Maquinado de Piezas en
Torno C. N. C.
Manual para el Alumno.
Quinto Semestre
E-MAQTO-01
Programa de Estudios de la Carrera...
Maquinado de Piezas en Torno de C. N. CII
COORDINADORES
Director General
José Efrén Castillo Sarabia
Secretario Académico
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Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. III
ÍNDICE
Participantes
I. Mensaje al alumno. 6
II. Como utilizar este manual. 7
II...
Maquinado de Piezas en Torno de C. N. CIV
2.1.2. Principio del funcionamiento de un CNC. 58
Características del operador d...
Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. V
Referencias Documentales. 148
Maquinado de Piezas en Torno de C. N. CVI
MENSAJE AL ALUMNO
¡CONALEP TE DA LA BIENVENIDA AL
MÓDULO AUTOCONTENIDO ESPECÍFIC...
Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. VII
I. COMO UTILIZAR ESTE MANUAL
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te será difícil realizar los ejercicios de
evidencias de conocimientos y los d...
Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. IX
Imágenes de Referencia
Estudio individual Investigación documental
Consulta con e...
Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.X
II. PROPÓSITO DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO ESPECÍFICO
Al finalizar el módulo el alumno,...
Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. XI
III. ESPECIFICACIONES DE EVALUACIÓN
Durante el desarrollo de las prácticas de
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IV.MAPA CURRICULAR DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO ESPECÍFICO
1. Diseñar el proceso
para...
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DISEÑAR EL PROCESO PARA FABRICAR PARTES METÁLICAS EN
TORNO ASISTIDO POR CONTROL N...
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MAPA CURRICULAR DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE
Módulo
Unidad de
Aprendizaje
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MAQUINADO DE PIEZAS EN
TORNO C. N. C.
SUMARIO
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considerablemente la rentabilidad del
control numérico y su ámbito de
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seleccionado para poder procesar el
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• Preparación de los materiales
para la alimentación de la
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Figura 6. Ranurado.
Figura 7. Corte.
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se pueden realizar a la vez varias
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Figura 11. Precio ejecución de una pieza
en función del número de piezas para
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sido realizar un fresado según una recta
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Realizará un cuadro sinóptico de
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Figura 15.
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durante una operación de corte interna o
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Figura 17.
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maquinado de piezas en torno
de CNC.
CONTEXTUALIZACIÓN
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ocasiones pueden ser varias las máquinas
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PRÁCTICAS Y LISTAS DE COTEJO
Unidad de
aprendizaje:
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Práctica número: 1
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Procedimiento
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número 1:
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aprendizaje:
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práctica:
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Procedimiento
Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y tra...
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Lista de cotejo de la práctica
número 2:
Elaboración de una hoja de procesos para ...
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RESUMEN
En este capítulo se establecieron los
fundamentos para determinar las
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AUTOEVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS
1. ¿Cuáles son las condiciones que se deben tomar ...
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PROGRAMAR LA FABRICACIÓN DE PARTES METÁLICAS EN TORNO
ASISTIDO POR CONTROL NUMÉRI...
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MAPA CURRICULAR DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE
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Unidad de
Aprendizaje
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SUMARIO
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El control numérico ha sido empleado en
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3. Reducen los costos de herramentado, el
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Fig. 2. Componentes de un sistema CNC
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sistemas vienen equipados con
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Figura 8. Centro de torneado CNC
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Unidades de entrada y almacenamiento
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Nada que ver solo uso de cnc}

solo es información de la maquina CNC
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  • 1. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. Manual para el Alumno. Quinto Semestre E-MAQTO-01 Programa de Estudios de la Carrera de Profesional Técnico-Bachiller en Máquinas Herramienta
  • 2. Maquinado de Piezas en Torno de C. N. CII COORDINADORES Director General José Efrén Castillo Sarabia Secretario Académico Marco Antonio Norzagaray Gámez Director de Diseño Curricular de la Formación Ocupacional Gustavo Flores Fernández Autores: Revisor técnico: Revisor pedagógico: Maquinado de Piezas en Torno de C. N. C. Modulo Autocontenido Específico D.R. a 2006 CONALEP. Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, incluida la portada, por cualquier medio sin autorización por escrito del CONALEP. Lo contrario representa un acto de piratería intelectual perseguido por la ley Penal. E-CBNC Av. Conalep N° 5, Col. Lázaro Cárdenas, C.P. 52140 Metepec, Estado de México.
  • 3. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. III ÍNDICE Participantes I. Mensaje al alumno. 6 II. Como utilizar este manual. 7 III. Propósito del Modulo. 10 IV. Especificaciones de evaluación. 11 V. Mapa curricular del curso módulo integrador. 12 Capítulo 1 Diseñar el proceso para fabricar partes metálicas en torno asistido por control numérico computarizado. 13 Mapa curricular de la unidad de aprendizaje. 14 1.1.1. Análisis de la información contenida en el diseño de la parte. 15 Materiales. 17 Dimensiones. 17 Tolerancias. 17 Acabados. 17 Tratamientos térmicos. 17 Consideraciones del maquinado para procesos posteriores. 18 1.1.2. Análisis de la información contenida en el diseño de la parte. 18 Calidades. 18 Preparación de los materiales para la alimentación de la máquina. 19 Cálculo de piezas esperadas por unidad de materia prima. 19 Cálculo del desperdicio. 19 1.1.3. Características de la máquina. 20 Capacidades de mecanizado. 23 Característica de CN. 25 Principales capacidades de programación. 28 1.2.1. Condiciones para el maquinado de una pieza especifica. 29 Velocidad de avance de la herramienta. 29 Profundidad de corte. 31 Revoluciones del husillo. 31 1.2.2. Elaboración de la hoja de procesos. 32 Diseño. 33 Inclusión de los elementos. 34 Información de la hoja de procesos para la programación CNC y CAM. 34 ISO 9000 y QS 9000 en la certificación del proceso de maquinado. 34 Aspectos de higiene y seguridad que debe contener la hoja de procesos. 35 Prácticas y Listas de Cotejo. 37 Resumen. 43 Autoevaluación de conocimientos del capítulo 1. 44 Capítulo 2 Programar la fabricación de partes metálicas en torno asistido por control numérico computarizado. 45 Mapa curricular de la unidad de aprendizaje. 46 2.1.1. Características de un sistema CNC. 47 Ventajas y desventajas del uso del CNC. 50 Productividad del CNC. 51 Características de las máquinas operables con CNC. 51 Planeación para el uso del sistema CNC. 55
  • 4. Maquinado de Piezas en Torno de C. N. CIV 2.1.2. Principio del funcionamiento de un CNC. 58 Características del operador de un torno CNC. 58 Características de un programador de CNC. 58 Elementos de un programa de CNC. 59 Dispositivos de registro y acumuladores de memoria 59 Display de lectura de los valores de las coordenadas. 60 Sistemas de retroalimentación. 61 Sistemas de control numérico. 62 2.1.3. Características del equipo de un CNC. 63 Unidad de entrada salida de datos. 63 Unidad interna de entrada y salida de datos. 65 Unidad de cálculos y de enlace con los elementos mecánicos 66 Control numérico para Máquinas herramienta. 67 Programación manual. 68 2.2.1. Coordenadas. 72 Sistema de coordenadas cartesianas. 72 Tipos de control en dos ejes. 75 Control del eje “Z”. 75 Control de cuatro y cinco posiciones 75 Sistemas de incremento. 76 Sistema absoluto. 76 Sistema de fijación a cero. 77 2.2.2. Programación CNC. 77 Computadoras para CNC. 78 Lenguajes de programación para CNC. 80 Programación automática del Herramental APT. 84 Programación automática del maquinado (Auto-Map). 86 Programación Compact II. 87 2.3.1. Programación de un torno CNC. 95 Manejo de los ejes de un torno CNC. 96 Operaciones con diámetro interior y diámetro exterior. 97 Proporciones en el avance. 102 Velocidad del Husillo. 103 Interpolación lineal. 105 Interpolación circular. 108 Roscado. 112 2.3.2. Herramental para torno de CNC. 113 Consideraciones del empleo del herramental. 11 Herramientas de corte usadas en el torno CNC 113 Herramientas de ranurado y barrenado. 116 2.3.3. Herramental de tecnología avanzada. 117 Herramental de corte especial. 117 Herramental de sujeción 118 Aditamentos de avance automático. 120 Verificación de primeras partes 121 Dimensional. 121 Acabado superficial. 122 Prácticas y Listas de Cotejo. 124 Resumen. 135 Autoevaluación de conocimientos del capítulo 2. 137 Glosario. 138
  • 5. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. V Referencias Documentales. 148
  • 6. Maquinado de Piezas en Torno de C. N. CVI MENSAJE AL ALUMNO ¡CONALEP TE DA LA BIENVENIDA AL MÓDULO AUTOCONTENIDO ESPECÍFICO DE MAQUINADO DE PIEZAS EN TORNO C. N. C. Este módulo ha sido diseñado bajo la Modalidad Educativa Basada en Normas de Competencia, con el fin de ofrecerte una alternativa efectiva para el desarrollo de habilidades que contribuyan a elevar tu potencial productivo, a la vez que satisfagan las demandas actuales del sector laboral. Esta modalidad requiere tu participación e involucramiento activo en ejercicios y prácticas con simuladores, vivencias y casos reales para propiciar un aprendizaje a través de experiencias. Durante este proceso deberás mostrar evidencias que permitirán evaluar tu aprendizaje y el desarrollo de la competencia laboral requerida. El conocimiento y la experiencia adquirida se verán reflejados a corto plazo en el mejoramiento de tu desempeño de trabajo, lo cual te permitirá llegar tan lejos como quieras en el ámbito profesional y laboral.
  • 7. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. VII I. COMO UTILIZAR ESTE MANUAL Las instrucciones generales que a continuación se te pide que realices, tienen la intención de conducirte a que vincules las competencias requeridas por el mundo de trabajo con tu formación de profesional técnico bachiller. Redacta cuales serían tus objetivos personales al estudiar este módulo integrador. Analiza el Propósito del módulo integrador que se indica al principio del manual y contesta la pregunta ¿Me queda claro hacia dónde me dirijo y qué es lo que voy a aprender a hacer al estudiar el contenido del manual? si no lo tienes claro pídele al docente que te lo explique. Revisa el apartado especificaciones de evaluación, son parte de los requisitos que debes cumplir para aprobar el curso - módulo. En él se indican las evidencias que debes mostrar durante el estudio del módulo integrador para considerar que has alcanzado los resultados de aprendizaje de cada unidad. Es fundamental que antes de empezar a abordar los contenidos del manual tengas muy claros los conceptos que a continuación se mencionan: competencia laboral, unidad de competencia (básica, genérica específica), elementos de competencia, criterio de desempeño, campo de aplicación, evidencias de desempeño, evidencias de conocimiento, evidencias por producto, norma técnica de institución educativa, formación ocupacional, módulo ocupacional, unidad de aprendizaje, y resultado de aprendizaje. Si desconoces el significado de los componentes de la norma, te recomendamos que consultes el apartado glosario de términos, que encontrarás al final del manual. Analiza el apartado «Normas Técnicas de competencia laboral Norma técnica de institución educativa». Revisa el Mapa curricular del módulo integrador. Esta diseñado para mostrarte esquemáticamente las unidades y los resultados de aprendizaje que te permitirán llegar a desarrollar paulatinamente las competencias laborales que requiere la ocupación para la cual te estás formando. Realiza la lectura del contenido de cada capítulo y las actividades de aprendizaje que se te recomiendan. Recuerda que en la educación basada en normas de competencia laborales la responsabilidad del aprendizaje es tuya, ya que eres el que desarrolla y orienta sus conocimientos y habilidades hacia el logro de algunas competencias en particular. En el desarrollo del contenido de cada capítulo, encontrarás ayudas visuales como las siguientes, haz lo que ellas te sugieren efectuar. Si no haces no aprendes, no desarrollas habilidades, y
  • 8. Maquinado de Piezas en Torno de C. N. CVIII te será difícil realizar los ejercicios de evidencias de conocimientos y los de desempeño.
  • 9. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. IX Imágenes de Referencia Estudio individual Investigación documental Consulta con el docente Redacción de trabajo Comparación de resultados con otros compañeros Repetición del ejercicio Trabajo en equipo Sugerencias o notas Realización del ejercicio Resumen Observación Consideraciones sobre seguridad e higiene Investigación de campo Portafolios de evidencias
  • 10. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.X II. PROPÓSITO DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO ESPECÍFICO Al finalizar el módulo el alumno, Programará y fabricará piezas metálicas en torno de CNC, de acuerdo con los requerimientos de la industria, para satisfacer las diferentes necesidades en las áreas de producción.
  • 11. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. XI III. ESPECIFICACIONES DE EVALUACIÓN Durante el desarrollo de las prácticas de ejercicio también se estará evaluando el desempeño. El docente mediante la observación directa y con auxilio de una lista de cotejo confrontará el cumplimiento de los requisitos en la ejecución de las actividades y el tiempo real en que se realizó. En éstas quedarán registradas las evidencias de desempeño. Las autoevaluaciones de conocimientos correspondientes a cada capítulo además de ser un medio para reafirmar los conocimientos sobre los contenidos tratados, son también una forma de evaluar y recopilar evidencias de conocimiento. Al término del módulo Autocontenido Específico deberás presentar un Portafolios de Evidencias1, el cual estará integrado por las listas de cotejo correspondientes a las prácticas de ejercicio, las autoevaluaciones de conocimientos que se encuentran al final de cada capítulo del manual y muestras de los trabajos realizados durante el desarrollo del módulo Autocontenido Específico, con esto se facilitará la evaluación del aprendizaje para determinar que se ha obtenido la competencia laboral. Deberás asentar datos básicos, tales como: nombre del alumno, fecha de evaluación, nombre y firma del evaluador y plan de evaluación. 1El portafolios de evidencias es una compilación de documentos que le permiten al evaluador, valorar los conocimientos, las habilidades y las destrezas con que cuenta el alumno, y a éste le permite organizar la documentación que integra los registros y productos de sus competencias previas y otros materiales que demuestran su dominio en una función específica (CONALEP. Metodología para el diseño e instrumentación de la educación y capacitación basada en competencias, Pág. 180).
  • 12. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.XII IV.MAPA CURRICULAR DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO ESPECÍFICO 1. Diseñar el proceso para fabricar partes metálicas en torno asistido por control numérico computarizado. 34 Hrs. 1.1 Determinar las necesidades de maquinado de una pieza a partir de los requerimientos del diseño para su fabricación en un torno C. N. C. 16 Hrs. MAQUINADO DE PIEZAS EN TORNO CONTROL NUMERICO COMPUTARIZADO. 144 HRS. 2. Programar la fabricación de partes metálicas en torno asistido por control numérico computarizado. 110 Hrs. 1.2. Elaborar una hoja de procesos del maquinado de una pieza a partir de las capacidades del torno elegido para su fabricación en alta producción. 18 Hrs. 2.1 Controlar los movimientos del torno C. N. C. mediante sus dispositivos de control y las unidades de adquisición de datos de entrada y salida para programar el proceso de manufactura de una pieza. 30 Hrs. 2.2. Programar un torno de C. N. C. por medio de sistemas de coordenadas, unidades de adquisición, y lenguaje de programación para la fabricación de una pieza. 30 Hrs. 2.3. Elaboración de partes en torno C. N. C. programando la secuencia del proceso y usando el herramental apropiado para lograr la calidad en dimensiones y acabado que el diseño indique. 50 Hrs.
  • 13. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 13 DISEÑAR EL PROCESO PARA FABRICAR PARTES METÁLICAS EN TORNO ASISTIDO POR CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO. Al finalizar la unidad, el alumno diseñará hojas de procesos para piezas que serán maquinadas en torno de CNC de alta producción de acuerdo a sus especificaciones y requerimientos, para su maquinado en CNC.
  • 14. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.14 MAPA CURRICULAR DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE Módulo Unidad de Aprendizaje Resultados de Aprendizaje MAQUINADO DE PIEZAS EN TORNO CONTROL NUMERICO COMPUTARIZADO. 144 HRS. 1. Diseñar el proceso para fabricar partes metálicas en torno asistido por control numérico computarizado. 34 Hrs. 1.1 Determinar las necesidades de maquinado de una pieza a partir de los requerimientos del diseño para su fabricación en un torno C. N. C. 16 Hrs. 2. Programar la fabricación de partes metálicas en torno asistido por control numérico computarizado 110 Hrs. 1.2. Elaborar una hoja de procesos del maquinado de una pieza a partir de las capacidades del torno elegido para su fabricación en alta producción. 18 Hrs.
  • 15. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 15 MAQUINADO DE PIEZAS EN TORNO C. N. C. SUMARIO Materiales. Dimensiones. Tolerancias. Acabados. Tratamientos térmicos. Consideraciones del maquinado para procesos posteriores. Calidades. Preparación de los materiales para la alimentación de la máquina. Cálculo de piezas esperadas por unidad de materia prima. Cálculo del desperdicio. Capacidades de mecanizado. Característica de CN. Principales capacidades de programación. Velocidad de avance de la herramienta. Profundidad de corte. Revoluciones del husillo. Diseño. Inclusión de los elementos. Información de la hoja de procesos para la programación CNC y CAM. ISO 9000 y QS 9000 en la certificación del proceso de maquinado. Aspectos de higiene y seguridad que debe contener la hoja de procesos. RESULTADO DE APRENDIZAJE 1.1. Determinar las necesidades de maquinado de una pieza a partir de los requerimientos del diseño para su fabricación en un torno C. N. C. 1.1.1 Análisis de la información contenida en el diseño de la parte. Se considera control numérico todo dispositivo capaz de dirigir posicionamientos de un órgano mecánico móvil en el que las órdenes relativas a los desplazamientos del móvil son elaboradas en forma totalmente automática a partir de informaciones numéricas definidas, bien manualmente (funcionamiento semiautomático), ó bien por medio de un programa (funcionamiento automático). El primer intento para dotar una máquina-herramienta de algún tipo de control fue el desarrollado por Jacquard Loom, que en 1801 ideó una máquina textil que permitía realizar distintos tipos de tejidos sin más que Variar un programa facilitado a la máquina mediante tarjetas perforadas. Posteriormente se hicieron otros intentos como el del piano automático que usaba un rollo de cinta perforada como medio de introducción del programa musical. En realidad, estos primeros prototipos no eran verdaderos controles numéricos. El primer intento serio para obtener un verdadero control numérico lo motivó la necesidad de fabricar hélices de helicóptero de diferentes configuraciones y fue realizado por la compañía Parsons que ya fabricaba diversos equipos para la defensa. El Control Numérico (CN) apareció por la necesidad de automatizar las operaciones de mecanización necesarias para la fabricación de una pieza. Su aparición estuvo obligada por diversas razones:
  • 16. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.16 (a) La necesidad de fabricar productos que no podían conseguir en cantidad y calidad suficiente sin recurrir a la automatización del proceso de fabricación. (b) La necesidad de obtener productos hasta entonces imposibles o de muy difícil fabricación, por ser excesivamente complejos para ser controlados por un operador humano. (c) La necesidad de fabricar productos a precios suficientemente bajos. Para solucionar todos estos problemas, el hombre ha ideado, de acuerdo con cada problema particular, numerosos dispositivos automáticos de tipo mecánico, electromecánico, neumático, hidráulico, electrónico, etc. Inicialmente el factor predominante que condicionó todo automatismo fue el aumento de productividad. Posteriormente y debido sobre todo a nuevas necesidades de la industria, han hecho su aparición otros factores que, tomados en forma conjunta o individualmente, han llegado a tener enorme importancia. Entre estos nuevos factores merecen citarse por su interés: La precisión, la rapidez y la flexibilidad. A partir de entonces todos los dispositivos automáticos ideados por el hombre tienden a optimizar la función de cuatro variables: productividad, precisión, rapidez y flexibilidad. No citamos la viabilidad dada su pequeña trascendencia desde el punto de vista cuantitativo, pero gracias a estos dispositivos automáticos se han podido fabricar piezas con perfiles complejos que de otra forma jamás podrían haber sido fabricadas. Los primeros automatismos no optimizan esta función dado que eran fundamentalmente dispositivos de propósito particular y, por tanto, de una rigidez prácticamente absoluta. Hacia 1942 Apareció lo que podríamos llamar primer control numérico verdadero y respondió a una necesidad impuesta por la industria aeronáutica. La aparición del control numérico permitió por primera vez optimizar la función antes mencionada ya que la flexibilidad era precisamente la mejor virtud de este nuevo automatismo. Dado el interés que suscitó esta técnica, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos concedió un contrato al Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) para su desarrollo. El Laboratorio de Sistemas Electrónicos del MIT diseñó y construyó en 1952 un primer prototipo de fresadora con control numérico que gobernaba tres ejes. Posteriormente se han desarrollado numerosos tipos de control numérico cada vez más perfeccionados pero con el grave problema de su realización complicada y costosa y su difícil programación, en especial en los sistemas de contorneo. La reciente irrupción de la microelectrónica (técnicas de integración a gran escala), el desarrollo de la automática y de nuevos tipos de computadores, en especial los microcomputadores y minicomputadores, han permitido abrir una brecha tecnológica por donde están empezando a emerger nuevas generaciones de sistemas de control que han elevado
  • 17. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 17 considerablemente la rentabilidad del control numérico y su ámbito de aplicación. En necesidad de producir una parte (pieza) se debe analizar toda la información contenida sobre el plano de la pieza puesto que de esto depende todo el desarrollo del proceso para su manufactura y conseguir el objetivo que se pretende. • Materiales. (Son de suma importancia los materiales de esto) En la manufactura de una pieza, es importante observar el tipo de material ya que esto nos obliga a pensar en el proceso y el herramental a emplear. Considerando que existen diferentes tipos de materiales como por ejemplo: Materiales ferrosos: a) Acero al carbón, en diferentes calidades. b) Aceros tratados, en diferentes calidades. c) Aceros recosidos en diferentes calidades. Materiales no ferrosos: a) Aluminio. b) Bronce. c) Cobre. d) Latón. e) Mat. Sintético. • Dimensiones. En la información del plano se observa el tamaño de la pieza y esto nos ayuda a seleccionar la máquina con capacidad adecuada para su proceso y tomar en cuenta el manejo del material con los accesorios necesarios y adecuados. Además esta información es indispensable para realizar el programa que finalmente correrá en la máquina CNC en este caso • Tolerancias. En algunas cotas sobre el plano se encontrará específicamente la tolerancia permisible sobre las dimensiones requeridas y que puede ser tolerancia muy cerrada o considerablemente abierta según se requiera en el diseño de la pieza. La tolerancia puede ser bilateral (6) o unilateral (+) ó (-) , según sea el caso. También encontraremos la especificación dentro de las notas generales, cuando la tolerancia se aplique en forma general y esto controlará obviamente en el ajuste del CNC. • Acabados. En el análisis de la información también encontraremos específicamente el tipo de acabado que se requiere para la parte a mecanizar y que puede ser torneado, fresado, rectificado, etc., la profundidad de la huella dependerá de la necesidad requerida. • Tratamientos térmicos. En la información general encontraremos el tipo de tratamiento térmico como puede ser temple, cementado, nitrurado, carbonitrurado, etc., según lo requiera el diseño de la pieza y esto va muy relacionado con el tipo de material
  • 18. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.18 seleccionado para poder procesar el tratamiento. • Consideraciones del maquinado para procesos posteriores. En este punto es importante considerar la programación con el material que en un proceso siguiente será desprendido por algún método que se requiera, por ejemplo: en la información general observamos la pieza tomada y rectificada. En este caso posterior al CNC debemos tomar en cuenta la posible deformación de la pieza con el tratamiento térmico y además que en el rectificado nos limpie las superficies que se requieren rectificadas. Entonces el material que se deje por excedente en el mecanizado del CNC tendrá que ser proporcional al tamaño de la pieza hasta un máximo de 0.015” pulg. (0.35 a 0.4 mm.) Discutirá en forma grupal el objetivo de la elaboración de un sistema de planeación de procesos. CONTEXTUALIZACIÓN Competencia de Información. Desarrollar el hábito de la búsqueda de información para su preparación personal. El alumno • De acuerdo al diseño de la pieza a fabricar investigará en internet cuales son los tipos de materiales, tolerancias, acabados y tratamientos térmicos que comúnmente se utilizan. en el maquinado de piezas en C. N. C. 1.1.2 Análisis de la información contenida en el diseño de la parte. Para la fabricación de piezas mecánicas existen una gran variedad de materiales y la elección del material a emplearse en la construcción de maquinaria depende básicamente del diseñador. En la manufactura de piezas mecánicas es de gran importancia observar el tipo de material a mecanizar ya que de esto depende la rapidez de manufactura y el tipo de herramental a emplear. • Calidades. Existe en el mercado una gama muy amplia de calidades de materiales de acero, los más comunes son: Acero para máquina (acero al carbón). Acero recosido (según norma). Acero tratado (según norma). Acero para herramienta (según norma). Acero inoxidable (según norma). Aluminio. Bronce. Cobre. Latón. Materiales sintéticos.
  • 19. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 19 • Preparación de los materiales para la alimentación de la máquina. Para preparar materiales en la manufactura de piezas mecánicas hay que tomar en cuenta el tipo de máquina. Si es automática, semi automática, o independiente. En el primero de los casos considerar el volumen a procesar, para preparar la cantidad de barras requeridas y colocar materiales en estans. En el segundo caso también considerar cantidad y preparar las barras requeridas y colocar en estans. Cuando la máquina es independiente o sea que la alimentación es manual e tiene que cortar material en forma independiente por otro método y controlar la cantidad requerida y colocar material en casillas preferentemente o algún otro recipiente. • Cálculo de piezas esperadas por unidad de materia prima. Las piezas esperadas por unidad de materia prima dependen fundamentalmente de dos factores: 1. La longitud de la barra –Lb. 2. Longitud de la pieza – Lp. 3. Espesor del corte – Ec. Existen en el mercado medidas de longitud estándar, en los materiales las más comunes son 6 y 3 mts. Aunque existen casos particulares en otros materiales como el bronce, aluminio, hierro gris, etc. Para calcular las piezas por unidad de materia prima empleamos la siguiente fórmula: Ejemplo: si tenemos barras de 3 mts. Y la pieza tiene una longitud de100 mm y el espesor del corte es 3mm. 3 mts. = 3000 mm. • Cálculo del desperdicio. Para saber el desperdicio de material en el proceso de manufactura se debe tomar en cuenta. - Espesor del corte (con cuchilla o sierra) por barra multiplicado por el número de cortes por barra, además estimar en un % pequeño (2% ) las piezas de prueba y posibles piezas fuera de especificación por desajuste de la herramienta. (Esto en alta producción) ejemplo: En una barra de 6 mts. De longitud se procesarán piezas que tienen de longitud 70mm. Calcular – el número de piezas por unidad en materia prima.
  • 20. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.20 El desperdicio por corte en la misma unidad de materia prima; espesor de corte 2mm. Investiga con tus compañeros, la importancia que tiene el realizar un análisis detenido de la pieza a elaborar en donde contemples cada uno de los pasos y simules que vas a maquinar una pieza. CONTEXTUALIZACIÓN Competencia lógica. Resolver problemas que involucren el razonamiento lógico y matemático. El alumno: • Realizará ejemplos en donde determine la cantidad de piezas esperadas por unidad de materia prima calculada. Competencia de calidad. Aplicar las técnicas de calidad en la inspección de piezas como producto terminado. El alumno: • Investigará cuales son las técnicas utilizadas actualmente para la inspección de piezas como producto terminado así como la interpretación de las mismas en un diseño. 1.1.3 Características de la máquina. El torno CNC es una máquina herramienta la cual ha sido diseñada para remover material de la pieza la cual es sujetada y girada en su propio eje. Muchas de las máquinas herramienta están hechas con una sola herramienta de corte. Los modernos tornos CNC utilizan torretas para sostener rígidamente y mover las herramientas de corte. Las torretas también son usadas para reemplazar rápidamente una herramienta desgastada por una herramienta nueva y moverla a la posición de corte. Una tortea frontal se emplea para mover las herramientas de debajo de la línea de centro del husillo hacia arriba. Una torreta trasera por otro lado, mueve las herramientas de la parte superior de la línea del centro del husillo hacia abajo. Las máquinas equipadas con torretas frontales y traseras pueden ejecutar operaciones simultáneas arriba y debajo de la pieza de trabajo.
  • 21. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 21 La cama de un torno CNC normalmente está inclinada para permitir el desalojo de las virutas fácilmente en la figura 2 se muestra un torno de torreta CNC o centro de torneado típico. Los componentes del torno son los siguientes: Cabezal delantero: en esta parte se encuentra la flecha que transmite el movimiento al husillo. Chuck: Es la parte que se conecta al husillo y sujeta la pieza de trabajo. Torreta: sujeta Las herramientas de corte y reemplaza las herramientas desgastadas por herramientas nuevas durante un cambio de herramienta. Cabezal trasero: Sirve de soporte a la punta derecha de la pieza de trabajo. Bancada: Soporta todos los componentes listados anteriormente y tiene un contenedor para recibir las virutas que caen. MCU: Es una computadora usada para almacenar y procesar los programas CNC adquiridos. Figura 1. Componente de un torno montado de NCN. Figura 2. Torno equipado con torretas frontal y trasera. Mecanismos de cambio de herramienta. Como se ha establecido anteriormente, las torretas en el torno CNC son usadas para cambiar rápidamente las herramientas cuando se requiere. Cada posición en la torreta está numerada para identificar la herramienta que sujeta. Las herramientas pueden ser montadas en la cara de las torretas como también en sus lados. Cuando se recibe una instrucción de cambio de herramienta del MCU la torreta mueve la herramienta hacia un lugar seguro cambiando la herramienta gastada por una nueva herramienta y regresándola a su posición. Entonces la máquina procede a efectuar los movimientos con las coordenadas programadas para efectuar el trabajo de corte con las nuevas herramientas. Esto debería ser establecido para los centros de torneado con cabezales trasero y
  • 22. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.22 delantero programables los cuales deberán tener un movimiento de retroceso antes de que el cambio de herramienta sea ejecutado. En la figura 3 se muestra el movimiento de la torreta durante un típico cambio de herramienta. Figura 3. Movimiento de la torreta durante el cambio de la herramienta. Operaciones Básicas del Torno. En esta parte vamos a considerar la programación de las operaciones básicas de torno: Frenteado, Torneado, Ranurado, cortes, Barrenado, Desahogo y Roscado. Algunas de esas operaciones pueden ser efectuadas por ambas partes, en diámetro exterior ( DE) y en diámetro interior ( DI ) en las figuras de la 4 hasta la 10 se ilustran estas operaciones. Figura 4. Careado extremo. Refrentado. En esta operación se efectúa el corte del final de la pieza resultando un extremo perpendicular o a escuadra con respecto de la línea del centro de la pieza. Al efectuar esta operación se deberá producir una superficie plana y de acabado suave. Para esta operación la herramienta recorre la pieza en dirección perpendicular a su línea de centro. Torneado. El torneado nos sirve para remover el material de la parte exterior de la pieza que se encuentra girando o rotando. Diferentes perfiles y formas pueden ser creadas durante esta operación tales como: conos, contornos y bordes. Usualmente el primer paso es un corte grueso o de desbaste, y los siguientes pueden ser uno o más cortes finos. Figura 5.
  • 23. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 23 Figura 6. Ranurado. Figura 7. Corte. Figura 8. Taladrado. Vaciado interno Conizado interno Figura 9. Figura 10. Roscado interno y externo. • Capacidades de mecanizado. Las cuatro variables fundamentales que inciden en la bondad de un automatismo son: productividad, precisión, rapidez y flexibilidad. De acuerdo con estas variables, vamos a analizar los distintos tipos de automatismos a fin de elegir el automatismo más conveniente de acuerdo con el número de piezas a fabricar. Aunque este número no define unívocamente el tipo de automatismo más adecuado, en la gran mayoría de los casos suministra un índice muy importante para dicha elección. Para grandes series (10,000 piezas). Para responder al problema de la gran serie, se utilizan automatismos secuenciales mecánicos, neumáticos, hidráulicos o electromecánicos. Si la serie es muy grande, el automatismo debe poder permitir el trabajo simultáneo de varias cabezas que, a su vez, permitan unas cadencias muy grandes y, por tanto, un rendimiento de trabajo muy elevado. La gama alta de la serie está cubierta hoy día por las máquinas <<transfert>>, realizadas por varios automatismos trabajando simultáneamente en forma más o menos sincronizada. De esta forma
  • 24. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.24 se pueden realizar a la vez varias secuencias mecánicas simples que se repiten automáticamente para cada pieza a fabricar. El principal inconveniente de las máquinas <<transfert>> reside en la elevada duración de los tiempos de preparación y reglaje. Si la serie no es muy grande, se pueden utilizar automatismos secuenciales simples en los que las secuencias mecánicas se desarrollan, la mayoría de las veces, unas después de otra. Estos automatismos también presentan el inconveniente antes mencionado, es decir, tiempos de preparación y reglaje demasiado largos. Ejemplo de estas máquinas son los tornos automáticos. Para series medias (entre 50 y 10.000). Para resolver el problema de la fabricación de piezas dentro de estas series se utilizan hoy día tres tipos de automatismos: 1. Copiadoras. 2.Controles programados numéricamente. 3. controles numéricos. La utilización de uno u otro automatismo dependerá de la precisión, flexibilidad y rapidez exigidas. Cuando la precisión y el tiempo de fabricación no son factores primordiales, las copiadoras presentan la ventaja de su economía. Existen copiadoras mecánicas, hidráulicas, electromecánicas o electrónicas con las cuales la pieza a fabricar se realiza por desplazamiento del útil que produce exactamente el desplazamiento de un palpador. Los controles programados numéricamente incorporan numerosas ventajas, pero presentan una clara falta de flexibilidad por la limitación del número de secuencias mecánicas realizables. El control numérico será especialmente interesante cuando las fabricaciones se mantengan en series comprendidas entre 5 y 1.000 piezas que deberán ser repetidas varias veces durante el año. El control numérico dentro de este intervalo presenta notables ventajas que analizaremos posteriormente. Para series pequeñas (<5 piezas). La utilización del control numérico para series no suele ser rentable, a no ser que la pieza sea bastante complicada y que su programación pueda efectuarse con ayuda de un computador (programación automática). En otro caso, los gastos de programación resultarían demasiado elevados con relación a los costes de mecanización. Para menos de 5 piezas, las mecanizaciones en máquinas convencionales serán, en general, más económicas. En la figura 11 puede verse una gráfica en la que aparecen, en los ejes, el número de piezas y el precio de ejecución de una pieza.
  • 25. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 25 Figura 11. Precio ejecución de una pieza en función del número de piezas para distintos tipos de automatismos. • Característica de CN. De todo lo anterior se deduce que siempre que las series de fabricación se mantengan dentro de los límites medios (hemos dado un como orden de magnitud entre 5 y 1.000 piezas), el control numérico representa la solución ideal dadas las notables ventajas que se obtienen de su utilización. Entre estas ventajas merecen citarse las siguientes: 1. Posibilidad de fabricación de piezas que de otra manera sería imposible o muy difícil. Gracias al control numérico se han podido obtener piezas muy complicadas como las superficies tridimensionales necesarias en la construcción de aviones. En construcción aeronáutica es muy corriente mecanizar piezas cuyo peso final representa 1/6 del peso de la pieza bruta inicial. 2. Seguridad. El control numérico es especialmente recomendable para trabajar con productos peligrosos. 3. Precisión. Esta ventaja es debida, en primer lugar, a la mayor precisión de la máquina-herramienta de control numérico respecto a las máquinas clásicas. Los juegos mecánicos son menos importantes y la máquina-herramienta en su conjunto es mucho más precisa. Otro factor que también influye en la precisión proviene del hecho de que una máquina-herramienta, para control numérico es, en general, más universal que las máquinas clásicas y, por tanto podrán hacerse más operaciones sobre la misma máquina. Las precisiones alcanzadas en las máquinas-herramienta con control numérico van de 1 m a 10 m. 4. Aumento de la productividad de las máquinas. Este aumento de productividad se debe a la disminución del tiempo total de mecanización debida, sobre todo, a la disminución de los tiempos de desplazamiento en vacío y a la rapidez de los posicionamientos que suministran los sistemas electrónicos de control. Para dar una idea de esta reducción citaremos que puede ser de 30 a 40% utilizando una mandrinadora con control numérico y de 50 a 90% en centros de mecanización. 5. Reducción de controles y desechos. Esta reducción es debida fundamentalmente a la gran fiabilidad y repetitividad de una máquina-herramienta con control numérico. Los trabajos de mecanizado se realizan siempre siguiendo las mismas trayectorias y los juegos mecánicos de la máquina influyen siempre de la misma manera. Esta reducción de controles permite prácticamente eliminar toda operación humana posterior, con la consiguiente reducción de costes y tiempos de fabricación. Por consiguiente, si las condiciones de mecanización han sido previstas adecuadamente y si las herramientas estaban bien regladas, la máquina-herramienta obtiene piezas prácticamente idénticas y, por tanto, con precisión constante.
  • 26. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.26 En los talleres convencionales se admite como normal un coeficiente de desecho de 3 a 4% . para las máquinas con control numérico este coeficiente es inferior a 1%. Se consigue, por tanto, un evidente ahorro sobre todo si las piezas son complejas. 6. Flexibilidad. Basta cambiar el programa- pieza para que la máquina herramienta fabrique otra pieza, siendo posible poseer una gran biblioteca con programas. Estos programas se pueden almacenar bien en cinta perforada bien en medios magnéticos: casettes o discos flexibles. Hasta hace algunos años se distinguían dos tipos fundamentales de control numérico: los equipos de control numérico de posicionamiento llamados también punto a punto y los equipos de contorneo. Hoy día es más difícil hacer la misma clasificación pero podemos conservarla a fin de diferenciar los modos de desplazamiento de los ejes de la máquina. En lo relativo a los equipos propiamente dichos, actualmente existen numerosos equipos que tienen una estructura mixta. Ciertos ajes son mandados en contorneos y otros en posicionamiento. Supongamos (Figura 12 )una pieza colocad sobre la mesa y que en el punto A se requiere realizar una perforación. Sea X el eje longitudinal de la mesa e Y el eje transversal; B representa la proyección del eje útil sobre la mesa. El problema de llevar A al punto B se puede de las siguientes formas: 1. Accionar el motor del eje Y hasta alcanzar el punto A y a continuación el motor del eje X hasta alcanzar el punto B (fig.13a). 2. Análogo al anterior, pero accionando primero el motor del eje longitudinal y después el del transversal (fig. 13b). Estos dos modos de posicionamiento reciben el nombre de posicionamiento secuencial y se realiza normalmente a la máxima velocidad que soporta la máquina. 3. Accionar ambos motores a la vez y ala misma velocidad. En este caso la trayectoria seguida será una recta inclinada 45º. Una vez llegado a la altura del punto B, el motor del eje Y será parado para continuar exclusivamente el motor del eje X hasta llegar al punto B (fig. 12c). Este tipo de posicionamiento recibe el nombre de posicionamiento simultáneo (Punto a punto). 4. Accionamiento secuencial de los motores pero realizando la aproximación a un punto siempre en el mismo sentido (fig.13d). este tipo de aproximación recibe el nombre de aproximación unidireccional y es utilizado exclusivamente en los posicionamientos punto a punto. En un sistema punto a punto, partiendo de la información suministrada por el programa y antes de iniciarse el movimiento, el control determina el camino total a recorrer. Posteriormente se realiza dicho posicionamiento, sin importar en absoluto la trayectoria recorrida, puesto que lo único que
  • 27. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 27 importa es alcanzar con precisión y rapidez el punto requerido (punto B). Como ya hemos dicho este posicionamiento puede ser secuencial o simultáneo y se realiza normalmente a la velocidad máxima que soporta la máquina. Esta es la razón de que muchos sistemas punto a punto no se controla ni programa la velocidad de avance ni la velocidad de rotación del útil. Figura 12. Tipos de posicionamiento punto a punto. Supongamos ahora que queremos realizar el fresado de la figura 13. La primera operación será pasar del punto 0 al punto 1 y se realiza de alguna de as formas antes mencionadas (posicionamiento punto a punto). La segunda operación será desplazar la fresa del punto 1 al punto 2. Ahora no podrá ser cualquiera la trayectoria sino que deberá ser una recta perfecta a lo largo del eje Y y sin que pueda rebasar en ningún caso el punto 2 puesto que de otra forma la pieza sería destruida. Este desplazamiento según el eje Y no podrá realizarse con cualquier velocidad sino con la velocidad que permita la naturaleza del material utilizado y el diámetro de la fresa utilizada (programación de la velocidad de avance). Este tipo de fresado recibe el nombre de fresado paraxial y los equipos que lo realizan reciben el nombre de equipos punto a punto paraxial. Su nombre proviene del hecho de ser capaces de realizar fresados según los ejes de la máquina. Los sistemas punto a punto y paraxial se usan principalmente en taladradoras y punteadoras pudiendo también ser usados para fresados sencillos. Supongamos de nuevo el ejemplo anterior (trayecto del punto 0 al punto 1) y supongamos que diseñamos una orden de posicionamiento a la velocidad máxima. En principio la trayectoria recorrida sería una recta inclinada 45º. Si por alguna razón hubiera una disminución transitoria de la velocidad según algún eje, la trayectoria dejaría de ser una recta. Figura 13. Fresado Paraxial. En el caso anterior ese resultado no importaría demasiado puesto que nuestra única intención era alcanzar el punto 1. Sin embargo, si nuestra intención hubiera
  • 28. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.28 sido realizar un fresado según una recta de 45º, el resultado hubiera sido catastrófico. Este nefasto resultado se habría alcanzado debido a que no existía sincronización entre los motores que gobiernan los ejes longitudinal y transversal. Por esta razón, en estos sistemas la herramienta deberá trabajar exclusivamente según trayectorias a lo largo del eje X o del eje Y. De todo lo anterior se deduce que siempre que queramos realzar trayectorias que no sean paraxiales (rectas según los ejes) es necesario que el sistema de control posea unas características especiales. Los equipos que permiten generar curvas reciben el nombre de contorneos. Los sistemas de contorneo controlan no sólo la posición final sino la posición instantánea de los ejes de los cuales se realiza la interpolación. En estos equipos deberá existir una sincronización perfecta entre los distintos ejes, controlándose por tanto, la trayectoria real que debe seguir la punta de la herramienta. Con estos sistemas se pueden generar recorridos, tales como rectas con cualquier pendiente, arcos de circunferencia, cónicas o cualquier otra curva definible matemáticamente. Estos sistemas de contorneo se utilizan en tornos, pero sobre todo para fresados complejos. Por último diremos que un equipo de control numérico paraxial podrá efectuar los trabajos que realiza un equipo punto por punto y que un equipo de contorneo podrá realizar los trabajos propios de los equipos a punto y paraxial. • Principales capacidades de programación. Los movimientos Axiales del Torno CNC. En este párrafo solo vamos a considerar la programación básica en dos ejes de los movimientos de la máquina cuando estemos tratando con tornos CNC. Los ejes de importancia son los ejes Z y X. El eje Z está en la dirección del husillo. Z+ es el movimiento que se efectúa alejándose del husillo y de la pieza y Z- es el movimiento hacia el husillo y hacia la pieza de trabajo. El eje X controla los movimientos cruzados. X+ esta en dirección contraria de la línea de centro del husillo y X- es el movimiento hacia la línea de centro del husillo y hacia la pieza de trabajo (ver fig. 14).En algunas máquinas con cabezal frontal programable el eje W es usado para designar el movimiento de este cabezal esto implica un tercer eje en esas máquinas. Los centros de torneado más complejos pueden tener hasta cuatro ejes. Figura 14. Funcionamiento axial típico en los tornos CNC.
  • 29. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 29 Realizará un cuadro sinóptico de la capacidad de mecanizado y características de la maquina. CONTEXTUALIZACIÓN Competencia lógica. Resolver problemas que involucren el razonamiento lógico y matemático. El alumno: • Determinará la forma en que se calcula la capacidad de programación de un torno de control numérico computarizado. RESULTADO DE APRENDIZAJE 1.2. Elaborar una hoja de procesos del maquinado de una pieza a partir de las capacidades del torno elegido para su fabricación en alta producción. 1.2.1 Condiciones para el maquinado de una pieza especifica. • Velocidad de avance de la herramienta. Velocidad de corte. Para las operaciones en torno la velocidad de avance se define como la proporción a la cual un punto en la circunferencia de la pieza trabajada pasa por la herramienta de corte. Esto es expresado en pies por minuto de la siguiente manera: Donde: D es el diámetro de la pieza trabajada. En la tabla 1 se dan una serie de valores para velocidades de corte empleando herramientas de acero rápido. Estos mismos valores pueden ser duplicados cuando se estén empleando herramientas de carburo. Tabla 1. Relación aproximada de velocidad de corte para herramientas de corte de acceso rápido. La profundidad de corte se estima entre 0.005 y 0.01 in. Velocidad de avance. La velocidad de avance es la proporción a la cual la herramienta avanza a lo largo de la pieza por cada revolución de esta misma. En la tabla 2 se muestran las velocidades de avance recomendadas para el trabajo con diversos materiales. Tabla 2.
  • 30. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.30 Figura 15. Dirección y Ángulo de Corte para las operaciones en el Torno. Direcciones de avance. Las herramientas de corte a la derecha usualmente viajan de derecha a izquierda en reversa normalmente se usan herramientas izquierdas ver Figura 16. Figura 16. Regulador de mano de banda. Nomenclatura de Herramientas. Las herramientas de torneado deben tener ángulos específicos en sus filos para asegurar una larga y eficiente vida de trabajo. Lo anterior se muestra el la Figura 17 en donde los componentes son como sigue: TNR: (tool nose radio) radio del filo, este nos sirve para producir un acabado superficial aceptable y alargar la vida de la herramienta. BR: ( back Rake) es el ángulo al cual está inclinada la herramienta para poder direccionar adecuadamente las rebabas que surgen del corte. Este ángulo está formado por la cara superior del inserto de carburo y la línea principal de la superficie del porte herramientas. SR: (side rake angle) este es el ángulo que nos sirve para direccionar las virutas hacia un lado de la herramienta y este ángulo se encuentra formado por la cara superficial del inserto y la superficie transversal del cuerpo del portaherramientas. SC: (side clearance angle) este es el ángulo que permite que la parte lateral de la herramienta no interfiera en el corte. EC: (end clearance angle) este es el ángulo que nos permite que el final de la herramienta no interfiera en el corte. SCEA: (side cutting edge angle) este es al ángulo que nos ayuda a mejorar el corte produciendo pequeñas virutas en la operación de torneado. ECEA: (end cutting edge angle) este ángulo sirve para mantener un claro entre la herramienta y la superficie de trabajo
  • 31. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 31 durante una operación de corte interna o externa. Figura 17. • Profundidad de corte. Como se había establecido anteriormente los ángulos de corte ayudan a direccionar las virutas, esos ángulos también ayuda a proteger a la herramienta del calentamiento excesivo y la acción abrasiva en general en los ángulos positivos de corte los esfuerzos de la herramienta de corte tienden a decrecer y en los ángulos negativos se incrementa la fuerza de corte. En muchos casos los portaherramientas deberían ser usados para crear ángulos negativos de corte. Es recomendable emplear ángulos de corte positivos en los materiales más suaves y en las partes delgadas ver Figura 18 Figura 18. Ángulos de corte para torneado. También se recomienda seleccionar porta herramientas que tengan el mayor ángulo lateral posible con respecto de la superficie de trabajo, esto producirá pequeñas virutas, bajas temperaturas de corte y protegerá el filo de la herramienta del excesivo desgaste. • Revoluciones del husillo. A continuación se describen instrucciones para la forma del trabajo del husillo. M03 HUSILLO CONECTADO EN SENTIDO HORARIO Se conecta el husillo en sentido de giro horario. El sentido de giro se observa desde la base del husillo hacia el extremo opuesto (extremo libre) de la pieza. La velocidad de rotación está previamente dada por el parámetro S (en G96 o G97). M04 HUSILLO CONECTADO EN SENTIDO ANTIHORARIO M05 PARO DEL HUSILLO El husillo deja de girar. M19 PARO EXACTO DEL HUSILLO Con M19 se puede hacer que el husillo pare en un punto exacto, que se introduce bajo S (ángulo en grados). Los valores de S van de 0 a 360. Esta función no está habilitada. Demostrará en forma individual las características del herramental utilizado en el
  • 32. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.32 maquinado de piezas en torno de CNC. CONTEXTUALIZACIÓN Competencia científico-teórica. Aplicar los principios de velocidad aplicados en el maquinado de piezas por C. N. C. El alumno: • Observará un maquinado de una pieza y dibujará a mano alzada la forma en que interviene la velocidad de avance de la herramienta con respecto a las revoluciones del usillo explicando de que manera afecta la velocidad en las herramientas de corte. Competencia lógica. Resolver problemas que involucren el razonamiento lógico y matemático. El alumno: • Realizará los cálculos necesarios para Determinar cuales son las velocidades de corte ideales para un maquinado de Bronce, Aluminio, Latón y un acero inoxidable en un torno de C. N. C. 1.2.2 Elaboración de la hoja de procesos. Los procesos de manufactura en CNC son esencialmente idénticos en principios a los métodos de manufactura convencional. Convencionalmente los planos son elaborados por ingenieros de diseño los cuales son entregados a los mecánicos, entonces los mecánicos leen los planos y mentalmente calculan los pasos de la herramienta, las velocidades de corte, los avances y el tiempo de maquinado. La programación CNC es en mucho lo mismo del maquinado convencional. El mecánico tiene la responsabilidad de las operaciones de maquinado sin emplear los controles por vía manual si no que deberá programar eficientemente el uso de esos controles. Esto no quiere decir que los mecánicos tengan que ser programadores computacionales. En un principio las máquinas CNC requerían especialistas en programación para introducir la información en la máquina de la misma manera que el mecánico ejecutaba la operación de puesta a punto. Con los códigos G y M de hoy los lenguajes de programación para CNC no requieren especialistas en computación. Programación del proceso de CNC auxiliado por computadora. 1. Desarrollo del modelo geométrico en tres dimensiones usando el CAD. 2. Elección de las operaciones de maquinado que se requieren para producir la parte (algunas de estas asistidas por computadora). 3. Elección del herramental que deberá ser usado. 4. Correr el programa CAM para generar el programa CNC incluyendo las hojas de operaciones y los listados de herramientas. 5. Verificar y corregir el programa usando un simulador virtual como el CNCez. 6. Bajar de la red los programas de la parte para instalarlos en la máquina o
  • 33. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 33 máquinas que lo requieran (en algunas ocasiones pueden ser varias las máquinas que van a ser usadas para fabricar la parte). 7. Verificar los programas que han sido instalados en las máquinas y efectuar las correcciones que pudieran ser necesarias. 8. Correr el programa y producir la parte. • Diseño. EIA y ISO ESTANDARS Dos estándares muy similares son generalmente empleados en el mundo: El ISO 6983 y el EIA RS274. Algunos países podrán tener sus propios estándares pero en su mayoría emplean el ISO (Internacional Standardization Organization) y el EIA (Electronic Industries Association) los cuales han desarrollado un estándar para control numérico el cual usa instrucciones simples de programación para programar las máquinas herramienta en operaciones en particular. Por ejemplo siguiendo las siguientes líneas de código nosotros podemos dar instrucciones a una fresadora CNC para que ejecute una línea o block número 100, la herramienta cortará a partir del origen relativo y a un avance de 20 in./ min. a lo largo del eje X 1.25 in. Y en eje de las Y 1.75 in. N95 G90 G20 N100 G01 X1.25 Y1.75 F20 La designación de los ejes en la máquina herramienta y el sistema de coordenadas están también estandarizados por el EIA en el estándar EIA 267-C. Este estándar se aplica normalmente a todas las máquinas de control numérico. Este estándar es igual y no menos importante que el EIA RS274 que concatena al CAD/CAM el cual sigue similares estándares. Método Conversacional (no estandarizado). Un método alternativo de programación es usar el controlador conversacional de CNC. Estos controladores generalmente no siguen cualquier estándar son más particulares y se supone que son más fáciles de usar incluso se pretende que no es necesario saber como programar y solamente es necesario conocer como responder a los controladores en la pantalla. Generalmente cuando las máquinas producen partes simples puede ser usado este sistema, sin embargo para piezas más complejas puede que no funcione. Por lo tanto algunas máquinas CNC pueden ser programadas por ISO/EIA y por el conversacional. Un aspecto que debe ser tomado en cuenta es que además de que los controladores CNC del conversacional no están estandarizados, otro punto importante a tomar en cuenta es que su comunicación con el CAD/CAM llega a ser más difícil. En general podemos decir que una máquina que no requiere soporte del CAD/CAM es una máquina que va producir partes simples y entonces puede ser
  • 34. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.34 apropiada para el controlador conversacional. • Inclusión de los elementos. 1. Desarrollo del diseño de la pieza. 2. Elección de la máquina que va a producir la parte. 3. Elección del herramental requerido. 4. Decisión de la secuencia de maquinado. 5. Elaboración de los cálculos para la programación de las coordenadas. 6. Cálculo de las velocidades de corte y avances requeridos para el herramentado y el material que se va a trabajar. 7. Elaboración del programa del CNC. 8. Elaboración de las hojas de procesos y los listados de herramientas. 9. Verificar la programación empleando cualquiera de los dos; un simulador virtual de CNCez o empleando la máquina actual. 10. Verificar el programa en la máquina actual y efectuar las correcciones que pudieran ser necesarias. 11. Correr el programa y producir una parte en material de prueba. • Información de la hoja de procesos para la programación CNC y CAM. Manejo de las herramientas en una máquina CNC. Asegúrese de la localización y buen funcionamiento del botón de PARO DE EMERGENCIA de la máquina antes de prender y operar la máquina. Haga una prueba de paro de emergencia en la máquina antes de iniciar el trabajo. Limpie la grasa y el aceite de los tableros y mantenga la máquina siempre limpia. Remueva las virutas con un cepillo de alambre y con una herramienta “T” para las ranuras. Nunca use aire a presión para limpiar virutas. Mantenga la máquina libre de herramientas y materiales; para esto emplee una mesa lateral auxiliar. Tenga cuidado de no golpear los controles del CNC. Asegúrese de que las guardas de seguridad sean corridas antes de iniciar el trabajo. No toque ninguna parte en movimiento. Una vez en operación no desatienda a la máquina CNC. Sujete y asegure las piezas adecuadamente usando los aditamentos correctos. • ISO 9000 y QS 9000 en la certificación del proceso de maquinado. Certificación del proceso de maquinado. Prácticas de maquinado. En caso de emergencia cuando la máquina se encuentre en operación oprima el botón de PARO DE EMERGENCIA. Antes de la operación de la máquina asegúrese de que no existen obstáculos en el recorrido de trabajo de la máquina. Verifique la posición mas alta y los movimientos transversales de las herramientas para evitar choques con objetos periféricos: Cuando la herramienta esta bajando en un maquinado de superficie. Cuando la herramienta esta ejecutando una operación de corte.
  • 35. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 35 Cuando la herramienta se está moviendo hacia un cambio de posición. Use las tablas de velocidades de corte y avances que el fabricante recomienda. Ajuste esos parámetros basándose en las especificaciones de precisión, calidad, acabado, desgaste de herramienta, control de virutas y capacidad de la máquina para la parte que se va a fabricar. Efectúe un ciclo en vacío par verificar la operación. Cheque la pieza terminada para verificar que este libre de rebabas. Mantenga un flujo continuo de refrigerante sobre las herramientas de corte, cuando trabaje con fundición gris o de acero. Use menor cantidad de revoluciones para el torneado de roscas que las que normalmente se emplean par cualquier otra operación de torneado. Finalice el maquinado de un cono interno en dirección del diámetro mayor. NOTA: Siempre consulte con el instructor cuando no este familiarizado con alguna operación. • Aspectos de higiene y seguridad que debe contener la hoja de procesos. Para le protección de la persona siempre será recomendable que el operador de la máquina siga las siguientes recomendaciones: Siempre usar gogles y peto de seguridad. Evitar el uso de ropa y accesorios innecesarios (corbatas, cadenas, guantes, relojes, anillos, etc.). Cubrir el cabello cuando este sea largo con alguna gorra apropiada. Emplear las piernas y no la espalda para cargar objetos pesados. Evitar el contacto de refrigerantes y fluidos de corte con la piel. Cuando algún accidente se presente, se debe notificar de inmediato al supervisor y aplicar los primeros auxilios en caso de ser posible. Ambiente de trabajo. Se debe mantener el piso limpio de aceite y grasa. Barrer las virutas del piso; estas pueden producir resbalones. Mantener los materiales y las herramientas en su lugar. Selección y manejo de las herramientas. Asegúrese de que las herramientas estén afiladas y en buena condición. Asegúrese de que las herramientas están limpias de aceite, grasa y mugre. Transporte siempre las herramientas con el filo hacia abajo. Cuando sean afiladas las herramientas de carburo o las cerámicas, hacerlo en un área ventilada y nunca cerca de una máquina CNC. Para maquinados con insertos de carburo o de cerámica, siempre elija los más sólidos. Elija los portainsertos más sólidos y cortos posible. Asegúrese siempre de que las herramientas estén correctamente colocadas y que estén firmemente sujetas.
  • 36. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.36 Investigará en forma grupal las características que deben reunir las hojas de procesos realizadas en la industria comparando los aspectos que contienen contra la teoría dando sus conclusiones. Discutirá en forma grupal la importancia que tienen las medidas de seguridad en la hoja de procesos así como la aplicación de las normas de calidad dentro de las hojas de proceso. CONTEXTUALIZACIÓN Competencia para la vida. Aplicar los conocimientos adquiridos en la elaboración de hojas de procesos en su vida cotidiana. El alumno: • Elegir una pieza determinada del automóvil de casa y vera cuales son los maquinados que lleva y si se pueden realizar en un torno C.N.C. así mismo realizará la hoja de procesos de dicha pieza. Competencia emprendedora. Recopilar información de las normas ISO y QS 9000. El alumno: • Recopilar información de ISO y QS9000 analizando los apartados de cada norma y aplicarlos en el taller de C. N. C. simulando auditoria para certificación.
  • 37. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 37 PRÁCTICAS Y LISTAS DE COTEJO Unidad de aprendizaje: 1 Práctica número: 1 Nombre de la práctica: Visita el área de Ingeniería de Procesos de una Empresa Industrial. Propósito de la práctica: Al finalizar la práctica, el alumno identificará las características y requerimientos en la elaboración de una pieza mecánica mediante las especificaciones del cliente para el maquinado de piezas en CNC. Escenario: 1) Aula, 2) Empresa Industrial. Duración: 12 hrs. Materiales Maquinaria y equipo Herramienta • Tabla de campo. • Hojas de papel bond. • Lápiz. • Goma. • Copia de diversos formatos de hojas de proceso empleados para la fabricación de una pieza. • Hojas de datos técnicos. • De seguridad marcado por la empresa.
  • 38. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.38 Procedimiento Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo. Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Utilizar la ropa y equipo de trabajo. Para el desarrollo de esta práctica se recomienda formar grupos de 6 a 8 alumnos: Escenario 1 1. Elegir una empresa manufacturera que opere con torno CNC. Escenario 2 2. Acudir con el responsable del departamento de ingeniería de proceso. 3. Hacer un listado de los diferentes tipos de productos terminados. 4. Comentar con el responsable de las principales características y requerimientos para la elaboración de un proceso eficiente para el maquinado de una pieza. 5. Tomar nota de los criterios empleados para la selección del material. 6. Tomar nota de los sistemas empleados para la preparación de la alimentación de un torno CNC. 7. Tomar nota de los criterios empleados para la selección del torno a utilizar. 8. Tomar nota de las características de los herramentales de sujeción. 9. Tomar nota de las características de los herramentales de corte. 10.Tomar nota de las características de acabados. 11.Tomar nota de las características empleadas para la programación del CNC. 12.Realizar un reporte de la práctica que incluya lo siguiente: • Comentarios sobre los procesos de fabricación en torno CNC. • Observaciones. • Conclusiones. Dar tratamiento a los residuos recuperables. Disponer de los desechos biológicos contaminados y materiales utilizados en los contenedores o depósitos previstos para dicho fin de acuerdo con la NOM-087.
  • 39. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 39 Lista de cotejo de la práctica número 1: Visita al área de Ingeniería de Procesos de una Empresa Industrial. Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño Desarrollo Sí No No Aplica Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. 1. Tomó nota de los criterios empleados para la selección del material. 2. Tomó nota de los sistemas empleados para la preparación de la alimentación de un torno CNC. 3. Tomó nota de los criterios empleados para la selección del torno a utilizar. 4. Tomó nota de las características de los herramentales de sujeción. 5. Tomó nota de las características de los herramentales de corte. 6. Tomó nota de las características de acabados. 7. Tomó nota de las características. 8. Realizó un reporte de la práctica con los requerimientos solicitados. Separar los residuos recuperables Dispuso de los desechos biológicos contaminados y materiales utilizados Observaciones: PSP: Hora de inicio: Hora de término: Evaluación:
  • 40. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.40 Unidad de aprendizaje: 1 Práctica número: 2 Nombre de la práctica: Elaboración de una hoja de procesos para el mecanizado de partes. Propósito de la práctica: Al finalizar la práctica el alumno elaborará hojas de procesos de acuerdo a la aplicación del lenguaje y especificaciones para el maquinado de partes en CNC. Escenario: Aula. Duración: 13 hrs. Materiales Maquinaria y equipo Herramienta • Hoja de papel bond. • Lápiz. • Goma. • Diseño de una pieza para maquinar en torno.
  • 41. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 41 Procedimiento Realizar la practica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo. Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Utilizar la ropa y equipo de trabajo. Esta práctica deberá realizarse de forma individual. 1. Identificar los pasos del proceso. 2. Definir el tipo de material y su preparación. 3. Definir el tipo de acabado de la pieza. 4. Evaluar las tolerancias de la pieza contra la precisión del torno. 5. Determinar las condiciones de maquinado 6. Elaborar el Lay-Out del herramental. 7. Establecer el tiempo del ciclo de mecanizado. 8. Establecer las condiciones de seguridad e higiene. 9. Elaborar la hoja de procesos para la pieza dada. 10.Repetir esta práctica para piezas diferentes si el tiempo lo permite. 11.Elaborar un reporte de la práctica que incluya lo siguiente: • Sugerencias. • Observaciones. • Conclusiones. Dar tratamiento a los residuos recuperables. Disponer de los desechos biológicos contaminados y materiales utilizados en los contenedores o depósitos previstos para dicho fin de acuerdo con la NOM-087.
  • 42. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.42 Lista de cotejo de la práctica número 2: Elaboración de una hoja de procesos para el mecanizado de partes. Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño Desarrollo Si No No Aplica Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Utilizó la ropa y equipo de trabajo. 1. Realizó esta práctica en forma individual. 2. Identificó los pasos del proceso. 3. Definió el tipo de material y su preparación. 4. Definió el tipo de acabado de la pieza. 5. Evaluó las tolerancias de la pieza contra la precisión del torno. 6. Determinó las condiciones de maquinado. 7. Elaboró el Lay-Out del herramental. 8. Estableció el tiempo del ciclo de mecanizado. 9. Estableció las condiciones de seguridad e higiene. 10.Elaboró la hoja de procesos para la pieza dada. 11.Realizó un reporte de la práctica con los requerimientos solicitados. Separar los residuos recuperables. Dispuso de los desechos biológicos contaminados y materiales utilizados. Observaciones: PSP: Hora de inicio: Hora de término: Evaluación:
  • 43. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 43 RESUMEN En este capítulo se establecieron los fundamentos para determinar las necesidades de maquinado de una pieza a partir de los requerimientos del diseño para su fabricación en torno CNC. Se tuvo que realizar el análisis de la información contenida en el diseño de la parte, tales como los materiales, las dimensiones, las tolerancias, los acabados, los tratamientos térmicos y las consideraciones del maquinado para procesos posteriores. Entre las necesidades del maquinado se estudiaron los materiales, su calidad, su preparación, el cálculo de piezas por unidad de materia prima, así como el cálculo del desperdicio. De igual manera se estudiaron las características de la máquina, tales como su capacidad, sus características de Control Numérico y sus capacidades de programación. En el segundo tema de este capítulo se determinó la forma de elaborar una hoja de procesos del maquinado de una pieza, tomando como base la capacidad del torno elegido para la fabricación en alta producción. Antes de elaborar la hoja de procesos se estudiaron, por un lado el herramental de sujeción, de soporte y posicionamiento, el de corte estándar, de corte especial, de medición para alta producción y el Lay- Out de éste. Entre las condiciones del maquinado de una pieza específica, se consideraron, la velocidad de avance de la herramienta, la profundidad de corte y las revoluciones del husillo. Por último, se diseñó la hoja de procesos con todos los elementos, con la información relativa a los procesos para la programación CNC y CAM, las normas ISO-9000 y QS-9000 para la certificación del proceso de maquinado y los aspectos de seguridad e higiene correspondientes.
  • 44. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.44 AUTOEVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS 1. ¿Cuáles son las condiciones que se deben tomar en cuenta para el maquinado de una pieza en torno con CNC? 2. ¿Qué tipos de herramental se emplean en un torno con CNC? 3. ¿Cuáles son los elementos que se emplean en un torno con CNC?
  • 45. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 45 PROGRAMAR LA FABRICACIÓN DE PARTES METÁLICAS EN TORNO ASISTIDO POR CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO. Al finalizar el capitulo, el alumno programará la unidad de CNC de un torno de alta producción de acuerdo con la aplicación del lenguaje de la programación y especificaciones de la pieza para la fabricación de piezas en CNC.
  • 46. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.46 MAPA CURRICULAR DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE Módulo Unidad de Aprendizaje Resultados de Aprendizaje 1. Diseñar el proceso para fabricar partes metálicas en torno asistido por control numérico computarizado. 34 Hrs. MAQUINADO DE PIEZAS EN TORNO CONTROL NUMERICO COMPUTARIZADO. 144 HRS. 2.1 Controlar los movimientos del torno C. N. C. mediante sus dispositivos de control y las unidades de adquisición de datos de entrada y salida para programar el proceso de manufactura de una pieza. 30 Hrs. 2.2. Programar un torno de C. N. C. por medio de sistemas de coordenadas, unidades de adquisición, y lenguaje de programación para la fabricación de una pieza. 30 Hrs. 2.3. Elaboración de partes en torno C. N. C. programando la secuencia del proceso y usando el herramental apropiado para lograr la calidad en dimensiones y acabado que el diseño indique. 50 Hrs. 2. Programar la fabricación de partes metálicas en torno asistido por control numérico computarizado 110 Hrs.
  • 47. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C. 47 SUMARIO Nombre y Formulas de los Compuestos Inorgánicos Iones Monoatómicos Positivos y Negativos Iones Poliatómicos Compuestos Iónicos Ventajas y desventajas del uso del CNC. Productividad del CNC. Características de las máquinas operables con CNC. Planeación para el uso del sistema CNC. Características del operador de un torno CNC. Características de un programador de CNC. Elementos de un programa de CNC. Dispositivos de registro y acumuladores de memoria. Display de lectura de los valores de las coordenadas. Sistemas de retroalimentación. Sistemas de control numérico. Unidad de entrada salida de datos. Unidad interna de entrada y salida de datos. Unidad de cálculos y de enlace con los elementos mecánicos Control numérico para Máquinas herramienta. Programación manual. Sistema de coordenadas cartesianas. Tipos de control en dos ejes. Control del eje “Z”. Control de cuatro y cinco posiciones. Sistemas de incremento. Sistema absoluto. Sistema de fijación a cero. Computadoras para CNC. Lenguajes de programación para CNC. Programación automática del Herramental APT. Adaptación del APT. Programación automática del maquinado (Auto-Map). Programación Compact II. Programación general de un proceso APT. Manejo de los ejes de un torno CNC. Operaciones con diámetro interior y diámetro exterior. Proporciones en el avance. Velocidad del Husillo. Formato de la información. Interpolación lineal. Interpolación circular. Roscado. Consideraciones del empleo del herramental. Herramientas de corte usadas en el torno CNC Herramientas de ranurado y barrenado. Herramental de corte especial. Herramental de sujeción Aditamentos de avance automático. Verificación de primeras partes Dimensional. Acabado superficial. RESULTADO DE APRENDIZAJE 2.1. Controlar los movimientos del torno CNC mediante sus dispositivos de control y las unidades de adquisición de datos de entrada y salida para programar el proceso de manufactura de una pieza. 2.1.1 Características de un Sistema C. N. C.
  • 48. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.48 El control numérico ha sido empleado en la industria por alrededor de 40 años. Un simple control numérico es un método de operación automática para una máquina basado en un código de letras, números y caracteres especiales. Un sistema de instrucciones codificadas para ejecutar una operación es llamado un programa. El programa es transmitido por medio de las correspondientes señales eléctricas para activar los motores que mueven a la máquina. Las máquinas de control numérico pueden ser programadas manualmente, si se usa una computadora para crear un programa, el proceso es conocido como programación asistida por computadora. El acceso empleado en este texto será en forma de programación manual. Tradicionalmente los sistemas de control numérico están compuestos de los siguientes componentes: Perforadora: convierte las instrucciones escritas a un correspondiente patrón perforado. El patrón de perforaciones es perforado a lo largo de la cinta la cual pasa a través de este dispositivo, muchas unidades antiguas usan un dispositivo de tecleado conocido como Flexowriter, los nuevos dispositivos incluyen una microcomputadora que se acopla a la unidad de perforado de cinta. Lectora: la lectora lee el patrón de perforaciones de la cinta y lo convierte a un código de señales eléctricas. Controlador: recibe el código de señales eléctricas de la lectora de cinta y subsecuentemente hace que la máquina de control numérico responda. Máquina CN: responde a las señales programadas por el controlador y de acuerdo a estas la máquina ejecuta los movimientos requeridos para manufacturar la parte (encendido o apagado de la rotación del husillo, movimiento de la mesa o el husillo de acuerdo a la programación en las diferentes direcciones de los ejes, etc.) ver figura 1. Figura 1.Componentes de un sistema tradicional CN. Los sistemas de control numérico ofrecen las siguientes ventajas sobre los métodos manuales de producción: 1. Mejor control del movimiento de las herramientas n bajo óptimas condiciones de corte. 2. Mejoran la calidad de la parte como así mismo su repetibilidad.
  • 49. Maquinado de Piezas en Torno de C. N. C. 49 3. Reducen los costos de herramentado, el desgaste de herramientas y el tiempo de puesta a punto de la máquina. 4. Reduce el tiempo de la manufactura de las partes 5. Se reduce el porcentaje de desperdicio. 6. Se mejora la planeación y distribución de las operaciones de maquinado por medio de la ingeniería. Ya vistas cada una de las ventajas del C. N. es conveniente definir que es el control numérico computarizado y sus componentes. Una máquina de control numérico computarizado (CNC) es una máquina de control numérico a la cual se le ha agregado la característica de tener una computadora. Esta computadora es conocida comúnmente como la unidad de control de la máquina o MCU (Machine Control Unit). Las unidades de control para las máquinas de control numérico normalmente usan dispositivos electromagnéticos, esto significa que las funciones de la máquina son controladas por elementos físico-electrónicos los cuales están contenidos en el controlador. Por otro lado la computadora emplea un software de tal forma que las funciones de la máquina se encuentran codificadas dentro de la computadora en el momento de la manufactura. La ventaja es que estas no se borrarán cuando la máquina CNC sea apagada. La memoria de la computadora que mantiene dicha información es conocida como ROM (read only memory). El MCU usualmente tiene un teclado alfanumérico para adquirir la información directa o manual o programas de partes. Tales programas son almacenados en la memoria RAM (random access memory) de la computadora. Estos programas pueden ser repasados editados y procesados por el control. Todos los programas que se encuentran en RAM se pierden cuando la máquina CNC es apagada, esos programas pueden ser salvados en algún dispositivo auxiliar de almacenamiento como puede ser cinta perforada, cintas magnéticas, o discos magnéticos. Las más recientes unidades MCU tienen pantallas gráficas la cuales no solo pueden mostrar el programa CNC sino que también se pueden apreciar también los recorridos de las herramientas y los errores generados en el programa. Los componentes encontrados en casi todos los sistemas CNC se muestran en la ver figura 2. - Unidad de control de la máquina: genera, almacena y procesa los programas CNC, esta unidad contiene también el control de movimiento de la máquina en forma de un programa de software ejecutable ver figura 3. - Máquina CN: responde a las señales programadas por la unidad de control de maquina y manufactura de parte.
  • 50. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.50 Fig. 2. Componentes de un sistema CNC Figura 3. Unidad de control de máquina (MCU). • Ventajas y desventajas del uso del CNC. El control numérico computarizado ha abierto nuevas posibilidades y ventajas no ofrecidas por otras máquinas CN; estas son algunas de ellas: 1. Reducción de dispositivos que se tienen que agregar a l funcionamiento de la máquina. Las nuevas funciones pueden ser programadas en el MCU como un software. 2. Los programas CNC pueden ser escritos, almacenados y ejecutados directamente en la máquina CNC. 3. Cualquier parte adquirida de un programa CNC puede ser mostrado y editado, y el movimiento de las herramientas pueden ser electrónicamente mostrados. 4. Muchos y muy diferentes programas de NC pueden ser almacenados en el MCU. 5. Muchas máquinas CNC pueden ser conectadas entre sí a una computadora principal. Los programas pueden ser
  • 51. Maquinado de Piezas en Torno de C. N. C. 51 cargados en la computadora principal y posteriormente bajados a cualquier máquina CNC conectada en la red, esto es conocido como control numérico directo o de NC (ver figura 4). Figura 4. Control numérico directo. 6. Muchos sistemas de NC pueden también ser conectados a una red para formar un gran sistema de control numérico distributivo (ver figura 5). Figura 5. Control numérico distributivo. • Productividad del CNC. Requerimientos especiales para el uso del c. n. c. Las máquinas de control numérico computarizado pueden aumentar dramáticamente la productividad. El manejo del CNC como sea puede solo asegurar tales ganancias por medio del direccionamiento de algunos puntos críticos, entre estos se encuentran: 1. Se debe asignar el suficiente capital para comprar un equipo de CNC de buena calidad. 2. El equipo de CNC debe ser mantenido regularmente, esto puede ser logrado obteniendo un contrato de servicio total ó en parcial con un proveedor técnico. 3. El personal debe ser minuciosamente capacitado en la puesta a punto y operación de las máquinas CNC. 4. La planeación de la producción debe ser cuidadosamente estudiada, esto es debido a que el costo por hora de operación de la máquina CNC es usualmente mucho más alto que el costo de operación de las máquinas convencionales. • Características de las máquinas operables con CNC. Centros de maquinado y centros de torneado c. n. c. Los centros de maquinado son el ultimo desarrollo en la tecnología del CNC, estos
  • 52. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.52 sistemas vienen equipados con intercambiadores automáticos de herramientas los cuales tienen la capacidad de cambiar hasta 90 o mas herramientas. Muchos de ellos están equipados con contenedores rectangulares movibles llamados pallets. Estos contenedores son empleados para cargar y descargar automáticamente las piezas. Con una simple puesta a punto los centros de maquinado pueden efectuar operaciones tales como fresado, barrenado, conizado, abocardado y muchas otras mas. Adicionalmente los centros de maquinado pueden utilizar diversos cabezales para ejecutar diversas tareas en muchas diferentes caras de la parte y ángulos específicos. Los centros de maquinado reducen los tiempos de producción y los costos debido a que reducen la necesidad de mover la parte de una máquina a otra. Dos tipos de centro de maquinado se muestran en las figuras 6 y 7 Los centros de torneado con la capacidad de aceptar cambiadores de herramienta también dan una fuerte apariencia en los modernos centros de producción. Esas máquinas CNC son capaces de ejecutar muchos diferentes tipos de operaciones de corte simultáneamente en una parte que se encuentre girando, en la figura 8 se muestra un moderno centro de torneado. Figura 6. Centro de maquinado con husillo vertical. Figura7. Centro de maquinado con husillo horizontal, cambiador automático de herramienta y dos pallets de intercambio.
  • 53. Maquinado de Piezas en Torno de C. N. C. 53 Figura 8. Centro de torneado CNC Otros tipos de equipo c. n. c. Además de los centros de maquinado y de los centros de torneado la tecnología CNC también se ha aplicado a muchos otros tipos de equipos de manufactura, entre estos se encuentran las máquinas electroerosionadoras por filamento (wire EDM) y las máquinas de corte por láser. Las máquinas electroerosionadoras utilizan un alambre delgado (0.0008 a 0.012 in.) como electrodo; este alambre está guiado por dos rodillos y corta la parte como una sierra de cinta, el material es removido por la erosión causada por una chispa que se mueve horizontalmente con el alambre; el CNC es empleado para controlar los movimientos horizontales de la mesa. Estas máquinas son muy usadas para producir insertos de moldes, dados de extrusión y herramientas de forma ver figura 9. Figura 9. Máquina electroerosionadora por filamento controlada por CNC. Las máquinas CNC de corte láser utilizan un intenso rayo concentrado de luz láser para cortar la parte, el material bajo el rayo láser desaparece rápidamente bajo la alta temperatura y es vaporizado, si el poder del rayo es suficiente es te puede penetrar a través del material, debido a que no hay fuerzas mecánicas involucradas las partes cortadas con láser sufren una mínima distorsión, estas máquinas han sido muy efectivas en el barreado de ranuras y agujeros ver figura 10. Figura 10. Maquinado corta láser por CNC.
  • 54. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.54 Unidades de entrada y almacenamiento c. n. c. En las unidades de entrada y almacenamiento c. n. c. La información necesaria para ejecutar las operaciones CNC puede ser introducida manualmente en la unidad de control, esto es un largo e ineficiente proceso, la máquina también esta preparada para elaborar las partes cuando esto ha sido hecho. Por lo tanto algunos dispositivos para almacenamiento y carga de programas han sido desarrollados en los cuales los programas se elaboran con la ayuda de una micro computadora o un servidor. Estos son mostrados en la figura 11. Figura 11. Equipo de entrada y almacenamiento. Cinta perforada. Esta cinta perforada de una pulgada de ancho puede estar hecha de papel o de Mylar (el Mylar es un plástico duro y resistente) o de un laminado de Mylar y aluminio. La cinta de papel es la más económica, esta está tratada para resistir agua y aceite y es la más popular. La cinta de Mylar es mucho más cara pero es muy durable. Esta se sigue empleando aun en las industrias manufactureras para almacenar información cono cinta maestra. Diferentes tipos de máquinas perforadoras son usadas para trasladar las instrucciones del programa para un trabajo en el patrón correspondiente de perforado en la cinta. El patrón de perforado es usualmente leído por una lectora de luz fotoeléctrica; también ha sido usado para este fin otros métodos electrónicos y mecánicos (ver figura 12). Figura 12. Equipo de perforación de cinta. Cinta magnética. Esta viene usualmente en forma de cassette utilizando cinta de ¼ in de ancho. El programa es almacenado en forma de un patrón magnético en la cinta, un lector de cinta lee el patrón y lo convierte al correspondiente código eléctrico; la información es recuperada avanzando o retrocediendo la cinta de manera secuencial, el mejoramiento en la protección de la cinta ha incrementado su uso un poco más.
  • 55. Maquinado de Piezas en Torno de C. N. C. 55 Diskettes y disk packs. Estos dispositivos son de forma circula y almacenan programas en forma de un patrón magnético. Ellos están hechos para girar cuando se esta operando y pueda ser leído por cabezas grabadoras en la unidad del disco. Los diskettes son también conocidos como floppy disks. (Discos suaves) los cuales han llegado a ser el método más popular de entrada y almacenamiento, ellos son usados con microcomputadoras y estaciones de trabajo (ver fig. 13). Figura. 13. Dispositivo para leer y almacenar información de diskettes. Los disk packs son usados para DNC con servidores de cómputo remotos, la capacidad de almacenamiento de un disco es mucho mayor que la capacidad de almacenamiento de la cinta. El disco es un medio de acceso aleatorio, esto significa que cualquier información en cualquier posición del disco puede ser encontrada y recuperada casi instantáneamente. • Planeación para el uso del sistema CNC. Un sistema no es u simplemente una computadora o una red de computadoras con su equipo periférico es también un administrador de procesos que ha sido automatizado por el uso de computadoras. Muchas de las tareas involucradas en la administración de operaciones pueden ser hechas por o con el soporte computarizado. La administración de procesos involucra el procesamiento y la comunicación en tres tipos de información de manufactura: técnica, logística y administrativa. En este caso vamos a describir el mayo sistema de administración usado en manufactura para manejar esos tipos de información. El sistema técnico de información incluya la generación de planes de proceso y programas CN a partir de la información del diseño. Los sistemas logísticos de información están relacionados con la planeación y programación de la producción. Ellos pueden limitar a la producción y al control de materiales o cubrir el alcance entero de los recursos planeando los procesos. Los sistemas de información administrativa incluyen una variedad de funciones de soporte. Muchos de ellos relativos a evaluación del desempeño de manufactura tales como calidad, desempeño equipamiento, y costo de la información. Las computadoras pueden también ser usadas para diseñar la arquitectura de una línea de manufactura, ambos la distribución física de las herramientas y el flujo de los materiales y el producto.
  • 56. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.56 Además las computadoras pueden ser una valiosa herramienta para ayudar a administrar la optimización de las operaciones en manufactura. Este puede incluir balanceo de línea, reducción de inventario, mejoramiento del ciclo del tiempo o usar técnicas estadísticas para el control de proceso. La planeación técnica del proceso. La principal tarea de la planeación técnica para manufacturar es convertir la información del diseño en información que pueda ser usada para manufacturar el producto. Este proceso normalmente involucra una secuencia de pasos los cuales empiezan con el diseño del producto y terminan con la programación de instrucciones que controlan la operación del equipo de manufactura (ver figura 14) Figura 14.secuencias de pasos y programación de instrucciones. Planeación técnica del proceso. La técnica de la planeación de procesos es la unión entre el desarrollo y la manufactura organizados. La información del diseño del producto es la primera fuente de información técnica que manufactura emplea para determinar como hacer el producto final. Este diseño o información de ingeniería normalmente incluye información acerca del producto y sus partes tal como:
  • 57. Maquinado de Piezas en Torno de C. N. C. 57 Listas de materiales (listados completos de las partes que componen el producto final). Geometría las formas físicas del producto y sus partes. o Dimensiones. o Tolerancias. o Materiales. Requerimientos especiales (acabados superficiales o tratamientos térmicos). Normalmente toda esta información está contenida e un dibujo de ingeniería el cual ingeniería de manufactura emplea para obtener la información que ellos necesitan para planear los procesos de manufactura. En la actualidad esta información es a menudo encontrada en una computadora dentro del sistema CAD (computer arded design), esto puede ser almacenado en forma de diseños de ingeniería o puede ser incorporado a una computadora como diseño del producto. Manufactura usa un sistema para extraer la información y para procesar esta información es necesario adema planear y operar los procesos de manufactura. El primer paso de la planeación técnica de procesos es llamado “planeación de procesos» ingeniería de manufactura o planeación de procesos usan la información del diseño el cual describe al producto para seleccionar los procesos y las máquinas que pueden ser usadas para fabricar y ensamblar las partes. El planeador trabaja en los detalles de las herramientas específicas y de los dispositivos que van a ser requeridos para controlar los parámetros críticos dentro de la operación de la máquina. El resultado final de esta actividad normalmente toma la forma de un “ruteo” de manufactura, este describe enteramente y en detalle los procesos de manufactura, incluyendo la secuencia de operaciones y el establecimiento y control de los límites en cada herramienta. El siguiente paso es la programación CN; las actividades de programación involucran la definición de procesos y parámetros y el desarrollo específico de instrucciones para todo el equipo de manufactura controlado por computadora. El resultado es un conjunto de programas computarizados que serán usados para operar las herramientas. En las operaciones de maquinado este paso involucra la programación del CN para las partes. En otros tipos de procesos de manufactura el tipo de información puede diferir pero la función es básicamente la misma en la manufactura de productos eléctricos o electrónicos se deben desarrollar programa de prueba en la misma forma. Discutirá en forma grupal sobre las ventajas y desventajas del uso del CNC. CONTEXTUALIZACIÓN Competencia tecnológica. Identificar los avances tecnológicos en los sistemas de C. N. C. El alumno:
  • 58. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.58 • Investigará en internet o en manuales cuales son los avances que se tienen en cuanto a sistemas de C. N. C. Competencia científico-teórica. Identificar la aplicación de los conceptos matemáticos en las maquinas operables de C. N. C. El alumno: • En el maquinado de una pieza en un torno de C. N. C. identificar en donde intervienen los algoritmos. 2.1.2 Principio del funcionamiento de un CNC. • Características del operador de un torno CNC. El operador de CNC deberá tener conocimientos en geometría, álgebra y trigonometría. Deberá conocer sobre la selección y diseño de la Herramienta de Corte. Dominar los métodos de sujeción. Uso de medidores y conocimientos de metrología. Interpretación de Planos. Conocimientos de la estructura de la máquina CNC. Conocimientos del proceso de transformación mecánica. Conocimientos de la programación CNC. Conocimientos del Mantenimiento y operación CNC. Conocimientos generales de programación y computadores personales. Existen algunos otros aspectos de tipo humano que se derivan de la utilización del control numérico; entre los que podemos mencionar: Una persona puede operar varias máquinas simultáneamente. Mejora el ambiente de trabajo. No se requiere de una gran experiencia. El programa tiene el control de los parámetros de corte. Todos estos aspectos pueden representar cambios culturales dentro del ambiente del taller; sin embargo si se es hábil la adaptación será bastante rápida. Un operador experto en MHCN debe conocer sus prestaciones y los límites dentro de los que opera. No es suficiente con amarrar la pieza y manipular el armario de control. Para obtener los resultados óptimos en programación CN se debe de planificar toda la secuencia de operaciones anticipadamente. • Características de un programador de CNC. El programador de CNC deberá básicamente cumplir al 100% con los puntos del párrafo anterior con la salvedad de que además de todo eso deberá conocer los lenguajes básicos de
  • 59. Maquinado de Piezas en Torno de C. N. C. 59 programación de máquinas de control numérico que veremos más adelante. • Elementos de un programa de CNC. Las aplicaciones de alta velocidad en máquina herramienta exigen un nivel mínimo de prestaciones a los CNC’s que gestionan el proceso de mecanizado, de modo que sean capaces de controlar las altas velocidades y aceleraciones de los ejes con el nivel de precisión requerido. El procesamiento de los datos en el CNC comienza por el intérprete del programa, el cual descifra el programa escrito en formato ISO de manera que pueda ser asimilado por sistema de control y ejecutado en el interpolador. Pero antes de que los datos lleguen al interpolador es necesario realizar una serie de transformaciones como compensación de la geometría de la herramienta, escalado, rotación, cinemática de la máquina, etc. Después, el interpolador actúa enviando a los servos las consignas adecuadas. En aplicaciones de contorneado, la forma más habitual de especificar las trayectorias que debe seguir la herramienta está basada en la generación de una sucesión de puntos entre los cuales se realizan interpolaciones lineales. Cuanta más precisión se exige, mayor es el número de puntos, y el hecho de tener que procesar toda esa cantidad de información con precisión y a gran velocidad impone la adopción de soluciones específicas en los controles numéricos para alta velocidad. El CNC tiene que ser capaz de realizar las operaciones manteniendo los diferentes errores que se producen dentro de las tolerancias establecidas. Para el trabajo en alta velocidad, las exigencias son, como cabe esperar, más severas debido sobre todo a los altos valores de avance que se requieren. En los siguientes puntos se analizan las prestaciones que puede disponer un CNC para trabajar en alta velocidad. • Dispositivos de registro y acumuladores de memoria. Muchos de los actuales programas generados por los paquetes CAM para el mecanizado de piezas en 3D, ocupan varios megas de memoria debido a la necesidad de mantener el error cordal a un valor bajo. Los actuales CNCs están, cada vez más, basados en arquitecturas PC, las cuales proporcionan discos duros con capacidades de almacenamiento de gigas, por lo que el problema del espacio que existía antiguamente ya no es tal. Además, la conexión a red de los CNCs proporciona todas las ventajas añadidas que supone una conexión de este tipo en cuanto a la transmisión y utilización de cualquier tipo de información. Los fabricantes de CNC’s actuales están apostando cada vez más por los denominados controles abiertos, los cuales básicamente aprovechan la arquitectura PC para permitir al usuario implementar funciones propias, poniendo a su alcance muchos recursos internos del control.
  • 60. Maquinado de Piezas en Torno C. N. C.60 La utilización de la arquitectura PC y el software estándar en dichos sistemas abre enormemente las posibilidades de los CNCs actuales. De esta manera, todo el hardware y software que ha sido desarrollado para el entorno PC puede ahora ser utilizado directamente en los CNCs. Por tanto, la integración con periféricos, adquisición de datos, etc. se solucionan fácilmente con sistemas comerciales de terceros fabricantes, diferentes de los fabricantes de CNCs. • Display de lectura de los valores de las coordenadas. El corazón de un sistema CNC es un ordenador que se encarga de realizar todos los cálculos necesarios y de las conexiones lógicas. Tendiendo a que el sistema CNC es el puente de unión entre el operador y la máquina-herramienta se necesitan dos interfaces (traductores): La interfaz del operador formado por el panel de control y varios a él conectados relacionados generalmente con dispositivos de periféricos almacenamiento (lectoras de cinta perforada, casete, disqueteras, etc) o impresión de la información. La interfaz de control de la máquina- herramienta que esta subdividido en múltiples conexiones de control y que afectan los actuadores de ejes, del husillo principal, etc. hasta llegar al sistema auxiliar de alimentación de energía. El aspecto externo del panel de control de las MHCN puede variar considerablemente en función del fabricante, no obstante, los componentes que en él aparecen se pueden agrupar de forma genérica en: Monitor: que incluye una pantalla CRT o un panel de texto (en desuso) así como un conjunto de diales analógicos o digitales, chivatos e indicadores. Mandos para el control máquina: Estos permiten el gobierno manual o directo de la MHCN en actividades análogas a las ejecutadas con una convencional mediante manivelas, interruptores, etc. Estos controles pueden ser empleados de forma alternativa durante las operaciones programadas para modificar puntualmente el proceso. Controles para la programación: Generalmente se presentan como teclados para la edición textual de programas y datos almacenados. Presentan caracteres alfabéticos, números e iconos o símbolos de las funciones que ejecutan. Para garantizar el funcionamiento correcto de la MHCN y la aceptación de las instrucciones por el ordenador, el panel de control presenta un conmutador del modo de operación. Los modos de operación posibles son: Programación (edición y gestión). Modificación datos herramienta. Gobierno manual. Funcionamiento automático. La selección de los modos se lleva a cabo mediante un dial rotativo o con una botonera siendo sencillo el cambio de uno a otro.