INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA UNIVERSIDAD DAVINCI
CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC UNIDAD III CONTROL NUMÉRICO
TEMA 3.2 Introducción al control numérico computarizado (CNC)
Facilitador y desarrollador de materiales: Victor Raúl Camargo Ruiz
Abril 2016 3.4 Introducción al control numérico computarizado (CNC) La evolución de la computadora para el manejo de dispositivos externos dio el origen al Control Numérico Computarizado. De manera que ahora se cuenta con elementos que no solo realizan cálculos a gran velocidad, sino que pueden convertir esas operaciones en órdenes de ejecución precisa. Esto obligó al desarrollo de elementos que amplifiquen o reduzcan las señales entre la computadora y los dispositivos de campo. De manera general la diferencia entre una máquina CNC y una CN radica en el sistema de control, dónde: •
La introducción de datos ya no ocurre a través de tarjetas perforadas o cintas de grabación. En cambio, en un sistema CNC los programas se introducen mediante un teclado.
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En una máquina CN, cualquier error detectado obliga a reescribir el programa completo. En una máquina CNC cualquier error puede ser editable y modificado a pie de máquina de forma inmediata.
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La información de un proceso de maquinado en una máquina CN se envía en bloque, es decir incluyendo referencias y parámetros (offsets) de herramientas, de modo que cualquier cambio en estas referencias y parámetros implicaban un programa nuevo. Hoy en día la información de los equipos CNC está seccionada convenientemente, generando diversos editores entre los que se destacan: El editor del programa, el editor de referencias (Cero pieza) y el editor de parámetros de herramientas. Por lo que, si hay que ejecutar modificaciones, solo se realizarán en el editor correspondiente.
Introducci贸n independiente de par谩metros de herramientas (tomada de https://cache.industry.siemens.com/dl/files/380/28803380/att_20611/v1/TUSM_0806_es.pdf)
Introducci贸n independiente de ceros pieza (tomada de https://cache.industry.siemens.com/dl/files/380/28803380/att_20611/v1/TUSM_0806_es.pdf)
No existen diferencias entre una máquina de Control Numérico y una máquina de Control Numérico Computarizado en los siguientes rubros: •
Sistemas de Transmisión.
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Sistemas de Movimiento.
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Sistemas de husillo o cabezal.
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Sistemas de sujeción de pieza.
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Sistemas de Intercambio de herramienta.
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Sistemas de medición.
En la Figura 3.4.1 se muestra la estructura de una Máquina de Control Numérico Computarizado moderna:
Figura 3.4.1 Máquina de Control Numérico Actual La programación se realiza fundamentalmente a través del G Code, o lenguajes conversacionales que pueden ser introducidos: •
A pie de máquina.
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Cargando el programa desde un elemento de respaldo de información (Disco, memoria SD, o USB).
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Transfiriendo el programa mediante protocolos RS232 o Ethernet desde una PC externa al equipo.
La trasmisión de información de los programas hacia los equipos CNC con los diversos protocolos posibles se explica en el siguiente apartado. Transferencia de datos RS232C Durante los años 60´s la EIA (Electronic Industries Asociation, llamada a partir de 1997 Electronic Industries Alliance) inició el desarrollo de
una interfaz de
comunicación para intercambio de datos a través de líneas telefónicas por lo que se necesitaban lograr la traducción de señales (analógica-digital y digitalanalógica). Este estándar fue establecido en 1962 y nombrado RS 232 (Recommended Standard number 232). Dicho estándar ha sufrido diversas modificaciones desde su creación siendo la más popular la revisión C (RS232C) implementada en 1969, que opera con velocidades de comunicación desde 50 hasta 19200 bits/s, y que se popularizó en la década de los 80´s. Modificaciones posteriores generaron su sustitución por el estándar EIA-232-D en 1986, y una siguiente sustitución por la TIA / EIA-232-E, que está alineada con la UIT V.24, V.28 e IS2110 de ISO. La revisión más reciente es la TIA / EIA-232-F, expedida en 1997 y que está en línea una vez más con las organizaciones internacionales ITU-T V.24, V.28, e ISO / IEC 2110. La interfaz entre el RS-232 y el microprocesador normalmente se logra usando un chip llamado “Universal asynchronous receiver/transmitter”. Se han utilizado popularmente dos versiones, el UART 8250 (para computadoras antiguas de 8 y
16 bits, PC XT) o el UART 16550 (para computadoras
tipo IBM Personal
Computer/AT y posteriores).
Conectores para RS232
USB En 1994 siete empresas (Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC y Nortel) iniciaron en conjunto un proyecto cuyo objetivo era facilitar la conexión de dispositivos externos a computadoras a través de la sustitución de una gran cantidad de conectores, que reducen la usabilidad. Del mismo modo se buscó simplificar la configuración de software (controladores) de todos los dispositivos conectados a la computadora, además de buscar velocidades superiores de comunicación. El equipo dirigido por Ajay Bhatt trabajó en el estándar de Intel, siendo esta empresa la primera en producir circuitos integrados de soporte llamados Universal Serial Bus “USB” en 1995. La evolución de esta tecnología se observa en las siguientes versiones:
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USB 1.0: Tasa de transferencia que va de Low Speed (1.5 Mbit/s) a Full Speed (12 Mbit/s), con niveles de transmisión de la señal que van de 0 a 0.3 V para bajos (ceros) y de 2.8 a 3.6 V para altos (unos).
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USB 1.1: Con un manejo de 100 mA para dispositivos no reconocidos y 500 mA para dispositivos configurados, con una tensión de suministro entre 4.75 y 5.25 V.
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USB 2.0: Con máxima tasa de transferencia High Speed (480 Mbit/s) con niveles ±400 mV en alta velocidad manejando 100 mA para dispositivos no reconocidos y 500 mA para dispositivos configurados, con una tensión de suministro entre 4.75 y 5.25 V.
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USB 3.0: Con máxima tasa de transferencia SuperSpeed (5 Gbit/s), manejando 150 mA para dispositivos no reconocidos y 900 mA para dispositivos configurados, con una tensión de suministro entre 4.75 y 5.25 V.
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USB 3.1: Con máxima tasa de transferencia SuperSpeed+ (10 Gbit/s), y corrientes desde 1 A hasta 3A por puerto, con una tensión entre 4.75 y 5.25 V.
Conectores USB (Tomada de http://www.teknoplof.com/2010/08/03/no-te-pierdascon-los-conectores-usb/)
ETHERNET Fue presentado por Robert Metcalfe y David Boggs en 1975 en un artículo que enviaron a la ACM (Association for Computing Machinery). Este fue publicado en 1976. Metcalfe, Boggs, Butler Lampson y Chuck Thacker (otros dos ingenieros de Xerox) recibieron una patente por la tecnología básica de Ethernet en 1977, y en 1978 Metcalfe y Boggs recibieron otra por el desarrollo de un repetidor (con apoyo de David Liddle y otros colaboradores). Hoy en día podemos entender Ethernet como un estándar de redes de área local para computadoras con acceso al medio por detección de la onda portadora y con detección de colisiones (CSMA/CD). Su nombre viene del concepto físico de éter.
Esquema original de Ethernet (tomado de http://www.zonamovilidad.es/noticia/5873/reportajes/ethernet-cumple-40-anos:bob-metcalfe-en-el-silicon-valley-se-suponia-que-tenias-que-inventar-algo-innovary-ese-espiritu-se-mantiene.html) Hoy en día una de las versiones más populares de Ethernet es la desarrollada en el 2006, conocida como 10GBASE-T Ethernet a 10 Gbit/s sobre par trenzado no blindado (UTP), bajo el estándar 802.3an. La evolución tecnológica en este campo es incesante, de manera que hoy en día contamos con software especializado en dos perspectivas: 1. Simuladores de maquinados. 2. Generadores de programas. Los simuladores de maquinado permiten la ejecución de un programa en un ambiente virtual, determinando: •
Puntos de falla en el programa como colisiones.
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Tiempos de maquinado.
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Visualización de la pieza maquinada.
Los Generadores de programas, permiten obtener el programa de maquinado de una pieza a partir de un dibujo 2D o 3D, utilizando la llamada Ingeniería Inversa. Sin lugar a dudas esta tecnología seguirá evolucionando en beneficio de los procesos productivos, para obtener productos de mejor calidad a menores costos. Hoy en día las máquinas de Control Numérico Computarizado se aplican en infinidad de procesos. Algunos de ellos son: •
Torneado.
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Fresado.
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Soldadura.
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Electro erosionado.
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Corte por plasma.
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Corte por láser.
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Corte de unicel.
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Grabado.
CIERRE DEL TEMA La posibilidad de dejar el control de procesos a una computadora es el origen de infinidad de desarrollos, entre los que está el Control Numérico Computarizado. La computadora ha podido integrar al propio CNC en procesos más sofisticados como la operación de celdas flexibles de manufactura e incluso en los sistemas CIM (Manufactura integrada por computadora).
REFERENCIAS Texas Instruments. (2002). Interface circuits for TIA/EIA-232-F Design Notes. Marzo
22,
2016,
de
Texas
Instruments
http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/slla037a/slla037a.pdf
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REFERENCIAS DE IMÁGENES Computadora Fundacao Municipal de Encino Piracicaba. (2016). Bem-vindo ao site do TI Acadêmico. Abril 12, 2016, de Fundacao Municipal de Encino Piracicaba Sitio web: http://webserver1.fumep.edu.br/tiacademico/ Conectores USB Teknoplof. (2010). No te pierdas con los conectores USB. Abril 4, 2016, de Teknoplof Sitio web: http://www.teknoplof.com/2010/08/03/no-te-pierdas-con-losconectores-usb/ Esquema original de Ethernet Bernat, P. (2014). Ethernet cumple 40 años: Bob Metcalfe; “En el Silicon Valley se suponía que tenías que inventar algo, innovar; y ese espíritu se mantiene”. Abril 4, 2016,
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Movilidad
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http://www.zonamovilidad.es/noticia/5873/reportajes/ethernet-cumple-40-anos:bob-metcalfe-en-el-silicon-valley-se-suponia-que-tenias-que-inventar-algo-innovary-ese-espiritu-se-mantiene.html Introducción independiente de ceros pieza e, Introducción independiente de parámetros de herramientas IEMENS AG. (2006). ShopMill simplifica el fresado. Erlangen, Alemania: R. & S. KELLER
GmbH.
Sitio
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https://cache.industry.siemens.com/dl/files/380/28803380/att_20611/v1/TUSM_080 6_es.pdf)
Programador Educima. (s.f.). Dibujo para colorear Operador de mรกquinas. Abril 5, 2016, de Educima Sitio web: http://www.educima.com/dibujo-para-colorear-operador-demaquinas-i9352.html