CAPITULO III PRINCIPIOS BASICOS 3.1 PUNTOS DE REFERENCIA El control numérico moverá la herramienta de la máquina según unos valores de coordenadas definidas en el programa pieza. Es imprescindible garantizar que el sistema de medición de desplazamientos de la herramienta la posesione en los puntos programados. Para ello se definen unos puntos de referencia para el programa y para la maquina y se establece la relación existente entre estos puntos. Fig. 3.1. Puntos referenciales de una fresadora 56
3.1.1 PUNTO CERO DE MÁQUINA M Para poder mecanizar, es necesario tener un punto fijo en algún lugar, desde donde poder referenciar los datos. Este punto se llama "origen máquina o cero máquina" este punto de referencia es invariable y lo fija el fabricante de la misma. Y es él quien decide su mejor ubicación dependiendo del tipo y tamaño de la máquina. Figura 3.1 El origen máquina se identifica con la letra "M" y es a partir de este punto donde se mide la totalidad de la máquina y al mismo tiempo M es el origen del sistema de coordenadas. Para la fresadora el punto M se sitúa sobre la mesa, en el borde izquierdo delante o del sistema de coordenadas de máquina. 3.1.2 PUNTO CERO DE LA PIEZA W Al iniciar la programación de una pieza, el programador debe conocer desde donde referenciar todas las medidas de dicha pieza. Ese punt de referencia se llama "cero pieza" y es el programador quien puede programarlo libremente y decide cual será su ubicación, por lo tanto lo primero que se debe hacer al iniciar un proceso de programación y mecanización, es determinar el punto "c eza" W. Figura 3.1 En las fresadoras EMCO, el cero de la máquina "M" está en el borde delantero izquierdo de la mesa de la máquina. Esta posición es inadecuada como punto de partida para el dimensionado. Con el denominado Decalaje de Origen, el sistema de 57
coordenadas puede desplazarse a un punto adecuado del ea de trabajo de la pieza como se puede ver en la figura 3.2. Fig. 3.2 Decalaje de origen. Naturalmente, cuando se coloca una pieza en la maquina, el no conoce la posición relativa entre ambos puntos, por lo que se tiene que realizar el decalaje de origen desde el punto cero de la maquina M hasta el punto cero de la pieza de trabajo W para indicar donde está situado la pieza con respecto al cero maquina. Los planos que acompañen a la pieza en su proceso de m canización deben tener perfectamente indicado donde está el origen pieza o "cero pieza" con referencia al cero maquina. El criterio de situación del cero se debe basar en la lógica, dependiendo del tipo de pieza y de la distribución de cotas que tenga el plano de trabajo. 58
En la figura 3.3 se puede ver dos casos claros de elección del punto cero. Fig. 3.3. Elección del cero pieza según su formato La pieza A por su formato, recomienda claramente la si ón del cero pieza W en el centro de la pieza, en cambio, en la pieza B, es clara ente más favorable la situación del cero pieza en la esquina inferior izquierda. No obstante, el criterio queda en definitiva a elección del programador. 3.1.3 PUNTO DE REFERENCIA R El punto de referencia R se encuentra en el área de trabajo de la máquina exactamente definida por limitadores, sirve para calibrar el sistema de medición. La posición donde la máquina encuentra el cero del sistema d medida, esta definido por finales de carrera. 1 Es necesario mandar los ejes a esta posición cada vez que la maquina es encendida, después de desbloquear la tecla de emergencia, para informar a la unidad de control de la distancia exacta entre los puntos M y N (T). 1 Como Programar un Control Numérico, RAFAEL FERRE Pág. 57-78 59
3.1.4 PUNTO DE REFERENCIA DE ALOJAMIENTO DE HERRAMIENTA N (T) El punto de referencia de alojamiento de herramienta N (T) está situado exactamente en el eje de rotación del husillo de la fresa, a 30 mm en dirección vertical (Z). A partir del cual se determinan las longitudes de las herramientas. Una vez montada la herramienta en la maquina, en gener los puntos N(T) y R coinciden. Así, conocida la distancia de la punta de la herramienta punto de referencia, el control podrá calcular la trayectoria d R para que la punta de la herramienta configure el contorno deseado de la pieza. Este punto es fijado por el fabricante sobre un punto especificado del portaherramientas en dirección vertical (Z) desde el reborde de apoyo del rodamiento de bolas del portaherramientas. 3.2 SISTEMAS DE COORDENADAS Los sistemas de coordenadas se usan en infinidad de actividades, tales como la navegación marina, aérea, sistemas cartográficos, etc. su finalidad es la de situar un punto de manera concreta y precisa a lo largo de un escenario concreto y perfectamente definido. En CN encontramos el mismo problema, tenemos que indicarle a la herramienta unas posiciones a alcanzar dentro de un plano perfectamente definido. Las herramientas, 60
según el tipo de máquina, ya sea torno o fresa se move en 2D o 3D, es decir en dos dimensiones en un plano o en 3 dimensiones en el espacio. En todos los sistemas de coordenadas es imprescindible marcar un origen como punto de partida para tener unas referencias claras, y en CN no es menos, por lo que unos de los datos imprescindibles, será definir ese punto. 3.2.1 SISTEMAS DE EJES DE COORDENADAS En CN se utilizan dos tipos fundamentales de coordenadas: - Coordenadas cartesianas o rectangulares. - Coordenadas polares. 3.2.1.1 Coordenadas cartesianas, o rectangulares. Dentro de los sistemas de coordenadas rectangulares de CN distinguiremos 2 tipos: - Coordenadas 2D (en un plano) - Coordenadas 3D (en el espacio) Coordenada 2D.- Las coordenadas de dos ejes, y tal como se puede observar en el dibujo tienen un punto de referencia o punto de partid que se llama Origen, en el se cruzan los dos ejes indicando con el signo la dirección de la misma. Es importante destacar que los signos matemáticos + y - no tienen un sentido positivo o negativo sino sentido de dirección. Los ejes están graduados para poder determinar un punt concreto. 61
Un punto, necesariamente tiene que venir indicado por a dimensión de los dos ejes, precedidos del signo correspondiente. Fig. 3.4 Ejemplo: X-7 Y+5, no obstante, se acepta que de ser + no sea nece ario indicarlo, por ejemplo: X-7 Y5, indicaría la coordenada X-7 Y+5. Fig.3.4 Sistemas de coordinas cartesianas en 2D. Las coordenadas 2D se utilizan fundamentalmente en el torno, pues dispone sólo de un plano de trabajo en el que se pueda mover la herramienta (Fig. 3.5). Fig. 3.5. Plano de trabajo en el torno 62
Coordenada 3D.- Las coordenadas de tres ejes, disponen también del punto de Origen, desde el que se cruzan los tres ejes indicando igualmente con el signo la dirección de la misma. Igualmente se trabaja con ejes graduados para poder determinar el punto a concretar. Un punto, puede venir indicado por la dimensión de los dos ejes, tal y como en 2D, con lo que indicaremos un punto en un plano o indicado por tres ejes con lo que se determina un punto en el espacio y no sólo en un plano. Fig. 3.6 Ejemplo: X-4 Y-6 Z3. Fig. 3.6. Sistemas de coordinas cartesianas en 3D Un punto en el espacio se proyecta sobre los tres planos, indicando en cada uno, las dos coordenadas de los ejes que lo forman. Las coordenadas 3D quedan exclusivamente para máquinas con más de dos ejes de trabajo simultáneos, como es el caso de la fresadora y siempre que el movimiento se realice en los tres ejes (Fig. 3.7 y 3.8). 63
Fig. 3.7. Planos de trabajo en Fresa Fig. 3.8. Sistemas de Ejes y planos en 3D 3.2.1.2 Coordenadas polares Las coordenadas polares definen el punto utilizando la apertura de un ángulo con centro en el origen (llamado origen polar o polo) y la longitud de un radio que parte del mismo punto, es decir el cruce entre la línea de ángulo (arc y la línea del radio, determina el punto. La forma de identificarlo es utilizando la letra "R" para indicar el radio y la letra "A" para indicar el ángulo. En la Fig. 3.9 se puede observar como el punto del dibujo se define como: R40,31 A30 64
Fig. 3.9 Coordenadas polares Las coordenadas polares no definen puntos diferentes a las rectangulares, sino que lo que hacen, es definir el mismo punto utilizando otros atos. En el ejemplo de la figura se puede observar como el punto está indicado en coord das rectangulares y en coordenadas polares, es decir R40,31 A30 = X7 Y4. Las coordenadas rectangulares y las polares se usan para facilitar l programación y no para complicarla, es decir el programador escogerá la ue mas le facilite la tarea de programación. En la pieza de la Fig. 3.10 es preferible hacerlo utilizando las polares, pues de otro modo se tienen que calcular los diferentes puntos para conocer las coordenadas X, Y. Fig. 3.10. Pieza en polares con ángulo incremental 65
3.2.2 SISTEMA DE CONTROL DE EJES Todo movimiento puede descomponerse en tres vectores instantáneos. Este sería, X, Y y Z. Para efectos de ejemplo, usaremos solo dos ejes, Ahora, si intentamos llevar la punta de la herramienta de un punto A a un punto B, requerimos que los motores realicen un movimiento acorde con la distancia a recor r en cada eje, más o menos del siguiente modo: Fig. 3.11. Movimiento no interpolado Puede notarse en la figura 3.11, siendo que las distancias a recorrer de los ejes son desiguales, tendremos un movimiento a 45 hasta que un de los motores agote la distancia a recorrer. A partir de ahí, el movimiento será tan sólo en el eje que aún no ha llegado a su destino; Esto es lo que se conoce como un movimiento no interpolado. Es decir, cada motor va por su propia cuenta. Pero, si nuestro control puede calcular el tiempo estimado de arribo en base a la velocidad normal de uno de los motores, y con ello calcular una velocidad conveniente para que el se ndo motor llegue a su punto final al mismo tiempo, entonces tendremos un movimiento interpolado. (Fig. 3.12). 66
Fig. 3.12. Movimiento interpolado Este movimiento en particular es mucho más útil que el erior, pues nos permite trazar líneas rectas entre puntos, en lugar de depender de ve ocidades fijas de los motores. Más aún, si podemos variar controladamente las velocidades en los motores, por decir algo, de modo senoidal, mientras que el otro lo variamos de modo cosenoidal, podemos trazar arcos regulares con la trayectoria de la herramienta. Si podemos variar esta velocidad para que no sea fija, o variable de modo regular, podemos realizar curvas no regulares (Fig. 3.13). Fig. 3.13: Movimiento curvilíneo 67
Esta habilidad para controlar las velocidades de motores y ejes a través de ecuaciones matemáticas es lo que da a este tipo de maquinas su nombre de Control Numérico Computarizado. En los ejemplos anteriores se tiene que, de un punto A se parte para llegar a un punto B, en programación CNC existen dos métodos para hacer este movimiento: por medio del sistema absoluto y por sistema incremental. 3.2.2.1 Sistema de coordenadas absolutas En el sistema de coordenadas absolutas, los valores se refieren al origen, ya sea de la máquina (M) o después de un decalaje de cero maquina, al cero de la pieza (W). Todos los puntos destino son descritos desde el origen del sistema de coordenadas, mediante la indicación de las distancias X, Y y Z para el caso de la fresa, Z y X para el torno. Ejemplo: En la figura 3.14 se observan dos puntos (S y E) los cuales deberán ser maquinados de acuerdo a las cotas indicadas. Fig. 3.14. Coordenadas absolutas incrementales 68
Para la figura 3.14, usando el sistema absoluto, se tiene lo siguiente: Punto S: X20, Y46 Punto E: X40, Y20.1 3.2.2.2 Sistema de coordenadas incrementales El sistema de coordenadas incrementales se refiere a la posición actual de la herramienta, (punto de referencia de la herramienta "N la última posición de la herramienta, por lo tanto se esto es, se toma de referencia ndrán que introducir los valores de diferencia entre la posición actual y el punto final, tomando en cuenta la dirección. 2 Ejemplo: Indicar las coordenadas incrementales del los puntos S y E de la figura anterior (Fig. 3.14), usando para el primer punto (S) el origen de coordenadas como referencia; por lo que se tiene: Punto S: X20, Y46 Para el segundo punto (E), se toma el punto (S) como referencia. Punto E: X20, Y-25.9 En la fig. 3.15. Las coordenadas absolutas se refieren a una posición fija, y las coordenadas incrementales se refieren a la posición de la herramienta. 2 Descripción del software Emco WinNC GE Series Fanuc 21 MB, EMCO MAIER. Pág. D1-D10 69
Fig. 3.15. Las coordenadas absolutas e incrementales 3.3 MEDICIÓN DE DATOS DE HERRAMIENTA La finalidad de la medición de datos de herramienta es que el software utilice para el posicionamiento la punta de herramienta o el punto medio de la herramienta en la superficie frontal y no el punto de referencia del asiento de herramienta. Hay que medir cada herramienta que se utiliza para el mecanizado. Para ello se mide la distancia desde el punto de referencia de asiento de h ramienta "N" a la punta de la herramienta correspondiente. Fig. 3.16 Fig.3.16. Corrección de longitud 70
Cada una de estas distancias se guarda como parámetro en el registro de decalajes (COMP.) Por ejemplo: la herramienta 1 se guarda como parámetro en el registro de decalajes H1). Puede seleccionarse cualquier número de corrección (má 32), pero dicho número ha de tenerse en cuenta en la compensación de longitud de herramienta en el programa de piezas. Las correcciones de longitud pueden calcularse semi automáticamente, el radio de corte ha de insertarse manualmente como parámetro H. Hay que tener cuidado para no confundir los parámetros H de longitudes y radios. Sólo es necesario insertar el radio de herramienta si la herramienta en cuestión se selecciona una compensación del radio herramienta. En el programa se llama la compensación de longitud de herramienta con los comandos G43 (positivo) o G44 (negativo).para G17 (plano XY act ): La medición de los datos de herramienta (COMP.) se rea iza para: Z absoluto desde el punto "N" R radio de herramienta (Fig. 3.17) Para todos los demás planos activos se calcula siempre el eje vertical al plano. 71
Fig. 3.17. Radio de Herramienta R Para el caso de la fresadora el cero de la herramienta se encuentra e la parte inferior y centro del husillo. (Fig. 3.18) Fig.3.18. Origen de coordenadas N Como puede suponerse, la única cota para ajustar el cero de herramienta a la punta de herramienta, es tan solo la longitud (eje Z), y, para fectos de maquinado, importa también el diámetro del cortador. (Fig. 3.19) 72
Fig. 3.19. Medición longitud y diámetro de herramienta Los Offsets se encargan de sumar o restar los valores e la herramienta, así, no hay necesidad de alterar el programa, solo variar los valores registrados en los Offsets. Así pues, cada herramienta tiene su juego de offsets; ya sea XZ para un torno, o ZD para centro de maquinado. Este dato está grabado en el control de la máquina de control numérico y es llamado en el momento en que se carga la herramienta. Así, cada herramienta tiene un punto distinto que se valida al momento de cortar. 73