Concepto
NC (Control Numérico)
NC es una tecnología que utiliza señales digitales para controlar automáticamente objetos (como el movimiento de la máquina herramienta y su proceso de trabajo), conocido como control numérico.
Tecnología NC
La tecnología NC se refiere a la tecnología de control automático que utiliza números, letras y símbolos para programar un determinado proceso de trabajo.
Sistema NC
El sistema NC se refiere al sistema integrado orgánico de módulos de software y hardware que realizan las funciones de la tecnología NC. Es el portador de la tecnología NC.
Sistema CNC (Sistema de control numérico por computadora)
El sistema CNC (Control Numérico por Computadora) se refiere al sistema de control numérico con la computadora como núcleo.
La máquina CNC se refiere a una máquina herramienta que utiliza tecnología de control numérico computarizado para controlar el proceso de mecanizado, o una máquina herramienta equipada con un sistema de control numérico computarizado.
Definición de NC
El control numérico es la forma completa de control numérico para máquinas herramienta. El control numérico (NC) permite que un operador se comunique con las máquinas herramienta a través de números y símbolos.
Definición CNC
CNC es el nombre abreviado de Control Numérico Computacional, que es una tecnología automática de control de máquinas herramienta para completar el mecanizado automatizado con software CAD/CAM en el proceso de fabricación moderno. Las nuevas máquinas herramienta con CNC han permitido a la industria producir de manera consistente piezas con precisiones inimaginables hace solo unos años. La misma pieza se puede reproducir con el mismo grado de precisión cualquier número de veces si el programa se ha preparado correctamente y la computadora se ha programado correctamente. Los comandos operativos de código G que controlan la máquina herramienta se ejecutan automáticamente con alta velocidad, precisión, eficiencia y repetibilidad.
El mecanizado CNC es un proceso de fabricación computarizado. La máquina está conectada a una computadora, que le indica dónde moverse. Primero, el operador crea la trayectoria de la herramienta. Para ello, utiliza un programa de software para dibujar las formas y crear la trayectoria que seguirá la máquina.
El uso cada vez mayor en la industria ha creado la necesidad de personal con conocimientos y capacidad para preparar los programas que guían a las máquinas herramienta para producir piezas con la forma y precisión requeridas. Con esto en mente, los autores han preparado este libro de texto para desmitificar el CNC, para ponerlo en una secuencia lógica y expresarlo en un lenguaje sencillo que todos puedan entender. La preparación de un programa se explica en un procedimiento lógico paso a paso, con ejemplos prácticos para guiar al usuario.
Componente
La tecnología CNC consta de 3 partes: marco de la cama, sistema y tecnología periférica.
El kit de bastidor se compone principalmente de piezas básicas como cama, columna, riel guía, mesa de trabajo y otras piezas de soporte como portaherramientas y almacén de herramientas.
El sistema de control numérico está compuesto por un equipo de entrada/salida, un dispositivo de control numérico computarizado, un controlador lógico programable (PLC), un dispositivo de servoaccionamiento del husillo, un dispositivo de servoaccionamiento de avance y un dispositivo de medición. Entre ellos, el dispositivo es el núcleo del sistema de control numérico.
La tecnología periférica incluye principalmente tecnología de herramientas (sistema de herramientas), tecnología de programación y tecnología de gestión.
Glosario
CNC:Control numérico por computadora.
G-Code:Un lenguaje de máquina herramienta de control numérico (NC) universal que especifica los puntos del eje a los que se moverá la máquina.
CAD:Diseño asistido por computadora.
FAO:Fabricación asistida por computadora.
Cuadrícula: El movimiento mínimo o avance del husillo. El husillo se mueve automáticamente a la siguiente posición de la cuadrícula cuando el botón se activa o desactiva en modo continuo o por pasos.
PLT (HPGL): Lenguaje estándar para imprimir dibujos lineales basados en vectores, compatible con archivos CAD.
Trayectoria: Ruta codificada y definida por el usuario que sigue la herramienta de corte para mecanizar la pieza de trabajo. Una trayectoria de herramienta de “bolsillo” corta la superficie de la pieza de trabajo; una trayectoria de herramienta de “perfil” o “contorno” corta completamente para separar la forma de la pieza de trabajo.
Bajar:Distancia en el eje Z que la herramienta de corte se sumerge en el material.
Paso sobre:Distancia máxima en el eje X o Y que la herramienta de corte tocará con el material sin cortar.
Motores paso a paso: Un motor de CC que se mueve en pasos discretos al recibir señales o "pulsos" en una secuencia particular, lo que da como resultado un posicionamiento y un control de velocidad muy precisos.
Eje de velocidad:Velocidad de rotación de la herramienta de corte (RPM).
Corte Convencional:La cuchilla gira en sentido contrario al de avance. Produce un mínimo de vibraciones, pero puede provocar desgarros en determinadas maderas.
Método sustractivo:La broca elimina material para crear formas. (Lo opuesto al método aditivo).
Tasa de alimentación:Velocidad a la que la herramienta de corte se mueve a través de la pieza de trabajo.
Posición inicial (máquina cero):Punto cero designado por la máquina, determinado por interruptores de límite físicos. (No identifica el origen real del trabajo al procesar una pieza de trabajo).
Corte de escalada: La cuchilla gira en la dirección de avance. El corte ascendente evita el desgarro, pero puede provocar marcas de vibración con una broca de estrías rectas; una broca de estrías en espiral reducirá la vibración.
Origen del trabajo (Trabajo cero): El punto cero designado por el usuario para la pieza de trabajo, desde el cual el cabezal realizará todos sus cortes. Los ejes X, Y y Z se establecen en cero.
LCD:Pantalla de cristal líquido (utilizada en el controlador).
U disco:Dispositivo de almacenamiento de datos externo que se inserta en una interfaz USB.
Caracteristicas
Alta Precisión
Las máquinas CNC son productos mecatrónicos altamente integrados, que se componen de maquinaria de precisión y sistemas de control automático. Tienen una alta precisión de posicionamiento y precisión de posicionamiento repetitivo. El sistema de transmisión y la estructura tienen alta rigidez y estabilidad para reducir los errores. Por lo tanto, la máquina de control numérico computarizado tiene una mayor precisión de mecanizado, especialmente la consistencia de la fabricación de piezas en el mismo lote, y la calidad del producto es estable, la tasa de aprobación es alta, lo que es incomparable con las máquinas herramienta comunes.
High Efficiency
Las máquinas CNC pueden utilizar una mayor cantidad de corte, lo que ahorra efectivamente tiempo de procesamiento. También tienen cambio automático de velocidad, cambio automático de herramienta y otras funciones de operación automática, que acortan en gran medida el tiempo auxiliar, y una vez que se forma un proceso de procesamiento estable, no hay necesidad de realizar inspecciones y mediciones entre procesos. Por lo tanto, la productividad del mecanizado de control numérico computarizado es 3-4 veces mayor que la de las máquinas herramienta comunes, o incluso más.
Alta adaptabilidad
Las máquinas CNC realizan el procesamiento automático según el programa de las piezas procesadas. Cuando el objeto de mecanizado cambia, siempre que se cambie el programa, no es necesario utilizar equipos de procesamiento especiales, como patrones y plantillas. Esto es útil para acortar el ciclo de preparación de la producción y promover la sustitución del producto.
Alta maquinabilidad
Algunas piezas mecánicas formadas por curvas complejas y superficies curvas son difíciles de procesar o incluso imposibles de completar con técnicas convencionales y operaciones manuales, y pueden realizarse fácilmente mediante máquinas CNC utilizando un enlace de ejes de múltiples coordenadas.
Alto Valor Económico
Los centros de mecanizado CNC utilizan principalmente la concentración de procesos y una máquina es multipropósito. En el caso de una sola sujeción, se pueden procesar la mayoría de las piezas. Pueden reemplazar varias máquinas herramienta comunes. Esto no solo puede reducir los errores de sujeción, ahorrar tiempo auxiliar entre el transporte, la medición y la sujeción entre procesos, sino que también reduce los tipos de máquinas herramienta, ahorra espacio y brinda mayores beneficios económicos.
Pros y Contras
Ventajas
Seguridad
El operador de la máquina CNC está separado de forma segura de todas las piezas afiladas por una estructura de protección especial. Puede ver lo que ocurre en la máquina a través del cristal, pero no necesita acercarse a la fresadora ni al husillo. El operador tampoco tiene que tocar el refrigerante. Dependiendo del material, algunos líquidos pueden ser nocivos para la piel humana.
Ahorre costos laborales
Hoy en día, las máquinas herramienta convencionales requieren una atención constante, lo que significa que cada trabajador solo puede trabajar en una máquina. Cuando llegó la era del CNC, las cosas cambiaron drásticamente. La mayoría de las piezas tardan al menos 30 minutos en procesarse cada vez que se instalan. Pero las máquinas de control numérico por computadora lo hacen cortando las piezas ellas mismas. No es necesario tocar nada. La herramienta se mueve automáticamente y el operador simplemente comprueba si hay errores en el programa o en los ajustes. Dicho esto, los operadores de CNC se dan cuenta de que tienen mucho tiempo libre. Este tiempo se puede utilizar para otras máquinas. Así que un operador, muchas máquinas herramienta. Esto significa que se puede ahorrar mano de obra.
Error de configuración mínima
Las máquinas herramienta tradicionales dependen de la habilidad del operador con las herramientas de medición, y los buenos trabajadores pueden garantizar que las piezas se ensamblen con alta precisión. Muchos sistemas CNC utilizan sondas de medición de coordenadas especializadas. Por lo general, se montan en el husillo como una herramienta y se toca la pieza fija con una sonda para determinar su posición. Luego, se determina el punto cero del sistema de coordenadas para minimizar el error de configuración.
Excelente monitoreo del estado de la máquina
El operador debe identificar los fallos de mecanizado y las herramientas de corte, y sus decisiones pueden no ser las óptimas. Los modernos centros de mecanizado CNC están repletos de diferentes sensores. Puede controlar el par, la temperatura, la vida útil de la herramienta y otros factores mientras mecaniza su pieza de trabajo. En función de esta información, puede refinar el proceso en tiempo real. Por ejemplo, ve que la temperatura es demasiado alta. Las temperaturas más altas significan desgaste de la herramienta, malas propiedades del metal, etc. Puede reducir el avance o aumentar la presión del refrigerante para solucionarlo. A pesar de lo que muchos dicen, el mecanizado es el método de fabricación más extendido en la actualidad. Todas las industrias utilizan el mecanizado en algún grado.
Precisión estable
¿Qué es más estable que un programa informático probado? El movimiento del instrumento es siempre el mismo porque su precisión depende únicamente de la precisión de los motores paso a paso.
Menos ejecuciones de prueba
El mecanizado tradicional inevitablemente tiene algunas piezas de prueba. El trabajador tiene que acostumbrarse a la tecnología, seguramente se perderá algo al hacer la primera pieza y probar la nueva tecnología. Los sistemas CNC tienen una forma de evitar las pruebas de funcionamiento. Emplean un sistema de visualización que permite al operador ver realmente el inventario después de que todas las herramientas hayan pasado por él.
Fácil mecanizado de superficies complejas
Fabricar superficies complejas con alta precisión es casi imposible con el mecanizado convencional, ya que requiere mucho trabajo físico. Los sistemas CAM pueden formar automáticamente trayectorias de herramientas para cualquier superficie, sin necesidad de realizar ningún esfuerzo. Esta es una de las mayores ventajas de la tecnología de mecanizado CNC moderna.
Menos desperdicio de materiales
El programa CNC utiliza algoritmos para optimizar la estructura de la pieza. En combinación con software de diseño automático, elimina el material redundante, logrando un diseño ligero y minimizando el desperdicio de material.
Mayor flexibilidad
El método tradicional es el de las fresadoras para ranuras o superficies planas, los tornos para cilindros y conos y las taladradoras para agujeros. El mecanizado CNC puede combinar todo lo anterior en una sola máquina herramienta. Como las trayectorias de las herramientas se pueden programar, se puede replicar cualquier movimiento en cualquier máquina. Así, tenemos centros de fresado que pueden hacer piezas cilíndricas y tornos que pueden fresar ranuras. Todo esto reduce la preparación de la pieza.
Contras
• Se requieren altos conocimientos y habilidades para los operadores de máquinas y el personal de mantenimiento.
• Iniciar un negocio de mecanizado CNC requiere un alto coste de inversión inicial.
• El tiempo de inactividad debido a fallas de las máquinas afecta significativamente la eficiencia de la producción.
Aplicaciones
Desde la perspectiva de la tecnología CNC y las aplicaciones de equipos en el mundo, sus principales áreas de aplicación son las siguientes:
Industria manufacturera
La industria de fabricación de maquinaria es la primera industria en aplicar la tecnología de control numérico computarizado y es responsable de proporcionar equipos avanzados para varias industrias de la economía nacional. Las principales aplicaciones son el desarrollo y fabricación de centros de mecanizado verticales de 5 ejes para equipos militares modernos, centros de mecanizado de 5 ejes, fresadoras de pórtico de 5 ejes a gran escala, líneas de fabricación flexibles para motores, cajas de cambios y cigüeñales en la industria automotriz y centros de mecanizado de alta velocidad, así como robots de soldadura, ensamblaje y pintura, máquinas de soldadura láser de placas y máquinas de corte láser, centros de mecanizado de 5 coordenadas de alta velocidad para mecanizar hélices, motores, generadores y piezas de álabes de turbinas en las industrias de aviación, marina y generación de energía, centros de mecanizado complejos de torneado y fresado de servicio pesado.
Industria de la información
En la industria de la información, desde computadoras hasta redes, comunicaciones móviles, telemetría, control remoto y otros equipos, es necesario adoptar equipos de fabricación basados en tecnología de superprecisión y nanotecnología, como máquinas de unión por cable para la fabricación de chips y máquinas de litografía de obleas. El control de estos equipos necesita utilizar tecnología de control numérico computarizado.
Industria de equipos médicos
En la industria médica, muchos equipos modernos de diagnóstico y tratamiento médico han adoptado tecnología de control numérico, como instrumentos de diagnóstico por TC, máquinas de tratamiento de cuerpo entero y robots quirúrgicos mínimamente invasivos basados en guía visual; se requieren ortodoncia y restauración dental en estomatología.
Equipamiento militar
Muchos equipos militares modernos utilizan tecnología de control de movimiento servo, como el control automático de puntería de la artillería, el control de seguimiento del radar y el control de seguimiento automático de misiles.
Otras Industrias
En la industria ligera, existen máquinas de impresión, maquinaria textil, maquinaria de embalaje y maquinaria para trabajar la madera que utilizan control servo multieje. En la industria de materiales de construcción, existen máquinas de corte por chorro de agua controladas numéricamente por computadora para el mecanizado de piedra, máquinas de grabado de vidrio controladas numéricamente por computadora para el mecanizado de vidrio, máquinas de coser controladas numéricamente por computadora utilizadas para el procesamiento de Simmons y máquinas de bordar controladas numéricamente por computadora utilizadas para el procesamiento de ropa. En la industria del arte, cada vez se producirán más artesanías y obras de arte utilizando máquinas CNC de 5 ejes de alto rendimiento.
La aplicación de la tecnología de control numérico no solo trae cambios revolucionarios a la industria manufacturera tradicional, convirtiendo a la industria manufacturera en un símbolo de la industrialización, sino que también con el desarrollo continuo de la tecnología de control numérico y la expansión de los campos de aplicación, ha jugado un papel cada vez más importante en la economía nacional y el sustento de las personas (por ejemplo, TI y automóvil), la industria ligera, el tratamiento médico, porque la digitalización de los equipos requeridos en estas industrias se ha convertido en una tendencia importante en la fabricación moderna.
Tendencias
Alta velocidad / Alta precisión
La alta velocidad y la precisión son los objetivos eternos del desarrollo de las máquinas herramienta. Con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, la velocidad de sustitución de los productos electromecánicos se acelera y los requisitos de precisión y calidad de la superficie del procesamiento de las piezas también son cada vez mayores. Para satisfacer las necesidades de este mercado complejo y cambiante, las máquinas herramienta actuales se están desarrollando en la dirección del corte de alta velocidad, el corte en seco y el corte cuasi seco, y la precisión del mecanizado mejora constantemente. Además, la aplicación de motores lineales, husillos eléctricos, rodamientos de bolas de cerámica, tornillos y tuercas de bolas de alta velocidad, rieles de guía lineal y otros componentes funcionales también ha creado las condiciones para el desarrollo de máquinas herramienta de alta velocidad y precisión. La máquina herramienta de control numérico por computadora adopta un husillo eléctrico, que elimina los eslabones como correas, poleas y engranajes, lo que reduce en gran medida el momento de inercia del accionamiento principal, mejora la velocidad de respuesta dinámica y la precisión de trabajo del husillo, y resuelve por completo el problema de la vibración y el ruido cuando el husillo funciona a alta velocidad. El uso de la estructura de husillo eléctrico puede hacer que la velocidad del husillo alcance más de 10000 r/min. El motor lineal tiene una alta velocidad de accionamiento, buenas características de aceleración y desaceleración, y tiene excelentes características de respuesta y precisión de seguimiento. El uso de un motor lineal como servoaccionamiento elimina el enlace de transmisión intermedio del husillo de bolas, elimina el espacio de transmisión (incluido el juego), la inercia de movimiento es pequeña, la rigidez del sistema es buena y se puede posicionar con precisión a alta velocidad, mejorando así en gran medida la precisión del servo. Debido a su espacio libre cero en todas las direcciones y a una fricción de rodadura muy pequeña, el par de guías de rodadura lineal tiene un desgaste pequeño y una generación de calor insignificante, y tiene una estabilidad térmica muy buena, lo que mejora la precisión de posicionamiento y la repetibilidad de todo el proceso. Mediante la aplicación del motor lineal y el par de guías de rodadura lineal, la velocidad de movimiento rápido de la máquina se puede aumentar de los 10-20 m/min originales a 60-80m/min, o incluso tan alto como 120m/ min.
Alta Confiabilidad
La fiabilidad es un indicador clave de la calidad de las máquinas herramienta controladas numéricamente por ordenador. La clave para que la máquina pueda ofrecer un alto rendimiento, una alta precisión y una alta eficiencia y obtener buenos beneficios depende de su fiabilidad.
Diseño de máquinas CNC con CAD, diseño estructural con modularización
Con la popularización de las aplicaciones informáticas y el desarrollo de la tecnología de software, la tecnología CAD se ha desarrollado ampliamente. El CAD no solo puede reemplazar el tedioso trabajo de dibujo por trabajo manual, sino que, lo que es más importante, puede llevar a cabo la selección del esquema de diseño y el análisis de características estáticas y dinámicas, el cálculo, la predicción y el diseño de optimización de máquinas completas a gran escala, y puede llevar a cabo la simulación dinámica de cada parte de trabajo de todo el equipo. Sobre la base de la modularidad, el modelo geométrico tridimensional y el color realista del producto se pueden ver en la etapa de diseño. El uso de CAD también puede mejorar en gran medida la eficiencia del trabajo y mejorar la tasa de éxito de un solo diseño, acortando así el ciclo de producción de prueba, reduciendo los costos de diseño y mejorando la competitividad del mercado. El diseño modular de los componentes de la máquina herramienta no solo puede reducir el trabajo repetitivo, sino que también responde rápidamente al mercado y acorta los ciclos de desarrollo y diseño del producto.
Composición funcional
El propósito de la composición funcional es mejorar aún más la eficiencia de producción de la máquina herramienta y minimizar el tiempo auxiliar no mecanizado. A través de la composición de funciones, se puede ampliar el rango de uso de la máquina herramienta, se puede mejorar la eficiencia y se puede lograr la versatilidad y la multifuncionalidad de una máquina, es decir, una máquina CNC puede realizar tanto la función de torneado como el proceso de fresado. El rectificado también es posible en las máquinas herramienta. El centro compuesto de torneado y fresado controlado numéricamente por computadora trabajará con los ejes X, Z, C e Y al mismo tiempo. A través del eje C y el eje Y, se puede realizar el fresado plano y el mecanizado de orificios y ranuras descentrados. La máquina también está equipada con un potente soporte de herramienta y un subhusillo. El subhusillo adopta una estructura de husillo eléctrico incorporada, y la sincronización de velocidad de los husillos principal y secundario se puede realizar directamente a través del sistema de control numérico. La pieza de trabajo de la máquina herramienta puede completar todo el procesamiento en una sola sujeción, lo que mejora enormemente la eficiencia.
Inteligente, en red, flexible e integrado
El equipo CNC en el siglo XXI será un sistema con cierta inteligencia. El contenido de inteligencia incluye todos los aspectos del sistema de control numérico: para perseguir la inteligencia en la eficiencia y calidad del mecanizado, como el control adaptativo del proceso de mecanizado, los parámetros del proceso se generan automáticamente; para mejorar el rendimiento de conducción y utilizar la inteligencia en conexión, como el control de avance, el funcionamiento autoadaptativo de los parámetros del motor, la identificación automática de la carga, la selección automática del modelo, el autoajuste, etc.; programación simplificada, inteligencia de operación simplificada, como la programación automática inteligente, la interfaz inteligente, el diagnóstico inteligente, el monitoreo inteligente y otros aspectos para facilitar el diagnóstico y el mantenimiento del sistema. El equipo de control numérico en red es un punto caliente en el desarrollo de máquinas herramienta en los últimos años. La red de equipos CNC satisfará en gran medida las necesidades de las líneas de producción, los sistemas de fabricación y las empresas de fabricación para la integración de la información, y también es la unidad básica para realizar nuevos modelos de fabricación, como la fabricación ágil, las empresas virtuales y la fabricación global. La tendencia de desarrollo de las máquinas de control numérico por computadora hacia sistemas de automatización flexibles es: desde el punto (autónomo, centro de mecanizado y centro de mecanizado compuesto), línea (FMC, FMS, FTL, FML) hasta la superficie (isla de fabricación independiente en taller, FA), cuerpo (CIMS, sistema de fabricación integrado de red distribuida), por otro lado, para enfocarse en la dirección de la aplicación y la economía. La tecnología de automatización flexible es el principal medio para que la industria manufacturera se adapte a las demandas dinámicas del mercado y actualice rápidamente los productos. Su enfoque es mejorar la confiabilidad y la practicidad del sistema como premisa, con el objetivo de una fácil interconexión e integración, y prestar atención al fortalecimiento del desarrollo y la mejora de la tecnología de la unidad. Las máquinas autónomas CNC se están desarrollando en la dirección de alta precisión, alta velocidad y alta flexibilidad. Las máquinas CNC y sus sistemas de fabricación flexibles constituyentes se pueden conectar fácilmente con CAD, CAM, CAPP y MTS, y desarrollar hacia la integración de la información. El sistema de red se desarrolla en la dirección de la apertura, la integración y la inteligencia.
Resumen
En resumen, la tecnología CNC está presente en nuestro trabajo y vida diaria, desde pequeños talleres hasta grandes plantas de fabricación. Las máquinas CNC son capaces de todo, desde tallar y cortar artesanías de madera personalizadas hasta tornear y fresar piezas metálicas de precisión. Son muy demandadas por todos, desde aficionados al bricolaje hasta fabricantes industriales. Las máquinas CNC aumentan la productividad a la vez que ahorran mano de obra y materiales, lo que las convierte en el aliado perfecto para iniciar un nuevo negocio o modernizar una línea de producción obsoleta.
