CONTROL NUMERICO EN MAQUINAS HERRAMIENTAS

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA
NÚCLEO BARINAS
INGº CARLOS SANCHEZ
PROCESOS DE FABRICACIÓN II
JOSÉ FALCÓN
7MO SEMESTRE
SECCIÓN “B”
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
BARINAS, JULIO DE 2010
CONTROL NUMERICO EN MÁQUINAS HERRAMIENTAS
El
Control
Numérico
de
Máquinas Herramientas
no
fue
concebido
para
mejorar
los
procesos
de fabricación,
sino
para
dar
solución
a problemas técnicos surgidos a
consecuencia del diseño de piezas cada vez más difíciles de
mecanizar.
En
general,
el
incremento
en
la
utilización
de
máquinas herramientas con CN se debe a que un gran
número de problemas, que se consideraban bien resueltos por
los métodos de trabajo clásicos, que pueden
tener
una
respuesta ventajosa desde el punto de vista técnico
mediante la utilización de dichas máquinas.
El control numérico se puede definir de una forma genérica
como un dispositivo de automatización de una máquina que,
mediante
una
serie
de
instrucciones
codificadas
(el
programa), controla su funcionamiento.
Cada programa establece un determinado proceso a realizar por
la máquina, con lo que una misma máquina puede efectuar
automáticamente procesos distintos sin más que sustituir su
programa de trabajo.
Permite,
por
tanto,
una
elevada
flexibilidad
de
funcionamiento con respecto a las máquinas automáticas
convencionales en las que los automatismos se conseguían
mediante sistemas mecánicos o eléctricos difíciles y a veces
casi imposible de modificar.
Los elementos básicos del control numérico son:
1)
El programa, que contiene toda la información de las
acciones a ejecutar.
2) El control numérico, que interpreta estas instrucciones,
las convierte en las señales correspondientes para los
órganos de accionamiento de la máquina y comprueba los
resultados.
3) La máquina, que ejecuta las operaciones previstas.
De acuerdo al desarrollo de la microelectrónica y la
informática se aplica a los controladores numéricos, se
potencian extraordinariamente las funciones que permiten
desarrollar, simplificándolos a la vez, los procedimientos de
programación y operación de las máquinas, de tal manera que
los CNC – control numérico con ordenador - que se construyen
hoy día sólo conservan de los primitivos CN los principios
básicos de funcionamiento.
Las
máquinas
herramienta
han
ido
evolucionando
hacia
la incorporación en una sola máquina de varias operaciones
elementales de mecanizado que tradicionalmente se efectuaban
en máquinas diferentes, y hacia la incorporación de
cambiadores automáticos de piezas y herramientas, apareciendo
los centros de mecanizado que permiten obtener una pieza
acabada, o casi acabada, en una sola estación de trabajo.
En función de las capacidades de proceso y de memoria de los
CNC han evolucionado también las técnicas y lenguajes de
programación.
Desde los primeros programas lineales en
lenguaje máquina a la programación asistida por ordenador,
gráfica e interactiva, existe un amplio espectro de
sistemas y lenguajes de programación.
LAS MÁQUINAS
El
control
numérico
se
monta
sobre
todo
tipo
de
máquina herramienta convencional, tanto de arranque de
viruta
como
de
trazado
y
deformación.
Así,
lo
encontramos
en
tornos,
fresadoras, rectificadoras,
taladradoras,
mandrinadoras,
dobladoras,
plegadoras,
punzadoras, máquinas de trazar, punteadoras, máquinas de
soldar, de oxicorte, de medir, etc.
Sin embargo, el
control
numérico
ha promocionado el desarrollado de dos
tipos de máquinas múltiples:
 El centro de mecanizado, para piezas prismáticas, en el
que sobre pieza fija una o más torretas con herramientas
giratorias
permiten
efectuar
operaciones
de
fresado,
taladrado,
mandrinado,
escariado, etc.
Si
lleva incorporada mesa giratoria pueden efectuarse
operaciones de torno vertical.
 El centro de torneado, dotado de una o más torretas, con
herramientas motorizadas que, además de las clásicas
operaciones de torneado permiten efectuar fresados,
taladrados,
escariados,
etc.,
tanto
axiales
como
radiales.
Las características de precisión exigidas en estas máquinas
en condiciones duras de utilización, han modificado las
características de diseño de las mismas.
En el aspecto
estructural se busca una mayor rigidez
y
ausencia
de
vibraciones,
lo
que
lleva
a
la
utilización
de
bastidores de chapa soldada y de hormigón en vez de la
clásica fundición.
En el diseño de la cadena cinemática se busca disminuir los
juegos, rozamientos, vibraciones e inercia
de
las
masas
móviles para mejorar la precisión y repetitividad del
posicionamiento de la herramienta, aumentando la rigidez de
las guías y utilizando materiales de bajo coeficiente de
fricción o sistemas hidrostáticos o de rodadura, husillos a
bolas para la transmisión de movimiento sin holguras, etc.
Otros
puntos
en
los
que
se
ha
mejorado
son
la
estabilidad y uniformidad térmica con potentes sistemas
de refrigeración de herramienta, pieza e incluso máquina, y
la evacuación de virutas.
Sobre
las
funciones
desarrolladas
por
las
máquinas
convencionales las máquinas a control numérico incorporan
básicamente:




Sistemas
Sistemas
Sistemas
Sistemas
de
de
de
de
posicionado de la herramienta.
medición del desplazamiento.
medición de piezas y herramientas.
control de condiciones de mecanizado.
 Sistemas de cambio de herramientas.
 Sistemas de cambio de pieza.
E L E C T R O E R O S I O N
Este sistema consiste en desbastar un metal mediante una
corriente eléctrica. Mecánicamente esta formado por una
fresadora u otro tipo de maquina herramienta que trabaje en
forma similar.
A) El comando de descenso del husillo porta herramienta es
remplazado por un motor eléctrico del tipo paso a paso.
B) En el porta herramienta se coloca la matriz de cobre cuya
forma será copiada en el metal trabajado.
C) Sobre la base de la maquina se coloca una batea en la que
se apoya la pieza a erosionar y se llena con un liquido
dieléctrico.
D) Un generador produce corriente de hasta 35 Amperios con
una frecuencia variable entre 400 y 40000 ciclos.
E) La tensión de trabajo es de 80 Voltios.
Para las personas con alguna experiencia en soldadura
reconocen que por ejemplo el sistema de soldadura TIG
funciona también con una tensión similar y una onda de alta
frecuencia ioniza el gas conductor formando el plasma, en
este caso lo ionizado es el liquido.
MECANIZADO POR ULTRASONIDO Y LÁSER
Mecanizado por ultrasonidos rotatorios
El término “ultrasonidos” es debido a que la vibración se
produce a una frecuencia próxima a los 20kHz (vibra unas
20.000 veces por segundo), frecuencia que está en el rango de
los ultrasonidos
El mecanizado por ultrasonidos rotatorio (RUM) es un proceso
no convencional, indicado para el mecanizado de materiales
duros y frágiles como son las cerámicas técnicas, metales
duros, vidrios, silicio, piedras preciosas, etc.
Se basa en el empleo de herramientas de diamante que eliminan
el material por la combinación de un giro y de una vibración
ultrasónica en dirección axial. Esta herramienta vibra unas
20.000 veces por segundo
incorporado en el cabezal.
gracias
a
un
piezoeléctrico
La separación continua entre herramienta y pieza gracias a
esa vibración ultrasónica hace que, en comparación con los
métodos tradicionales, las fuerzas de corte se reduzcan y que
la generación de calor sea menor. Esto se traduce en una
protección de la herramienta y de la pieza aumentando la
productividad en hasta 5 veces la de dichos procesos
convencionales, y la obtención de unos acabados superficiales
incluso menores que 0,2mm.
La presencia de una serie de algoritmos de control
inteligentes ayudan a optimizar por completo el proceso de
corte, así el ADR monitoriza el par (se protege la
herramienta) y el ACC controla la fuerza en dirección axial
mediante señales acústicas (se protege el piezoeléctrico).
Aplicaciones
 Industria del automóvil: discos de freno, toberas de
inyección,
insertos
de
moldes
de
inyección;
en
materiales como Nitruro de Silicio, Alúmina, metal duro,
acero templado (55HRc)...
 Industria de los semiconductores: plaquitas (Wafer),
elementos de refrigeración…en materiales como Silicio,
Cuarzo Hialino…
 Industria óptica: lentes cóncavas y convexas, espejos…;
en materiales como Zafiro, Silicio, Zerodur y vidrios
varios.
 Industria médica: articulaciones, coronas dentales…; en
materiales cerámicos varios como Zirconio, Alúmina…
 Varios: guías antidesgaste, pirometría, boquillas de
soldadura, aisladores térmicos; también en materiales
cerámicos.
MECANIZADO POR LÁSER
La tecnología del Mecanizado Láser se basa en la generación
de un rayo láser de alta potencia que es dirigido contra la
pieza mediante un sistema de espejos de alta precisión.
En la zona de incidencia del rayo se consigue una elevada
densidad de potencia que produce la volatilización del
material. El rayo láser erosiona el material en múltiples
capas obteniendo, de este modo, la geometría y profundidad
requerida.
El mecanizado por láser es un proceso no convencional que
permite obtener mecanizados de formas complejas y de pequeño
tamaño. La gran ventaja de esta tecnología es la posibilidad
de mecanizar casi todo tipo de materiales independientemente
de su dureza o maquinabilidad, desde aceros, aleaciones
termoresistentes, cerámicas hasta metal duro, silicio, etc.
Se dispone de un láser en estado sólido, compuesto por un
cristal de Nd:YAG que permite una potencia media de láser de
100W, siendo los picos de potencia de 20Kw.
La alta
enfoque
haciendo
el punto
densidad de energía del haz láser en el punto de
permite que se produzca el proceso de ablación,
que el material se vaporice. El diámetro del haz en
de enfoque puede ser de 30mm o de 100mm.
Si a la tecnología del láser le añadimos la tecnología de
fabricación a alta velocidad, se dispone de un equipamiento
más completo que permite el mecanizado de moldes que
presenten detalles complejos y precisos, a la vez que se
pueden obtener paredes verticales y acabados de esquinas
vivas.
Una de las grandes ventajas de esta tecnología es que al ser
una fuente de energía la que incide sobre el material, no se
producen desgastes, roturas ni colisiones de la herramienta
de corte, lo que supone una gran ventaja al proceso de
arranque de viruta tradicional.
Aplicaciones
La tecnología del mecanizado por láser posibilita el
mecanizado de figuras y piezas de pequeñas dimensiones,
permitiendo obtener esquinas vivas y agujeros de pequeño
diámetro, es decir, formas geométricas que no es posible o es
muy costoso obtener mediante procesos convencionales.
Permite la creación de cavidades para aplicaciones tan
diversas como moldes técnicos de precisión, técnica médica,
electrónica y moldes de semiconductores, micro tecnología,
construcción de prototipos.
La creación de cavidades para moldes de microinyección, micro
postizos para la matricería, grabados superficiales y
profundos, y sustituir operaciones de electro erosión en
casos concretos.
MECANIZADO POR PLASMA
El fundamento del corte por plasma se basa en elevar la
temperatura del material a cortar de una forma muy localizada
y por encima de los 30.000 ºC, llevando el material hasta el
cuarto estado de la materia, el plasma, estado en el que los
electrones se disocian del átomo.
El procedimiento consiste en provocar un arco eléctrico
estrangulado a través de la sección de la boquilla del
soplete,
sumamente
pequeña,
lo
que
concentra
extraordinariamente la energía cinética del gas empleado,
ionizándolo, y por polaridad adquiere la propiedad de cortar.
La ventaja principal de este sistema radica en su reducido
riesgo de deformaciones debido a la compactación calorífica
de la zona de corte. También es valorable la economía de los
gases aplicables, ya que a priori es viable cualquiera, si
bien es cierto que no debe de atacar al electrodo ni a la
pieza.
El equipo necesario para aportar esta energía consiste en un
generador de alta frecuencia alimentado de energía eléctrica,
gas para generar la llama de calentamiento (argón, hidrógeno,
nitrógeno), y un porta electrodos, que dependiendo del gas
puede ser de tungsteno, hafnio o circonio.
Por la vertiente eléctrica del equipo, las normas de
seguridad
aplicables
son
las
correspondientes
a
esta
maquinaria, considerando adicionalmente los gases que puedan
desprenderse en el proceso por suciedad de la pieza.
Aplicaciones
El acero al Carbón, acero inoxidable, y aluminio puede ser
cortado por arriba de 5181.6 mm de ancho y el largo es casi
ilimitado. El resonador láser esta especialmente diseñado y
montado, y se mueve con la maquina en dirección longitudinal,
mientras que en la dirección transversa un sencillo flying
optic guía el láser a la pieza de trabajo. Este diseño
elimina divergencias en la viga a lo largo del eje
longitudinal, asegurando la intensidad del láser y la calidad
del corte constantemente se recuerda.
USO DEL CONTROL NUMÉRICO EN VENEZUELA
En Venezuela los usos del Control Numérico se dedican al
diseño mecánico industrial, y al desarrollo e implementación
de proyectos de ingeniería plástica. Caracterizados por
brindar soluciones en el área de la metalmecánica y
manufactura de piezas mecánicas, envases plásticos, moldes de
inyección, ingeniería 3D y generación de códigos CNC, lo que
brinda herramientas integrales para aumentar la productividad
de sus empresas.
El Control Numérico ofrece todas las herramientas y software
necesario para la generación de códigos y la optimización del
mecanizado en maquinaria industrial. Por medio del CN se
aumenta la productividad de negocios, empresas, reduciendo la
posibilidad de errores en el análisis de la información y le
permite
comercializar
productos
con
mayor
rapidez,
optimizando costos y calidad del producto.