CAPITULO III
PRINCIPIOS BASICOS
3.1
PUNTOS DE REFERENCIA REFERENCIA
El control numérico numérico moverá moverá la herramienta herramienta de la máquina máquina según unos valores valores de coordenadas coordenadas definidas definidas en el pro grama pieza. Es imprescindible garantizar que el sistema de medición de desplazamientos de la ramienta la posesione her ramienta posesione en los puntos programados. Para ello se definen unos puntos de referencia para el programa y para la maquina y se establece establece la relación relación ex istente entre estos puntos.
Fig. 3.1. Puntos r eferenciales eferenciales de una fresadora
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3.1.1 PUNTO CERO DE M QUINA “M”
Para poder mecanizar, es necesario tener un punto fijo en algún lugar , desde donde poder referenciar los datos. Este punto se llama "origen máquina o cero máquina" este punto de referencia es invariable y lo fija el fabr icante de la misma. Y es él quien decide su mejor ubicación dependiendo del tipo y tamaño de la máquina. Figura 3.1
El origen máquina se identifica con la letra "M" y es a partir de este punto donde se mide la totalidad de la máquina y al mismo tiempo “M” es el origen del sistema de coordenadas.
Para la fresadora el punto “M” se sitúa sobre la mesa, en el borde izquierdo delante o del sistema de coordenadas de máquina.
3.1.2 PUNTO CERO DE LA PIEZA” W”
Al iniciar la programación de una pieza, el programador debe conocer desde donde referenciar todas las medidas de dicha pieza. Ese punt de referencia se llama "cero pieza" y es el programador quien puede programarlo libremente y decide cual será su ubicación, por lo tanto lo primero que se debe hacer al iniciar un proceso de programación y mecanización, es determinar e l punto "c
eza" W. Figura 3.1
En las fresadoras EMCO, el cero de la máquina "M" está en el borde delantero izquierdo de la mesa de la máquina. Esta posición es inadecuada como p unto de par tida para el dimen sionado. Con el denominado “ Decalaje
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de Origen”, el sistema de
coordenadas puede desplazarse a un punto adecuado del
ea de trabajo de la pieza
como se puede ver en la figura 3.2.
Fig. 3.2 De calaje de or igen.
Natur almente, cuando se coloca una pieza en la maquina, el
no conoce la
posición relativa entre ambos puntos, por lo que se tiene que realizar el d ecalaje de origen desde el punto cero de la maquina M hasta el punto cero de la pieza de trabajo W para indicar donde está situado la pieza con respecto al cero maquina .
Los planos que acompañen a la pieza en su proceso de m canización deben tener perfectamente indicado donde está el origen p ieza o "cero pieza" con referencia al ce ro
maquina.
El criterio d e situación del cero se debe basar en la lógica, dependiendo del tipo de pieza y de la d istribución de cotas que tenga e l plano de trabajo.
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En la figura 3.3 se puede ver dos casos claros de elección del punto cero.
Fig. 3.3. Elección del cero pieza según su formato
La pieza A por su formato, recomienda claramente la si
ón del cero pieza W en el
centro de la pieza, en cambio, en la pieza B, es clara ente más favorable la situación del cero p ieza en la esquina inferior izquierda. No obstante, el criterio queda en definitiva a e lección del programador.
3.1.3
PUNTO DE REFERENCIA “R”
El pun to de referencia R se e ncuentra en el área de trabajo de la máquina exactamente definida por limitadores, sirve para calibrar e l sistema de medición . La posición donde la máquina encuentra el cero del sistema d medida, esta definido por finales de carrera. 1 Es necesario mandar los ejes a esta posición cada vez que la maquina es encendida, después de desbloquear la tecla de emergencia, para informar a la unidad de control de la distancia exacta entre los puntos M y N (T) .
1
Como Programar un C ontrol Numérico, RAFAEL FERRE Pág. 57 -78
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3.1.4
PUNTO DE REFERENCIA DE ALOJAMIENTO DE HERRAMIENTA N (T)
El punto de referencia de alojamiento de herramienta N (T) está situado exactamente en el eje de rotación del husillo de la fresa , a 30 mm en dirección vertical (Z) . A partir del cual se de terminan las longitudes de las herramientas. Una vez montada la herramienta en la maquina, en gener
los puntos N(T) y “R”
coinciden. Así, conoc ida la distancia de la punta de la herramienta referencia, el control podrá calcular la trayectoria d
punto de
“R ” para que la punta de la
herramienta configure el contorno deseado de la pieza.
Este punto es fijado por el fabr icante sobre un punto especificado del portaherramientas
en dirección vertical (Z) desde el reborde de apoyo del rodamiento de bolas del porta herramientas.
3.2 SISTEMAS DE COORDENADAS
Los sistemas de coordenadas se usan en infinidad de actividades, tales como la navegación marina, aérea, sistemas cartográficos, etc. su finalidad e s la de situar un punto de manera concreta y precisa a lo largo de un escenario concreto y perfectamente
definido.
En CN encontramos el mismo problema, tenemos que indicarle a la herramienta unas posiciones a alcanzar dentro de un plano perfectamente definido. Las herramientas,
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según el tipo de máquina, ya sea torno o fresa se move
en 2D o 3D, es decir en dos
dimensiones en un plano o en 3 d imensiones en el espacio.
En todos los sistemas de coordenadas es imprescindible marcar un origen como punto de partida para tener unas referencias claras, y en CN no es menos, por lo que unos de los datos imprescindibles, será definir ese punto.
3.2.1 SISTEMAS DE EJES DE COORDENADAS
En CN se utilizan dos tipos fundamentales de coordenadas:
-
Coordenadas cartesianas o rectangulares.
-
Coordenadas polares.
3.2.1.1 Coordenadas cartesianas, o rectangulares.
Dentro de los sistemas de coordenadas rectangulares de CN distinguiremos 2 tipos:
-
Coordenadas 2D (en u n plano)
-
Coordenadas 3D (en e l espacio)
Coordenada 2D.- Las coordenadas de dos ejes, y tal como se puede observar en el
dibujo tienen un punto de referencia o punto de partid que se llama Origen, en el se cruzan los dos ejes indicando con el signo la dirección de la misma. Es importante destacar que los sig nos matemáticos + y - no tienen un sentido positivo o negativo sino sentido de dirección. Los ejes están graduados para poder determinar un punt concreto.
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Un punto, necesariamente tiene que venir indicado por a dimensión de los dos ejes, precedidos del signo co rrespondiente. Fig. 3.4
Ejemplo: X-7 Y+5, no obstante, se acepta que de ser + no sea nece ario indicarlo, por
ejemplo: X-7 Y5, indicaría la coordenada X -7 Y+5.
Fig.3.4 Sistemas d e coordinas cartesianas en 2D.
Las coordenadas 2D se utilizan fundamentalmente en el torno, pues dispone sólo de un plano de trabajo en el que se pueda mover la herramienta (Fig. 3.5).
Fig. 3.5. Plano de t rabajo en el torno
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Coordenada 3D.-
Las coordenadas de tres ejes, disponen también del punto de Origen,
desde el que se cruzan los tres ejes indicando igualmente con el signo la dirección de la misma. Igualmente se trabaja con ejes graduados para poder determinar el punto a concretar. Un punto, p uede venir indicado por la dimensión de los dos ejes, tal y como en 2D, con lo que indicaremos un punto en un plano o indicado por tres ejes con lo que se determina un punto en el espacio y no sólo en un p lano. Fig. 3.6
Ejemplo: X-4 Y-6 Z3.
Fig. 3.6. Sistemas de coordinas cartesianas en 3D
Un punto en el espacio se proyecta sobre los tres planos, indicando en cada uno, las dos coordenadas de los ejes que lo forman.
Las coordenadas 3D quedan exclusivamente para máquinas con más de dos ejes de trabajo simultáneos, como es el caso de la fresadora y siempre que el movimiento se realice en los tres ejes (Fig. 3.7 y 3.8 ).
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Fig. 3.7 . Planos de trabajo en Fresa
Fig. 3.8. Sistemas de Ejes y planos en 3D
3.2.1.2 Coordenadas polares
Las coordenadas polares definen el punto utilizando la apertura de un ángulo con c entro en el origen (llamado origen polar o polo) y la longitud de un radio que parte del mismo punto, es dec ir el cruce entre la línea de ángulo (arc
y la línea del radio, determina el
punto.
La forma de identificarlo es utilizando la letra "R" para indicar el radio y la letra "A" para indicar el ángulo. En la Fig. 3.9 se puede observar como el punto del dibujo se define como: R40,31 A30
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Fig. 3.9 Coordenadas polares
Las coordenadas polares no definen puntos diferentes a las rectangulares, sino que lo que hacen, es definir el mismo punto utilizando otros atos. En el ejemplo de la figura se puede observar como el punto está indicado en coord
das rectangulares y en
coordenadas polares, es decir R40,31 A30 = X7 Y4. Las coordenadas rectangulares y las polares se usan para facilitar l programación y no para complicarla, es decir el programador escogerá la
ue mas le facilite la tarea de
programación. En la pieza de la Fig. 3 .10 es preferible hacerlo utilizando las polares, pues de otro modo se tienen que calcular los diferentes puntos para conocer las coordenadas X, Y.
Fig. 3.10. Pieza en polares con á ngulo incremental
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3.2.2 SISTEMA DE CONTROL DE EJES
Todo movimiento puede descomponerse en tres vectores instantáneos. Este sería, X, Y y Z. Para efectos de ejemplo, usaremos solo dos ejes,
Ahora, si intentamos llevar
la punta de la herramienta de un punto A a un punto B, requerimos que los motores realicen un movimiento acorde con la distancia a recor r en cada eje, más o menos del siguiente modo:
Fig. 3.11 . Movimiento no interpolado
Puede notarse en la figura 3.11, siendo que las distancias a recorrer de los ejes son desiguales, tendremos un movimiento a 45° hasta que un
de los motores agote la
distancia a recor rer. A partir de ahí, el movimiento será tan sólo en el eje que aún no ha llegado a su destino; Esto es lo q ue se conoce como un movimiento no interpolado.
Es decir, cada motor va por su propia cuenta. Pero, si nuestro control puede calcular el tiempo estimado de arribo en base a la velocidad normal de uno de los motores, y con ello calcular una velocidad conveniente para que el se
ndo motor llegue a su punto
final al mismo tiempo, entonces tendremos un movimiento interpolado . (Fig. 3.12).
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Fig. 3.12 . Movimiento interpolado
Este movimiento en particular es mucho más útil que el
erior, pues nos permite trazar
líneas rectas entre puntos, en lugar de depender de ve ocidades fijas de los motores. Más aún, si podemos variar controladamente las velocidades en los motores, por decir a lgo, de modo senoidal, mientras que el otro lo variamos de modo cosenoidal, podemos trazar arcos regulares con la t rayectoria de la herramienta. Si podemos variar esta velocidad para que no sea fija, o variable de modo regular, podemos realizar cu rvas no regulares (Fig. 3.13).
Fig. 3.13 : Movimiento curvilíneo
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Esta habilidad para controlar las velocidades de motores y ejes a través de ecuaciones matemáticas es lo que da a este tipo de maquinas su nombre de Control Numérico Computarizado. En los ejemplos anteriores se tiene que, de un punto A se parte para llegar a un punto B, en programación CNC existen dos métodos para hacer este movimiento: por medio del sistema absoluto y por sistema incremental .
3.2.2.1 Sist ema de coor denadas absolutas
En el sistema de coordenadas absolutas, los valores se refieren al origen, ya sea de la máquina (M) o de spués de un decalaje de cero maquina , al cero de la pieza (W). To dos los puntos destino son descritos desde el origen del sistema de coordenadas, mediante la indicación de las distancias X, Y y Z para el caso de la fresa, Z y X para el torno.
Ejemplo: En la figura 3.14 se observan dos puntos (S y E) los cuales deberán ser maquinados de acuerdo a las cotas indicadas.
Fig. 3.14. Coordenadas absolutas – incrementales
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Para la figura 3.14 , usando el sistema absoluto, se tiene lo siguiente: Punto S: X20, Y46 Punto E: X40, Y20.1
3.2.2.2
Sistema de coor denadas incrementales
El sistema de coordenadas incrementales se refiere a la posición actual de la herramienta, (punto de referencia de la herramienta "N la última posición de la herramienta, por lo tanto se
esto es, se toma de referencia ndrán que introducir los valores
de diferencia entre la posición actual y el punto final, tomando en cuenta la dirección.
2
Ejemplo: Indicar las coordenadas incrementales del los puntos S y E de la figura anterior (Fig. 3.14), usando para el primer punto (S) el origen de coordenadas como referencia ; por lo que se tiene: Punto S: X20, Y46
Para el segundo punto (E), se toma el punto (S) como referencia. Punto E: X20, Y- 25.9
En la fig. 3.15. Las coordenadas absolutas se refieren a una posición fija, y las coordenadas incrementales se refieren a la posición de la herramienta.
2
Descripción del software E mco WinNC GE Series Fanuc 21 MB, EMCO MAIER. Pág. D1-D10
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Fig. 3.15 . Las coordenadas absolutas e incrementales
3.3 MEDICI N DE DATOS DE HERRAMIENTA
La finalidad de la medición de datos de herramienta es que el software utilice para el posicionamiento la punta de herramienta o el punto medio de la herramienta en la superficie frontal y no el punto de referencia del asiento de herramienta. Hay que medir cada herramienta que se utiliza para el mecanizado. Para ello se mide la distancia desde el punto de referencia de asiento de h ramienta "N" a la punta de la herramienta correspondiente. Fig. 3.16
Fig.3.16. Corrección de longitud
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Cada una de estas distancias se guarda como parámetro
en el registro de decalajes
(COMP.) P or ejemplo: la herramienta 1 se guarda como parámetro en el registro de decalajes H1).
Puede seleccionarse cualquier número de corrección (má
32), pero dicho número ha
de tenerse en cuenta en la compensación de longitu d de herramienta en el programa de piezas. Las correcciones de longitud pueden calcularse semi automáticamente, el radio de corte ha de insertarse manualmente como parámetro H. Hay que tener cuidado para no confundir los parámetros H de longitudes y radios.
Sólo es necesario insertar el radio de herramienta si
la herramienta en cuestión se
selecciona una compensación del radio herramienta.
En el programa se llama la compensación de longitud de herramienta con los comandos G43 (positivo) o G44 (negativo).Para G17 (plano XY act
):
La medición de los datos de herramienta (COMP.) se rea iza para:
Z absoluto desde el punto "N" R radio de herramienta (Fig. 3.17)
Para todos los demás planos activos se ca lcula siempre el eje vertical al plano.
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Fig. 3.17. Radio de Herramienta R
Para el caso de la fresadora el cero de la herramienta se encuentra e l a parte inferior y centro del husillo. (Fig. 3.18)
Fig.3.18 . Origen de coordenadas N
Como puede suponerse, la única cota para ajustar el cero de herramienta a la punta de herramienta, es tan solo la longitud (eje Z), y, para fectos de maquinado, importa también el diámetro del cortador. (Fig. 3.19)
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Fig. 3.19. Medición longitud y diámetro de herramienta
Los Offsets se encargan de sumar o restar los valores e la herramienta, así, no hay necesidad de alterar el programa, solo variar los valores registrados en los Offsets. Así pues, cada herramienta tiene su juego de offsets; ya sea XZ para un torno, o ZD para centro de maquinado.
Este dato está grabado en el control de la máquina de control numérico y es llamado en el momento en que se carga la herramienta. Así, cada herramienta tiene un punto distinto que se valida al momento de c ortar.
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