INTRODUCCIÓN AL CAD CAM CNC

1. INTRODUCCIÓN AL CAD CAM CNC Fernando Pastén Fernández- 2014 - pasten.fernando@yahoo.es

2. CAD/CAM/CNC Introducción • Glosario • CAD : Diseño Asistido por Computador. • CAM : Fabricación Asistida por Computador. • CNC : Control Numérico Computarizado. • MHCN : Maquina Herramienta de Control Numérico.

3. Orígenes del CNC • En 1947 John Parsons comienza a experimentar con la idea de generar los datos de una curva a través de un eje y usar esos datos para controlar los movimientos de una maquina herramienta. • En 1949 la Corporación Parsons gana un contrato para investigar un método de producción acelerado. • En 1952 el MIT (MassachussetsInstitute of Technology) demuestra exitosamente un modelo de máquina de Control Numérico. • En 1955 se exhiben modelos comerciales de máquinas de control numérico para la aceptación de los usuarios. • En 1957 el Control Numérico es aceptado por la industria. Hoy día las computadoras son cada vez más pequeñas y económicas, con lo que el uso del CNC se ha extendido a todo tipo de maquinaria: tornos, fresadoras, rectificadoras, corte de metal, rectificado etc.

4. CNC significa Control Numérico Computarizado • El control numérico CNC es una forma de automatización programable en base a una serie de instrucciones codificadas (Programa). • El CNC es apropiado para volúmenes de producción bajos o medios, dado que es más fácil escribir nuevos programas que realizar cambios en los equipos de procesado. • En una máquina CNC, a diferencia de una máquina convencional o manual, una computadora controla la posición y velocidad de los motores que accionan los ejes de la máquina. • Las máquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo en los tres ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales, las que se requieren para el mecanizado complejo de moldes y troqueles. • En una máquina CNC una computadora controla el movimiento de la mesa, el carro y el husillo. Una vez programada la máquina, ésta ejecuta todas las operaciones por sí sola, sin necesidad de que el operador esté manejándola. Esto permite aprovechar mejor el tiempo del personal para que sea más productivo.

5. Ciclo de Control Numérico

6. Factores que favorecen la incorporación del CNC en la Industria • Mayor exigencia en la precisión de los mecanizados • Diseños cada vez mas evolucionados y complejos • Diversidad de productos, lo que ocasiona la necesidad de estructuras de producción más flexibles y dinámicas. • Necesidad de reducir errores en la producción para no encarecer el producto. • Plazos de entrega cada vez más exigentes, lo cual requiere mantener altos niveles de producción (tiempo de entrega). • El abaratamiento de los sistemas CNC en el mercado, favorece la adquisición de los mismos.

7. Ventajas de la utilización de Sistemas Control Numérico CNC • Mejora de la precisión, así como el aumento de la calidad de los productos. • Una mejor uniformidad en la producción. • Posibilidad de utilización de varias máquinas simultáneamente por un solo operario. • Capacidad para realizar piezas con contornos de geometría compleja. • Fácil intercambio de la producción en intervalos cortos. • Posibilidad de servir pedidos urgentes. • Reducción de la fatiga del operario. • Aumento de los niveles de seguridad en el puesto de trabajo. • Simular los procesos de mecanización o de corte antes de fabricar la pieza.

8. Desventajas de la utilización de Sistemas Control Numérico CNC • Elevado costo de accesorios y maquinaria (3 a 5 veces mas caro que una maquina convencional). • Necesidad de cálculo, programación y preparación de la maquinaria para un funcionamiento eficiente. • Elevado costo de mantenimiento, ya que el sistema de control y mantenimiento de los mismos es mas complicado, generando la necesidad de contar con técnicos altamente capacitados. • Necesidad de mantener grandes volúmenes de pedidos para una mejor amortización del sistema (recuperar la inversión).

9. Conocimientos para operar los Sistemas CNC • Conocimientos en geometría, algebra y trigonometría. • Conocimiento para la elección y diseño de las diferentes herramientas de corte. • Conocimiento de los diferentes sistemas de sujeción de las herramientas de corte. • Uso de instrumentos de medida y conocimientos de metrología. • Interpretación de planos. • Conocimientos de la estructura de la máquina CNC. • Conocimiento de los diferentes procesos de mecanización, velocidades de corte, velocidades de avance, revoluciones por minuto. • Conocimientos de la programación CNC. • Conocimientos del mantenimiento y operación CNC. • Conocimientos generales de Computadores.

10. Máquinas convencionales y Sistemas CNC

11. Torno CNC

12. Fresadora CNC

13. Ejes de Torno CNC

14. Ejes Fresadora CNC

15. Tipos de Controles SIEMENS FAGOR FANUC HEINDENHAIN

16. Diseño de una Máquina CNC • Mecanismos de Posicionamiento. • Accionadores: Motores, Válvulas etc. • Sistemas de Control: Bucle abierto (Computador ordena), Bucle cerrado (PLC verifica). • Sistemas de Medidas. • Sensores : Inducción, Fotoeléctricos, Ópticos. • Diseño de Máquinas. • Precisión y repetitividad. • Refrigeración (Aire o Aceite)y eliminación de virutas. • Sistemas de cambio de herramientas (Optativo, Automático o Manual). • Torreta giratoria. • Almacén de herramientas.

17. Movimiento de una Maquina CNC • Motores paso a paso (muy utilizados,bajo costo, poco torque para trabajo pesado, mas precisión. • Servomotores o motores encode o con sensor (alto costo, mas torque para procesos de trabajo. • Motores lineales (desplazamientos lineales de ejes).

18. Funciones del Husillo Principal en Torno y Fresadoras CNC Husillo Principal Realiza las siguientes funciones El husillo puede ser accionado por • Motores de corriente alterna de tres fases (380V). • Motores de corriente continua (220V). • En Tornos: El movimiento rotativo de la pieza. • En Fresadoras: La rotación de la herramienta.

19. Posición de Husillos Principales Horizontal Rotativo Vertical Rotativo 5 Ejes

20. Componentes de un Sistema CNC • UCP o CPU (Unidad central de procesos). • Periféricos de Entrada. • Unidad de almacenamiento de datos. • Periféricos de Salida. • Unidad enlace con PLC (Interfaz de conexión con la maquina).

21. Funciones de la CPU o UCP • Calcular la posición de los Ejes y los desplazamientos de la máquina. • Controla los diferentes modos de funcionamiento de la máquina (en manual o automático). • Dirige todas las señales de entrada y salida de los diferentes periféricos (controla el trafico de información entre la CPU y el PLC).

22. Periféricos de Entrada • Teclado y Panel de Mandos. • Conexión con el Computador (Interfaz de Red RS232 o Ethernet en equipos mas modernos). • Reglas ópticas o posicionadores. • Ratón o Mouse en equipos mas modernos.

23. Unidades de Almacenamiento de datos • La información se guarda en el computador y se transfiere a la máquina mediante la conexión RS232 o Ethernet utilizando DNC. • En el disco duro del propio control en maquinas CNC mas modernos (hay que considerar que la memoria que dispone el Control no tiene tanta capacidad). • Servidor de Red que este conectado a una serie de maquinas CNC. • Dispositivo portátil USB (Pendrive).

24. Periféricos de Salida • Monitor o Pantalla.   • Comunicaciones RS232. • Conexión con Intranet. • Control de Movimiento de los ejes y demás elementos móviles de la máquina.

25. Función del Monitor • Visualizar la información que se suministra desde el teclado.   • Controlar las comunicaciones entre otros sistemas informáticos. • Informarnos de todos los sistemas que la máquina tenga activados (falta de aire, aceite refrigerante). • Informarnos de las diferentes condiciones tecnológicas que se estén usando, RPM, velocidad de corte, velocidad de avance, tipo de herramienta. • Realizar la simulación de mecanizado por pantalla (computador o maquina). • Indicar los posibles errores que se detecten en el sistema. • Etc.

26. Control de ejes y accesorios de máquina (PLC)

27. Sistemas de Torretas Portaherramientas para Tornos

28. Sistemas de Torretas Portaherramientas para Fresadoras Carrusel de herramientas 16 herramientas aprox. Cadena de herramientas 50 herramientas aprox. Tambor de herramientas 10 herramientas aprox.

29. Cambio de Herramientas Fresado

30. Definición de Programa CN • Un programa CN es un conjunto de datos entendible tanto por el hombre como por la máquina, necesarios para la mecanización de una pieza. • Al conjunto de datos que corresponde a una misma fase del mecanizado se le denomina bloque o secuencia. • Los bloques de un programa se numeran para facilitar su búsqueda. • Una secuencia o bloque de programa debe contener todas las funciones geométricas, funciones máquina y funciones tecnológicas del mecanizado. De tal modo, un bloque de programa consta de varias instrucciones. • Este conjunto de bloques es interpretado por el intérprete de órdenes.

31. Creación de Programas • Programación Manual a Pie de Máquina. • Programación en Computador. • Programación mediante sistema CAM

32. A pie de Máquina • Ingreso de Datos • Por Teclado • Por Software • Por Pendrive

33. Tipos de Programación • Programación Manual • A partir del plano, se calcula de forma manual las trayectorias de las herramientas y a continuación, se codifican dichas trayectorias utilizando el lenguaje de programación estructurado contenido en el manual de la MHCN. • Programación Pseudoasistida por computador • Este tipo de programación se realiza cuando se dispone de un programa de Diseño Asistido por Computador CAD, pero no del Modulo de Fabricación Asistida CAM correspondiente • Programación Asistida por Computador. • Programación Conversacional • Por este nombre se entiende una forma de programar en la que el usuario solamente ingresa parámetros a una función o bloque para mecanizar un proceso rápidamente sin tener mucho conocimientos de programación (Ciclo fijo).

34. Programación Manual Información Necesaria • Información Geométrica • Cálculo de contornos y trayectorias compensadas de radios de herramienta (Izquierda-Derecha). • Información Tecnológica: datos y condiciones de mecanizado relacionados con el material, tipo de herramientas y características de la máquina. • El programador debe determinar las trayectorias de las herramientas definidas de acuerdo a con el sistema de referencia de la máquina, las condiciones de trabajo y traducir estos datos a lenguaje máquina.

35. Programación Manual • Características de la programación del CN • Posibilidad de dialogo mediante menú con el operador para la entrada de datos. • Introducción de programas en código ISO, EIA y ASCII. • Programación en radios o diámetros. • Cotas absolutas o incrementales. • Programación del contorno de la pieza; compensación de radio de corte. • Ciclos fijos de mecanizado y medida. • Temporización programable. • Número de programas y subprogramas (o subrutinas). • Saltos de programas condicionales e incondicionales. • Operaciones matemáticas y lógicas. • Simetría. • Memoria para programas, parámetros de máquina, ficheros de herramientas.

36. Definición del Proceso • Estudio del plano de la pieza a fabricar. • Análisis de las operaciones elementales. • Selección de máquinas. • Selección de herramientas. • Definición de las condiciones técnicas del mecanizado. • Diseño de utillajes y sujeción. • Secuencia de fases de trabajo (Hoja de Proceso). • Fase de codificación. • Pruebas y puesta a punto. • Ejecución en vacío. • Ejecución bloque a bloque. • Correr el mecanizado.

37. Programación Asistida por Computador • La programación asistida por computador intenta que la realización de los programas de control numérico sea mas cómoda, utilizando el computador como herramienta de trabajo. • Etapas: • Programa de diseño CAD. • Utilización de librerías de herramientas (CAM). • Generar el camino o trayectoria de la herramienta sobre la pieza (CAM).

38. Estructura de un Programa CNC

39. Estructura de un Programa CNC %001 N10T1.1 N20M06 N30G0G90X0Y0Z0 S 1500 F 150 N40 G01X120Y0Z25 N50G01X120Y45Z25 N60G01X120Y45Z10 N70G01X110Y45Z10 N80G01X40 Y45Z10 N90G01X40Y45Z30 N100M30 INSTRUCCIONES TECNICAS INSTRUCCIONES TECNOLOGICAS INSTRUCCIONES GEOMETRICAS

40. Instrucciones de Movimientos Preparatorios Códigos G

41. Instrucciones de Movimientos Preparatorios Códigos G

42. Instrucciones de Movimientos Preparatorios Códigos G

43. Funciones Auxiliares M(Misceláneas) • Las funciones auxiliares M ejecutan distintas acciones en la máquina-herramienta. • Las funciones auxiliares más utilizadas son:

44. Programación Pieza Torno

45. Programación Pieza Fresadora %003 ; Programa 3 N10 G54 ;Traslado de origen X0 Y0 N20 T1 D1 ;Fresa 1 mm. N30 M6 ;Cambio de herramienta N40 G0 G90 G43 X10 Y10 Z2; Posicionamiento N50 G1 Z-0.5 F250 ; Baja herramienta - V corte 250 N60 Y40 F500 ; Se desplaza a Y40- V corte 500 N70 X50 ; Se desplaza a X50 N80 X60 Y20 ; Se desplaza a X60 Y20 N90 Y10 ; Se desplaza a Y10 N100 X10 ; Se desplaza a X10 N110 G0 Z2 ; D. rápido a Z2 N 120 X0 Y0 ; Vuelve a origen X0 Y0 N130 M30 ; Fin del programa

46. El CNC en la Industria

47. Componentes del CAD/CAM

48. ¿Que nos permite hacer? • Las computadoras, en estos sistemas, han alcanzado mucha difusión por lo siguiente: • Permiten alcanzar una alta precisión. • Elevan la productividad. • Ejecución de trabajos complejos. • Disminución de tiempos muertos. • Concentración de operaciones. • Almacenamiento de información tecnológica. • Racionalización de personal. • Reducción de áreas de trabajo. • Mejoramiento de las condiciones de trabajo.

49. Software CAD/CAM

50. Mecanizado CAD/CAM