UNA INTRODUCCIÓN AL CONTROL DE MÁQUINA CNC

tiempo: 2017-07-06
BREVE HISTORIA DEL CNC
El suministro de energía para estas máquinas ya había existido por algún tiempo. Estos utilizan (y todavía usan) motores eléctricos o enlaces mecánicos para alimentar un eje particular en la máquina a una velocidad constante. Los beneficios fueron dos: fue mucho menos trabajo para el maquinista, y la alimentación uniforme y uniforme mejoró los acabados superficiales y la vida útil de la herramienta.
En los años 50, las máquinas de alta gama tenían controles de alimentación más avanzados que se podían configurar para diferentes velocidades. El control numérico esencialmente solo automatizó esa tecnología existente. Los operadores podrían indicarle a la máquina cuándo y dónde mover cada eje, eliminando así la parte del mecanizado que más tiempo requiere (el giro preciso de los mangos).
Esta tecnología progresó bastante predeciblemente desde allí: las computadoras digitales dieron lugar a CNC, eliminando la necesidad de cintas de perforación anticuadas. CAD (Computer-Aided Design) llegó e hizo que el proceso de diseño sea digital, dando a los operadores la capacidad de diseñar una pieza y programarla en una computadora. Las computadoras se volvieron exponencialmente más pequeñas, más potentes y más baratas. La electrónica de la máquina mejoró, lo que permite un control más preciso y una mejor respuesta.

LOS BENEFICIOS DEL CNC

El beneficio más obvio de CNC, particularmente en la fabricación, es la automatización. Si un fabricante necesita fabricar miles de piezas idénticas, el proceso CAD y CAM (Fabricación asistida por computadora) solo debe hacerse una vez. Entonces, un solo operador puede ejecutar simultáneamente un puñado de máquinas, simplemente cargando y descargando piezas y presionando "start". Esta eficiencia ha llevado a la capacidad de producir piezas mecanizadas complejas en masa (algo que se hizo manualmente durante la primera mitad del 20 siglo) con una precisión impresionantemente alta.

Otro beneficio clave del CNC es la precisión y la repetibilidad. La precisión siempre ha sido una parte importante del mecanizado, pero mantener tolerancias estrechas cuando se opera manualmente una máquina no es simple. Requiere que el maquinista tenga buenas habilidades matemáticas, conozca la máquina y preste mucha atención a los detalles. Si el maquinista gira un mango unos grados demasiado, es posible que sea necesario desechar una pieza porque no cumple con las tolerancias requeridas por el ingeniero.

Las máquinas CNC, por otro lado, son muy buenas en matemáticas. Saben exactamente dónde se supone que deben estar posicionados, y pueden repetir su programación perfectamente una y otra vez. Una vez que el programador CNC ha perfeccionado un programa de piezas, un fabricante puede estar seguro de que las piezas se revelarán idénticas entre sí. Mientras la máquina funcione correctamente y la herramienta esté en buenas condiciones, se puede ejecutar un programa de pieza individual de forma indefinida con resultados perfectos.

Otro beneficio que a menudo se pasa por alto, pero extremadamente importante en nuestro mundo moderno, es que las máquinas CNC son capaces de movimientos que los humanos no pueden reproducir. Tome un bolsillo circular simple como un ejemplo. Hoy en día es tan trivial que ni siquiera lo pensamos: una fresadora CNC puede cortarla de muchas formas diferentes utilizando cualquier herramienta que tenga un diámetro menor que el diámetro del bolsillo. Pero, para maquinar manualmente el mismo bolsillo, un maquinista necesitaría un agujero con el mismo diámetro exacto que el bolsillo, o una mesa giratoria para girar la pieza. Y, este último requeriría que el eje de la mesa giratoria esté exactamente alineado con el eje del bolsillo circular.

Esto se debe a que un círculo requiere que se muevan dos ejes simultáneamente y a velocidades variables en relación entre sí. Un maquinista simplemente no puede hacer eso manualmente, al menos no mientras mantiene cualquier tipo de tolerancias realistas. Piense que es como tratar de dibujar un círculo perfecto en un Grabado de Etch A, y ahora imagine que tiene que hacer eso con tolerancias de menos de una milésima de pulgada. Simplemente no se puede hacer manualmente, pero es fácil para una fábrica CNC.

Ese mismo concepto se toma aún más cuando las formas se vuelven más complejas y cuando se agrega un tercer, cuarto, quinto o sexto eje. Muchos de los productos que damos por sentados ahora simplemente no fueron posibles de fabricar hasta que llegó el CNC, porque no se podían mecanizar manualmente.

A un molino CNC no le importa si se está moviendo en línea recta en un solo eje, o si está coordinando el movimiento de seis ejes simultáneamente. Claro, el programa de pieza se hace más grande, pero con almacenamiento y procesamiento modernos, eso ya no es un problema.

TIPOS DE SISTEMAS CNC

Los tipos más básicos de CNC son sistemas de dos o tres ejes diseñados para actualizar máquinas manuales. Estos vienen en variedades para fresadoras y tornos, y básicamente solo integran una computadora y alimentación. La computadora controla la alimentación de cada eje e intenta compensar la reacción en cada eje. Esa compensación se maneja en forma de bucle cerrado o de bucle abierto.

En un sistema CNC de ciclo abierto, no hay comentarios. Las señales solo se envían en una dirección, y la computadora no tiene idea de si lo que la máquina realmente está haciendo es correcto. Simplemente se basa en la máquina para hacer lo que se supone que debe hacer. Backlash es compensado por una cantidad fija, por lo que debe conocerse de antemano. Así es como funcionan las máquinas más baratas, y generalmente produce buenos resultados. Sin embargo, la falta de retroalimentación significa que el juego no se trata a la perfección, por lo que puede ser difícil mantener las tolerancias ajustadas.

Los sistemas CNC de circuito cerrado usan codificadores para proporcionar retroalimentación a la computadora. Esto significa que cosas como la reacción se pueden compensar automáticamente: la computadora simplemente verifica que el eje se mueva en la cantidad deseada, y se ajusta en consecuencia si no es así. Sin embargo, los sistemas de circuito cerrado requieren hardware adicional y computadoras de control más sofisticadas, por lo que son más caros.

La principal alternativa a los sistemas de retroadaptación, por supuesto, son máquinas diseñadas desde cero para ser controladas por CNC. Así es como se construyen la mayoría de las máquinas modernas, ya que pueden integrar muchas características adicionales que son deseables. Estos incluyen cambiadores de herramientas, sistemas automáticos de refrigeración, ejes adicionales (para rotar la pieza, mecanizado en ángulos y llegar a cavidades), husillos avanzados y más. Con una máquina especialmente diseñada, también puede empaquetarse bien en un recinto para contener refrigerante y chips.

Tanto las máquinas de reacondicionamiento como las especialmente diseñadas tienen dos métodos para crear programas en parte: código G y conversacional. El modo de código G toma las instrucciones creadas en una computadora separada (ya sea por software CAM o escritas manualmente), y las ejecuta exactamente como está escrito. Los modos conversacionales hacen todo eso en la computadora de control, lo que permite al operador crear programas directamente en la máquina.

El beneficio de los modos conversacionales es que un operador puede crear rápidamente programas simples sin tener que involucrar a un programador CNC que utilice el software CAD / CAM. La desventaja es que los programas suelen ser simplistas y hacer que las partes complejas sean muy engorrosas. Los programas conversacionales son casi siempre solo 2.5D, lo que significa que el eje Z no se puede mover al mismo tiempo que los ejes X o Y. La creación de código G a partir del software CAD / CAM le permite tomar un modelo 3D complejo y crear un programa de pieza directamente, por lo que virtualmente no hay límites para la complejidad del programa. La mayoría de las tiendas de trabajo modernas usarán una combinación de los dos métodos dependiendo de la necesidad, pero los aficionados probablemente se sentirán más cómodos diseñando partes en CAD y usando CAM para producir código G.

EL FLUJO DE TRABAJO DEL CNC

Los controles de conversación varían bastante según el fabricante y el modelo, y la mayoría de ustedes probablemente estén interesados ​​en diseñar piezas en CAD de todos modos. Por lo tanto, vamos a centrarnos en el método de código G para ejecutar una máquina CNC. El proceso es bastante análogo a la impresión 3D (que también usa el código G), y el software CAM toma el lugar del software de división de impresión 3D.

El flujo de trabajo comienza con la creación de un modelo 3D de su pieza en el software CAD, prestando especial atención a mantener todas sus dimensiones exactas. Lo mejor es usar software paramétrico de CAD diseñado para ingeniería mecánica, en lugar de herramientas de modelado 3D de forma libre como Blender. Una vez que tenga su modelo 3D, tendrá que procesarlo en CAM para crear trayectorias de herramientas, y luego emitir código G. La mayoría de los sistemas CAD modernos tienen software CAM integrado, y también hay software CAM independiente disponible. Sin embargo, este software generalmente es muy costoso. Autodesk Fusion 360 es una buena opción gratuita (para aficionados) que tiene CAD y CAM de calidad profesional.

Cuando cambie a CAM, primero tendrá que configurar la pieza para decirle a la máquina cómo se orientará la pieza, qué tan grande es la pieza de stock y cómo se colocará la pieza dentro de ese stock. Si será necesario reorientar la pieza (por ejemplo, fresar la parte inferior), deberá crear varias configuraciones para cada operación. También necesitará configurar una biblioteca de herramientas, que define qué herramientas están disponibles (fresas de extremo, taladros, etc.) y cuáles son sus dimensiones.

El siguiente paso es comenzar a crear rutas de herramientas para recortar las características de su pieza. A diferencia de la impresión 3D, donde el modelo simplemente se divide en capas, las trayectorias de las herramientas CNC deben crearse manualmente. Tendrás varias opciones diferentes para los tipos de trayectorias, como los contornos (para recortar un perfil 2D), la orientación y una variedad de técnicas de contorno tridimensional. Se requiere mucha experiencia para descubrir qué tipos de trayectorias de herramientas utilizar, pero se encontrará utilizando un puñado con mucha frecuencia.

Cuando crea la trayectoria, se le dará una cantidad de opciones y parámetros para definir. Estas son cosas como qué herramienta usar, velocidad del eje, velocidades de avance, profundidad de corte, avance, etc. Nuevamente, estos requieren mucha experiencia para acertar, pero hay una serie de herramientas como HSM Advisor que pueden ayudarlo con estas configuraciones. En general, estará equilibrando el tiempo, la calidad y la vida útil de la herramienta. Por este motivo, es muy común realizar pasadas de desbaste rápidas y pesadas para eliminar una gran cantidad de material en poco tiempo, y luego pasa un acabado ligero para eliminar el último trocito de material con precisión y con un buen acabado superficial.

La creación de las trayectorias de herramientas es donde probablemente pasará la mayor parte de su tiempo, y es importante hacerlo bien para evitar desperdiciar material en programas de piezas defectuosas, romper herramientas o incluso dañar su máquina. Por esa razón, siempre es una buena idea ejecutar la simulación incorporada para asegurarse de que está cortando de la manera esperada y que no hay colisiones. Preste especial atención a dónde van a estar sus accesorios, vicio y mesa, y que la herramienta no colisionará con ninguno de ellos.

Una vez que esté satisfecho con la configuración correcta de sus trayectorias, deberá ejecutar un postprocesador para crear el código G para que se ejecute su máquina. El código G está bastante estandarizado, pero la mayoría de las máquinas tienen su propia forma de interpretar el código. Por lo tanto, el post procesador actúa como intermediario entre el software CAM y el CNC, y se asegura de que el código G que se emite sea compatible con su máquina. La mayoría del software CAM tendrá una biblioteca post procesador bastante importante, y es probable que su CNC ya esté allí. De lo contrario, la búsqueda en línea de su CAM y CNC le permitirá encontrar un post procesador compatible (o uno genérico que incluso podría funcionar).

Con el código G en la mano, tendrá que cargarlo en la memoria de su CNC. Esto depende en gran medida del sistema CNC que esté utilizando. Algunos le permitirán simplemente cargarlo desde un dispositivo USB o una red, mientras que otros controles más antiguos pueden requerir que lo cargue a través de una conexión en serie o en paralelo. Pero, una vez que el código G está en la memoria, la mayoría le dará una visualización de las trayectorias que puede verificar para asegurarse de que todo se ve bien.

Una vez que su stock está cargado en la máquina, es importante que establezca con precisión el punto de origen en X, Y y Z. Esto tiene que coincidir con lo que estaba en la configuración en el software CAM. Por lo general, usará una esquina de la reserva, o un punto específico en su vicio / accesorio. Lo que importa es que es un punto tangible al que puedes hacer referencia. Con todo eso, puedes presionar el gran botón de "inicio" y dejar que la máquina funcione.

No se sorprenda si rompe una herramienta, o si el acabado de su superficie es malo. Estas son todas las cosas que tienen una curva de aprendizaje, y un buen diseño siempre es un proceso iterativo. Con suficiente experiencia, comenzará a aprender qué ajustes funcionan mejor y cómo producir piezas de alta calidad. Por lo tanto, disfrute el proceso de aprendizaje y disfrute el hecho de que ya no tiene que pasar horas girando las manijas.

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