE-REPORTE Y REPORTE DE LA PRÁCTICA Asegúrese que su pre-reporte y reporte tenga todos los datos del recuadro de identificación y que haya contestado todos los elementos solicitados antes de entregarlo al instructor. Después asegúrese de dejar el área de trabajo limpia y en orden antes de retirarse. Laboratorio de Procesos de Fabricación 15/15