CNC: Aspectos Básicos de lo Complejo - Revista Metal Actual

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AUTOMATIZACIÓN
Luego de
programar el
CNC, no es
necesaria la
intervención
del operario
en el proceso.
CNC:
Aspectos Básicos de lo Complejo
SENA
Centro Metalmecánico Distrito Capital
La tecnología CNC
posee códigos
elementales
que indican a
la máquina la
operación a realizar,
dichos códigos
son universales
y sencillos para
facilitar la
programación de la
computadora.
Foto: Metal Actual
El mundo evoluciona en todo momento con tecnologías
que suplen nuevas necesidades o mejoran la forma de
llevar a cabo un procedimiento tradicional. La industria
metalmecánica no es ajena a esto y por ende se han creado
procesos automatizados manejados con CNC (Control
Numérico Computarizado) que facilitan el mecanizado
de piezas complejas para las industrias, y garantizan
factores como precisión dimensional, mejores acabados
superficiales, rapidez y flexibilidad.
En el texto los lectores encontrarán una introducción básica
al CNC, y tiene como objetivo que las personas que
no tengan conocimiento en el tema conozcan los fundamentos
elementales de una tecnología que, aunque
tiene años de evolución, muchas personas vinculadas a
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la industria no poseen una noción
clara de lo que es realmente. Por
ende, no serán profundizados temas
complejos que también conforman
el CNC, y pueden tener mayor
relevancia para industriales que lo
manejan y han adquirido conocimientos
profundos en la materia.
En las máquinas CNC, a diferencia de
las convencionales o manuales, una
computadora controla la posición y
la velocidad de los motores que accionan
los ejes de estas, hecho por el
cual pueden hacer movimientos que
no se logran manualmente como
círculos, líneas diagonales y figuras
tridimensionales complejas.
Dicha computadora controla el movimiento
de la mesa, los carros y el
husillo de la máquina que, una vez
programada, ejecuta las operaciones
autónomamente sin intervención
del operario; acción que permite
aprovechar mejor el tiempo del personal
y aumentar su productividad.
La tecnología CNC es capaz de mover
la herramienta al mismo tiempo en
los tres ejes (X, Y y Z), explicados más
adelante, para ejecutar trayectorias
tridimensionales como las requeridas
para el maquinado de complejos
moldes y troqueles.
El origen del CNC se dio a principios
de los años cincuenta en el Instituto
de Tecnología de Massachusetts
(MIT), donde se automatizo por
primera vez una fresadora. Las computadoras
que ejecutaban el control
Foto: Metal Actual
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Fotos: Metal Actual
Máquina CNC
dotada de los
componentes
CAD-CAM, para
el maquinado
de piezas.
eran de gran tamaño y ocupaban
mayor espacio que el de la máquina
como tal, debido a que era el inicio
de su implementación y desarrollo.
En el presente, las computadoras
son cada vez más pequeñas y accesibles,
por lo que el uso del CNC se
ha extendido e implementado en
maquinaria como: tornos, rectificadoras,
electroerosionadoras, punzonadoras,
dobladoras, que ejecutan
taladrado, doblado, punzonado,
torneado, entre otras funciones.
“El nombre de control numérico fue
adoptado debido a que las órdenes
dadas a la máquina son indicadas mediante
códigos numéricos. Por ejem-
Introducción de
los códigos a la
máquina para que
elabore la pieza.
AUTOMATIZACIÓN
plo, para ordenarle a la máquina que
mueva la herramienta describiendo
un cuadrado de 10mm por lado, se
escribirían los siguientes códigos:
G90 G71: Prepara al sistema para
recibir órdenes en forma de códigos
numéricos.
G00 X0 Y0: Posicionamiento de
la herramienta antes de iniciar la
operación.
G1 X10: Ejecución lineal del maquinado.
La X significa el eje horizontal
y el 10 la medida en mm que maquinará
la herramienta en la pieza.
G1 Y10: Ejecución lineal del maquinado.
La Y significa el eje vertical
y el 10 la medida en mm que maquinará
la herramienta en la pieza.
G1 X0: Devolución de la herramienta
a la posición inicial, en el eje X.
G1 Y0”: Devolución de la herramienta
a la posición inicial, en el eje Y.
El conjunto de órdenes que siguen
una secuencia lógica constituyen
un programa de maquinado. Ingresando
las órdenes o instrucciones
adecuadas a la máquina, ésta es
capaz de maquinar una simple ranura,
una cavidad irregular, la cara de
una persona en alto o bajo relieve,
un grabado artístico, un molde de
inyección de una cuchara o una botella,
o lo que el operador requiera.
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AUTOMATIZACIÓN
Para esto, la tecnología CNC ofrece
cuatro formas de programación:
manual, pseudo asistida por computador,
conversacional y asistida por
computador; para que el operario
utilice la que más se acomode a sus
necesidades.
La programación manual es aquella
en la que, a partir del plano,
se calculan de forma manual las
trayectorias de las herramientas y,
a continuación, se codifican dichas
trayectorias utilizando un lenguaje
de programación.
La Pseudo asistida por computador
es llevada a cabo cuando el operario
dispone de un programa de diseño
asistido por computador CAD (Computer
Aided Design), pero no cuenta
con el módulo de fabricación asistida
correspondiente, CAM (Computer
Aided Manufacturing).
En la asistida por computador el
operario utiliza el ordenador como
herramienta de trabajo CAD-CAM,
hecho que le permite realizar modelos
bidimensionales y tridimensionales
de las principales características
de la pieza que quiera fabricar como
tamaño, forma, geometría entre
otras, para su posterior elaboración.
Por último, cuando es utilizada la
programación CNC conversacional, el
operario es conducido por la máquina
a través de preguntas, con el fin
de introducir los programas y códigos
necesarios para realizar la pieza.
Lenguaje de Programación
Para evitar inconvenientes operacionales
en el momento en que las
máquinas se utilizaran en países
diferentes a donde fueron elaboradas,
se estableció una programación
nativa en la mayoría de las máquinas
CNC, que se maneja mediante un
lenguaje G y M.
Se trata de un lenguaje de programación
vectorial mediante el cual
se describen acciones simples y entidades
geométricas sencillas (básica,
segmentos de recta y arcos de circunferencia),
junto con sus paráme-
Tabla 1. Códigos Básicos CNC
Códigos Generales Códigos Misceláneos
G00 Posicionamiento rápido (sin maquinar). M00 Parada opcional
G01 Interpolación lineal (maquinando). M03 Giro del husillo en sentido de horario
G02 Interpolación circular (horaria). M04 Giro del husillo en sentido anti-horario
G03 Interpolación circular (anti-horario). M05 Detener el husillo
G04 Tiempo de espera M06 Cambio de herramienta
G21 Unidades métricas M08 Abrir el paso de refrigerante
G40 Cancelar compensación de radio. M09 Cerrar el paso de refrigerante
G41
Compensación de radio de herramienta a la
izquierda
M30 Final de programa y volver a la línea de inicio
G42
Compensación de radio de herramienta a la
derecha.
G28 Volver al home de la máquina
G90 Coordenadas absolutas
G91 Coordenadas incrementales
G94 Avance en mm/minuto
G95 Avance en mm/revolución.
tros de maquinado (velocidades de
husillo y avance de la herramienta).
El nombre G y M fue establecido por
el hecho de que el programa está
constituido por instrucciones Generales
y Misceláneas. Si bien es cierto
que en el mundo aún existen diferentes
lenguajes de programación
con códigos G y M; los fabricantes
dieron un paso adelante a través de
la estandarización ISO.
Dicha estandarización fue adoptada
por la totalidad de fabricantes industriales
de CNC, y permite utilizar
los mismos programas en distintas
máquinas CNC de manera directa
o con adaptaciones menores. En la
tabla 1 son presentados los códigos
básicos utilizados en CNC:
Ejes y Sistemas de Referencia
El objetivo de un control numérico
es controlar el movimiento y posicionamiento
de los ejes; dicho control
gobernará los actuadores, generalmente
motores eléctricos rotativos,
que en muchas ocasiones usan convertidores
rotatorios lineales para
producir movimientos lineales.
La posición de los diversos puntos
a alcanzar está determinada en las
coordenadas introducidas en los
sistemas para tal fin, que pueden
ser fijas en el espacio o programarse
al inicio de la operación. Durante
el desarrollo de los programas, es
posible usar coordenadas relativas
o incrementales, que básicamente
permiten iniciar una nueva ubicación
respecto a la última condenada
programada, teniendo en cuenta los
ejes de referencia.
El eje Z coincide con la dirección del
husillo principal, que es el encargado
de proporcionar la potencia de
corte. El sentido positivo del eje Z
aumenta la distancia a la pieza, es
decir, se aleja de la misma.
Por otro lado se encuentra el eje
X, que representa la traslación
horizontal y es perpendicular al eje
Z. En las máquinas que generan
superficies de revolución por medio
de rotación del eje de la pieza, el eje
X es radial y paralelo a las guías del
carro trasversal, y su sentido positivo
es el que sale hacia el exterior del eje
de rotación Z.
El tercer eje es el Y, que describe la
traslación principal perpendicular al
plano XZ, elegido de manera que
forme un triedro -cuerpo geométrico,
poliedro, de tres caras- a la
derecha con los ejes X y Z, es decir,
su sentido positivo.
Luego de tener claro lo básico del
CNC, el operario debe seguir ciertos
pasos lógicos para la elaboración de
la pieza sin contratiempos:
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• Estudio del plano de la pieza a fabricar.
• Análisis de las operaciones elementales.
• Selección de las máquinas.
• Selección de las herramientas.
• Definición de las condiciones técnicas de mecanizado.
• Diseño de utillajes.
• Secuencias de las fases de trabajo.
• Centros de Mecanizado
A continuación, es llevado a cabo un ejercicio básico de
programación en CNC para elaborar una pieza sencilla.
En este ejemplo se muestran los pasos que el operario
debe tener en cuenta para ejecutar de forma idónea el
mecanizado de la pieza.
Foto: Metal Actual
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Elaboración de la pieza en el
programa de diseño (determinar
medidas y forma)
Escritura
manual del
programa
utilizando los
códigos G y M,
en el software
WINNC Fanuc
21T, Sistema de
Coordenadas
Absolutas,
avance en mm/
revolución.

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Foto: Metal Actual
AUTOMATIZACIÓN
Foto: Sena Centro Metal Mecánico Bogotá
Simulación de
cómo quedará
la pieza.
Realización de
la pieza por la
máquina CNC.
Introducir
los códigos a
un programa
simulador, para
que realice la
pieza. Esta imagen
corresponde a la
pieza en bruto lista
para la ejecución
del mecanizado.
Foto: Sena Centro Metal Mecánico Bogotá
Introducción
de los códigos
a la máquina
CNC para
realizar la
pieza.
Foto: Metal Actual
Origen y Concepto del Centro de Mecanizado
Otro aspecto para tener en cuenta de la tecnología CNC
es que ha permitido originar los centros de mecanizado,
que logran elaborar piezas que demandan diferentes
procedimientos para su conformado, en menor tiempo.
El centro de mecanizado ha sido el resultado de la evolución
lógica de la “máquina-herramienta de fresar”,
en un contexto en el cual era necesario aumentar la
productividad, la flexibilidad y la precisión; al tiempo
que se mejoraban las condiciones de seguridad de los
trabajadores, todo ello acompañado por la incorporación
de la electrónica.
Las características esenciales de un centro de mecanizado
son que está dotado de un control numérico, puede
realizar otras operaciones de mecanizado además del
fresado y dispone de un cambiador de herramientas
automático.
El control numérico permite realizar, al cambiar de herramienta,
distintas operaciones de mecanizado como
fresado, taladrado y roscado. El sistema de cambio de
herramienta está gobernado por el control numérico de
la máquina y responde a conceptos estructurales, necesidades
y soluciones de diseño distintas, pero, en todos
los casos, debe asegurar la posibilidad de efectuar un
cambio de herramienta en el transcurso de ejecución de
un programa pieza,
La tecnología CNC es una alternativa efectiva para los
industriales que requieran elaborar piezas en poco
tiempo y con la precisión necesaria para evitar defectos
de fabricación. Además, brinda mayor seguridad a los
operarios que manejan las máquinas que tienen dicha
tecnología.
Fuentes
Pantalla
máquina
CNC sin
códigos
para
ejecutar.
• Carlos Bernal, Instructor CMM Sena Bogotá,
• www.gestiopolis.com - www.wikipedia.com
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