Tipos de máquinas y su funcionamiento en la industria

Tipos de máquinas y su funcionamiento en la industria

TIPOS DE MÁQUINAS:

Router o fresadora de puente

Caract: Máquina eléctrica rotativa en la que se coloca la herramienta de corte, Alta velocidad y eficacia de trabajo, Mesa de vacío de alta densidad, Baja tolerancia de temperatura.

Aplic

Distancias grandes, Adecuadas para movimientos rápidos y/o mecanizados de piezas relativamente blandas (maderas, plásticos, metales suaves).

Ventajas

El mejor para trabajar con maderas, acrílicos, espumas y materiales muy suaves, Fácil de usar, Alta precisión.

Desventajas:

No adecuado si necesitas trabajar con hojas de acero o con bloques de ese material, Alto precio.

Fresadora de 3 ejes

Caract: Estructura pesada, mecanizado elementos duros.

Aplic:

Las más habituales, Mecanizado de elementos duros de alta precisión.

Ventajas:

Alta precisión, Alta dureza.

Desventajas:

Una de las máquinas CNC más pesadas, Debido a su peso, los movimientos son más lentos, reduciendo la velocidad de que mecanizado.

Torno y torno fresadora

Caract: Se utiliza una combinación de un cabezal de fresadora sobre el eje del torno.

Aplic:

Mecanizados de chaveteros y figuras pequeñas, Piezas de rotación.

Ventajas:

Altas tasas de remoción del material, Cortes ininterrumpidos, Alta precisión: Permite el control de virutas, Uniformidad en la producción.

Desventajas:

Coste elevado de herramientas y de mantenimiento, Difícil adaptación de empleados a nuevas técnicas exigidas por CN.

Cortadora Foam

Caract: Su mecanismo de corte es un hilo de Nicrom caliente que se mueve entre dos ejes XY paralelos, Sistema específico para cortar EPP/EPS.

Aplic:

Aeromodelismo, grandes rotulaciones y decorados.

Ventajas:

Alta precisión, Buen acabado.

Desventajas:

Alto precio.

Pórtico de cabeza móvil

Caract: Pórtico en los ejes Z e Y‍, que se mueve a lo largo del eje X, Se necesitan mecanismos de tracción en los laterales para evitar que la pieza se mueva.

Pórtico de mesa móvil

Caract: Similar al anterior pero la parte que se mueve en el eje X es la mesa en vez de la cabeza. Se utiliza para mecanizados de piezas más grandes.

Bancada móvil o multiejes

Caract: El tipo clásico de fresadoras de tres ejes, Para realizar piezas con formas complicadas (circulares) como anillos, se añade un cuarto eje que da más libertad de movimiento y permite mejor trayectoria de la máquina.

CNC:Control de Movimiento

Recibe instrucciones de la computadora y las convierte en señales eléctricas. Dispondremos de dos o más ejes que serán nuestras direcciones programables de movimiento. Son requisito para generar los movimientos necesarios de nuestro proceso de fabricación. El movimiento del eje puede ser lineal o rotatorio. Nomenclatura ejes lineales: X, Y, Z. Nomenclatura ejes giratorios: A, B, C. Se realiza mediante dos sistemas, que puede utilizarse individualmente o combinados entre sí: Valores Absolutos (cód. G90): coordenadas del punto son referidas al origen. Variables: X=diámetro final. Z=medida en dirección paralela al eje del husillo. Valores Incrementales (cód. G91): coordenadas del punto son referidas al punto actual. Variables: U=radio final, W=medida en dirección paralela al eje del husillo.

Accesorios programables

Para que una máquina CNC sea útil → varios controles de movimiento/programable de varias maneras. Accesorios programables → multiplican las funciones de las máquinas CNC. Cada máquina específica tiene sus propios accesorios programables → puede programarse cualquier función programable en ella. Ejemplo → Centro de mecanizado. Tiene, al menos, las siguientes funciones programables:Cambiador automático de herramienta: cambiar el instrumento de corte sin intervención del operario, elegir la herramienta y colocarla en el husillo automáticamente.Velocidad y activación del husillo: variaciones de velocidad, variación del sentido del giro y detenerlo o activarlo.Refrigerante: activarlo o desactivarlo durante el ciclo para lubricar y enfriar.

Programa CNC

La máquina ejecuta una serie de instrucciones, programa CNC, que contienen todas las instrucciones para la realización de la pieza.Lenguaje: bajo nivel G y M. Generales (código G), describe las funciones de movimiento de la máquina. Misceláneas (código M) describe las funciones necesarias para el mecanizado de la pieza. Se crean frases conformadas por bloques. Cada bloque está numerado y generalmente solo tiene un comando. Variables de dirección: identificadas con letras y definidas para cada función. Cada máquina tiene su propio programa.

Controlador CNC

Interpreta un programa CNC y acciona la serie de comandos en orden secuencial: Activa las funciones apropiadas de la máquina a medida que lee el programa. Impulsa el movimiento de los ejes. Sigue las instrucciones del programa. Otros propósitos: Modificar/editar los programas en caso de detectar errores. Realizar funciones de verificación especial para confirmar la exactitud del programa. Especificar algunas entradas importantes del operador (Ej: longitud de las herramientas).

CAM (Computer Aided Manufacturing)

El programador de CNC especifica las operaciones de mecanizado a realizar al programa CAM y éste crea automáticamente el programa. Trabaja conjuntamente con CAD (Computer Aided Design), eliminando la necesidad de redefinir la configuración de la pieza.

Sistema DNC

1)Desarrollar el programa CNC. 2)Cargar el programa en un controlador mediante un sistema de control númerico (DNC). Sistemas DNC: ordenador conectado a la red con una o mas maquinas CNC.

LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN

PROGRAMACIÓN MANUAL: El programa se escribe por medio de razonamientos y cálculos del operario. El programa de mecanizado esta forma por el conjunto de datos que el control necesita para la mecanización de la pieza. Bloque o secuencia: es el conjunto de informaciones que corresponde a una misma fase del mecanizado, que se numeran para facilitar su búsqueda. Deben contener todas las funciones geométricas, funciones máquina y funciones tecnológicas del mecanizado. Del tal modo que consta de varias instrucciones. Códigos de programación están normalizados para que puedan servir para diversas máquinas del mismo tipo. N: es la dirección correspondiente al número de bloque o secuencia. X, Y, Z: son las direcciones correspondientes a las cotas según los ejes X, Y, Z de la máquina herramienta (Y planos cartesianos). G: es la dirección correspondiente a las funciones preparatorias. M: es la dirección correspondiente a las funciones auxiliares o complementarias. F: es la dirección correspondiente a la velocidad de avance. I, J, K: son direcciones utilizadas para programar arcos de circunferencia. T: es la dirección correspondiente al número de herramienta.

PROGRAMACIÓN AUTOMÁTICA

Los cálculos los realiza un computador, que suministra en su salida el programa de la pieza en lenguaje máquina. Cuerpo del programa Cabecera: Indica el comienzo del cuerpo del programa, su programación es obligatoria en cuando el programa dispone de subrutinas locales. Se compone del carácter "%" seguido del nombre del programa ( %NombreDelPrograma ). Bloques de programa: Contiene los movimientos, operaciones, etc. Fin de programa: Se puede definir mediante las funciones M02 ó M30, ambas equivalentes y de uso opcional. El comportamiento del CNC será diferente según se utilicen o no estas funciones. Subrutinas: bloques que pueden ser llamados una o varias veces desde otra subrutina o desde el propio programa: Globales : Se almacenan en la memoria del CNC como un programa independiente, pudiendo ser llamada desde cualquier programa o subrutina en ejecución. Locales: Son parte de un programa y solo pueden ser llamadas desde el propio programa en ejecución.

MOTORES

PASO A PASO: aplicaciones medianas/pequeñas. Caracteristicas: Un paso por cada pulso. Paso de 90º, necesita 4 pulsos para completar una vuelta. Posibilidad de mantenerse enclavados en una posición. Tipos: Unipolar: su ventaja es la velocidad, pero se desaprovecha la mitad del bobinado y el torque es mucho menor. (Discos duros o impresoras) Bipolar serie: cualquier motor unipolar puede usarse como bipolar no usando la toma intermedia.  Consumo medio, su torque mayor que el unipolar pero la inductancia es más elevada por lo que su velocidad máxima disminuye. Bipolar paralelo: la inductancia es mucho menor que en serie y alcanzan un 30% más de velocidad, pero el consumo es el doble. Criterios de selección: 1. Par motor o torque de retención: aparece como “holding torque” o “Static moment”, se mide en N*m o N*cm y nos indica la fuerza del motor. 2.La corriente o intensidad nominal: aparece como “Phase Current”, se mide en A y nos da el valor de corriente que puede circular por el motor sin quemarlo. 3.Driver o Controlador: debemos encontrar un controlador que sea capaz de entregar esa corriente.

SERVOMOTORES

Similar a motor de corriente continua, con un mecanismo de feedback de lazo cerrado. Capaz de posicionarse y mantenerse en cualquier posición dentro del rango de operación. Los más avanzados permiten controlar también la velocidad y la aceleración. Pros: alta fuerza, alta velocidad, baja inercia, consumo reducido de energía. Contras: complejidad, coste elevado. Elementos: Motor:a) Motor c.c. de escobillas: más económico y simple. b) Motor c.c. sin escobillas: aplicaciones industriales medianas. c) Motores c.a. inducción: aplicaciones industriales a gran escala. Encoder:a) Potenciómetros resistivos: más económico y simple, pero menos vida y precisión. b) PID: Mayor precisión, pero más complejo uso. Típico en la industria. c)Codificadores rotatorios (absolutos o relativos): cada vez más generalizado en aplicaciones complejas a pequeña escala. Control:Tradicionalmente se han empleado dispositivos de electrónica de potenciaMOSFET, IGBT, GTO. Usos industriales: Cortadora Foam, Torno, Fresadora, Robótica. Usos tecnológicos: modelismo y radiocontrol, drones, impresoras 3D, robótica.

SENSORES

Fundamentales en todo tipo de máquinas, ya sean eléctricas, mecánicas o electrónicas. Convierte variaciones de estado físico en señales eléctricas, ayudando a las distintas funciones de las máquinas CNC. Preciso y fuerte è Reflejar pequeñas variaciones y aguantar condiciones de funcionamiento. Tipos sensores en CNC:Analógicos: Salida varía de forma continua y  en función de la posición y velocidad del elemento a controlar.Digitales: Señales discretas en forma de impulsos de tensión o corriente. consta de dos cuerpos: uno donde se encuentra los contactos, y el otro donde está el elemento que detecta el movimiento. Funcionamiento: Normalmente abierto (NA): no deja pasar la corriente hasta que se activa el sensor.Normalmente cerrado (NC): deja pasar la corriente y la corta al activarse el sensor. Comúnà es el pin común. Materiales: metal, plástico y fibra de vidrio son los más comunes. Ventajas: facilidad de instalación, robustez, capacidad de trabajo a tensiones altas. Inconvenientes: velocidad de detección, posibilidad de rebotes.

HERRAMIENTAS: DE CORTE

Componente que se utiliza para extraer el material de una pieza para realizar un proceso de mecanizado. Tipos: Herramientas hechas de un único material y Herramienta con placas de corte industrial: mejores propiedades (metal duro, conglomerados…). Movimientos: Pieza quieta y herramienta en movimiento (fresa). Herramienta quieta y pieza en movimiento (torno).

DE TORNEADO:

Deben presentar alta dureza (incluso a altas temperaturas), alta resistencia al desgaste y gran ductilidad.Materiales: acero al carbono, acero rápido, carburo cementado, cerámica, CBN y PCD.Procesos: Cilindrado: Se utiliza para reducir el diámetro de la pieza. Refrentado: Se mecaniza el extremo de la pieza, en perpendicular al eje de giro.Roscado. La pieza se rebaja en forma helicoidal para formar una rosca.Mandrinado: Se realiza dentro de agujeros previamente realizados para mejorar sus características o adaptarlos a las necesidades.

DE FRESADO:

Fresa frontal: Para este tipo de fresado se utilizan herramientas con

aristas cortantes en los laterales y en la punta.Plato de planear: Esta herramienta sirve para crear una superficie plana. Se coloca a poca profundidad.Forma de T: Sirve para hacer ranuras de la anchura de la herramienta. Ala de mosca: Esta herramienta sirve para hacer formas triangulares. Discos:Discos de sierra: Permite hacer cortes estrechos. Las puntas deldisco son muy finas, por lo tanto, las velocidades no pueden ser muy altas.Fresa bicónica: Forma similar a la cola de milano, permite hacer una forma triangular. Fresa de achaflanar:Se usa para hacer chaflanes a la pieza a mecanizar, convirtiendo una arista viva en una cara con un determinado ángulo y anchura.Broca:Se trata de una pieza metálica de corte utilizada para realizar agujeros. Posee dos hojas de corte en la punta y la ranura es de forma helicoidal, de modo que pueda evacuar la viruta.Broca de mandrinado: sirve para ensanchar agujeros previamente hechos. Su diseño no es tan puntiagudo porque su finalidad no es perforar, sino sacar material de los laterales.Escariador: Se utiliza para obtener un agujero preciso. Se utiliza para

incrementar el agujero 3 o 4 décimas de milímetro.

PREPARACIÓN DEL MECANIZADO:FUNCIONES DE LOS UTILLAJES: Sujetar y ubicar la pieza de trabajo. Tener en cuenta: Deformaciones, Vibraciones y distorsiones de la pieza, Tiempos de proceso. Gran precisión y aumento del rendimiento de los procesos de fabricación. MÉTODOS DE FIJACIÓN: Sistemas hidráulicos: Los sistemas de sujeción hidráulica ofrecen un método racional y económico para la fijación de piezas con diversos contornos geométricos y adecuados para la fabricación en serie. Ventaja: reduce considerablemente los tiempos de carga y descarga en comparación con los sistemas de sujeción manual convencionales. Sistemas magnéticos: utilizada en mecanizadoras de acero. Ventaja: ofrecen un fácil y rápido posicionamiento de las piezas con la consiguiente reducción de tiempos muertos, así como un mantenimiento prácticamente inexistente. Sistemas de vacío: sirve para equipar de forma eficiente sistemas de mesa con cuadrícula, de mesa lisa y de mesa de consola. Puede sujetar piezas medianas y pequeñas con facilidad de diferentes materiales (metal, madera, plástico) que se fijan sin desplazamiento y con seguridad de procesos con la matrix-plate. Sistemas ´punto cero’: Se caracterizan por la rapidez del cambio de  piezas reduciendo, de esta forma, los tiempos de cambio y evitando tiempos de parada de máquina. PUNTOS CRÍTICOS:tener en cuena: Puntos de amarre, Puntos de referencia , Puntos de apoyo, Tolerancias permitidas, Número de piezas que se van a realizar en la serie.VARIABLES: Velocidad de corte, Profundidad de corte, Avance, Refrigerantes, Herramientas de corte, Desgaste de la herramienta.AMARRES: Evitar imperfecciones, Prever su capacidad para fabricar dentro de las tolerancias descritas, Lograr una mayor facilidad en el control del automatizado, Determinar fuerzas de apriete y fijación.Tipos: · Poca precisión: Operaciones simples, Tuercas, Bridas, Tornillos. · Mucha precisión: Geometrías complicadas, Cilindros hidráulicos, Cilindros neumáticos, Bridas.· Mordazas mecánicas manuales tradicionales: Para piezas prismáticas y sencillas, Produce la imposibilidad de control, No recomendable para piezas de tolerancias estrechas. · Mordazas manuales de alta presión: Evitan vibraciones, Uso en centros verticales y horizontales, Recomendable para series no muy grandes. · Mordazas hidráulicas de alimentación exterior:Automatizado, Útil para series muy grandes. · Mordazas múltiples:Duplican el amarre, Aumenta la productividad. POSICIONAMIENTO DEL MATERIAL: Palpadores / comparadores: Mide distancias, Sonda, Posiciona el eje de coordenadasen un punto concreto, Facilita los puntos de referencia.

SOFTWARE CAM:Se basa en el uso de ordenadores para ayudar en el proceso de manufactura de un producto o proceso.  Permite a partir de la información de CAD procesar los datos de cara a la manufactura y producción automatizada.Es un software utilizado para generar un programa de CNC.Tipos:NX (Siemens), CATIA (Dassault), Autodesk Developer Network (ADN). Ventajas:Elimina posibles errores del operario, Reducción del desgaste y la rotura de herramientas, Reducción del tiempo de fabricación (piezas grandes o en serie), Reducción del tiempo de programación manual, Reducción de la mano de obra, Rápida adaptación al mercado, La tecnología CAM Multieje hace simple y rentable el mecanizado complejo, Soporta una amplia gama de aplicaciones a medida, Perfecta integración con otros productos CAD. Convenios con los proveedores de CAD como SolidWorks® para crear potentes módulos de mecanizado CAM que se integran en el software CAD.Inconvenientes:Necesidad de dominio, contratación de personal cualificado o formación del actual, Coste del programa. Aplicaciones: Mecánica: Industria aeroespacial, Industria automovilística. Arquitectura e Ingeniería Civil: Diseño de interiores, Cálculo de estructuras. Sistemas de información geográfica y cartografía: Análisis topográfico, Estudios medioambientales. Ingeniería Eléctrica y electrónica: Diseño de placas de circuito impreso y circuitos integrados.

IMPRESORAS 3D:máquina capaz de realizar réplicas de diseños en 3D.Crea piezas volumétricas a partir de un diseño hecho por ordenador.Procesos en los que secuencialmente se acumula material en una cama o plataforma por inyección, extrusión, cama de polvo. Modelos:Sinterización láser: se depositan finas capas de polvo de diferentes metales y un láser funde cada capa con la anterior. Compactación: una masa de polvo que se compacta por estratos. Adición, o de inyección de polímeros, en las que el propio material se añade por capas. Aplicaciones:Arquitectura, Medicina, Alimentación, Industria textil.

CNC: Ventajas: Reducción de tiempos de ciclos operacionales →menos revisiones de planos y de medidas, Ahorro de herramientas y utillajes → utilización de herramientas más universales, Reducción de porcentaje de piezas defectuosas, Reducción del tiempo del cambio de piezas, Reducción de la información a suministrar a la unidad de mando → simplificación en la programación, Manejo más fácil y seguro de la máquina para el operador. Fuentes de error:Cantidad de equipos usados para realizar la pieza, Desgaste de las máquinas debido a las velocidades que utilizan (motores), Material utilizado para manufacturar las piezas, Tamaño del diseño y temperatura del sistema. Cuándo no usar:Elevadas inversiones iniciales. Aplicaciones con altas tasas de producción. Fabricación de productos estandarizados. No será útil para aplicaciones como: la fabricación de piezas, productos muy específico, que requieran de fabricación artesanal.