“La explosiva expansión industrial desde comienzos del siglo XX y el empleo masivo de maquinaria impulsada por energía motriz demandó una búsqueda constante de procesos cada vez más eficientes” (7).
Un ejemplo seria los que trabajan en un taller mecánico, conocen la operación más sencilla de taladrado en donde se perfora orificios en una chapa metálica con un taladro manual de columna. Para realizar esta operación se debe realizar múltiples tareas: ubicar la chapa en la mesa del taladro, colocar una broca en el mandril y asegurarla al husillo, seleccionar la velocidad de rotación mediante un cambio de poleas, activar el husillo y accionar la palanca, o el volante de avance, para dirigir la broca hacia la chapa a mecanizar.
Es así que en el ejemplo anterior podemos ver una tarea de manufactura completa ahora imaginemos que esa operación se repite
varias veces.
El concepto de control numérico se introdujo en Estados Unidos en la década de los 50 en una fresadora que trabajaba con válvulas en vacío la cual fue reemplazada por transistores en los años 60, a partir de los años 70 se introdujo la computadora y se convirtió en lo que hoy conocemos como control numérico computarizado.
2.2.1. Router CNC
El control numérico computarizado se utiliza para controlar el desplazamiento de cada trayectoria del router durante el corte o mecanizado en diferentes materiales tales como: madera, acero, compuestos, aluminio, plásticos y espumas. Por ende esta máquina forma parte de una de las tantas máquinas herramienta que tiene variantes de CNC muy parecido a una fresadora mecánica. Generalmente esta máquina se utiliza para trabajos idénticos y repetitivos produciendo alta calidad y productividad en las fábricas de metal mecánica dedicadas a la manufactura.
Figura 13. Router CNC
Fuente: hackxcrack.net/foro/electronica/construccion-router-cnc-(-proyecto- colaborativo-)
2.2.2. Composición de una máquina CNC
Para poder entender sobre la composición de Router CNC debemos saber que el CNC controla y monitorea los movimientos que puede realizar una máquina herramienta estática o portátil como son: fresadora, torno, rectificadora, máquina de corte por láser, por chorro de agua o por electroerosión, estampadora, prensa, brazo robotizado, etc. Muchas máquinas CNC tienen incorporado computadoras, dichas computadoras tienen un sistema de realimentación bueno para regular la velocidad y controlar la posición de la herramienta de corte. Otras máquinas CNC utilizan una computadora externa utilizando drivers que controlan a una serie de motores (servomotores y/o motores paso paso), así como componentes de accionamiento para producir el desplazamiento de los ejes de la máquina para así ejecutar los movimientos programados. Los componentes principales de una maquina CNC son los siguientes:
Elemento de entrada.
El Controlador.
Máquina herramienta.
Sistema de encendido.
A continuación se muestra el diagrama de bloques de una maquina CNC.
Figura 14. Composición de un router CNC
Fuente:http://www.demaquinasyherramientas.com/mecanizado/introduc cion-a-la-tecnologia-cnc
2.2.3. Mecanizado de un router CNC
Para realizar el mecanizado como se muestra en la figura anterior debemos entender que la computadora manda ordenes e instrucciones a los controladores de la máquina esto se produce a través de los códigos G o códigos M posterior mente el software convierte esos códigos en señales que activan a los motores de desplazamiento y accionan el sistema. A continuación mostraremos algunas funciones del sistema.
Control de movimiento.- “Todas las máquinas CNC comparten una
movimiento llamadas ejes. Un eje de movimiento puede ser lineal (en línea recta) o rotatorio (en una trayectoria circular)” (7). A mayor cantidad de ejes de la máquina CNC este será más complejo
Estos ejes se encargan de transmitir los movimientos necesarios para el proceso de fabricación. Si seguimos con el ejemplo de un taladro industrial, los ejes ubicarían la herramienta sobre el orificio a mecanizar (en dos ejes) y efectuarían la operación (con el tercer eje).
Accesorios programables.- La máquina CNC no es eficiente si solo lo compone un control de movimiento. En lo general se programan de una u otra manera todas las máquinas se relacionan directamente con todos sus accesorios por lo que se puede programar cualquier función. Las siguientes funciones son básicas en cualquier máquina CNC: Cambiador automático de herramienta, velocidad del husillo y el refrigerante.
Programa CNC.- El mecanizado de la pieza se realiza con un listado que se produce secuencial mente, son un conjunto de instrucciones que se les conoce con el nombre de CNC.
“El programa CNC está escrito en un lenguaje denominado G y M, estandarizado por las normas 6983 de ISO (Organización Internacional de Normalización) y RS274 de EIA (Alianza de Industrias Electrónicas) y compuesto por instrucciones Generales (código G)
y Misceláneas (código M)” (7).
Figura 15. Programa de un router CNC
Fuente:http://www.demaquinasyherramientas.com/mecanizado/introduccion-a- la-tecnologia-cnc
El código G es el encargado de mandar las órdenes de movimiento a la máquina como son: avances lineales, avances radiales, pausas, ciclos, movimientos rápidos. En cambio el código M realiza y ordena funciones que no corresponden al movimiento de la máquina, siendo estas funciones las siguientes: arranque y detención del husillo, cambio de herramienta, refrigerante, detención del programa.
Según lo explicado anteriormente tenemos que considerar y saber que cada máquina debe tener su propio programa CNC.
A continuación se muestra la tabla con los códigos G y M más utilizados.
Figura 16. Códigos G y códigos M
Fuente:http://www.demaquinasyherramientas.com/mecanizado/introduccion-a- la-tecnologia-cnc
Controlador CNC.- Este es el principal elemento que interpreta un programa CNC capaz de accionar los comandos en orden secuencial Con forme el controlador lee el programa este acciona apropiadas funciones de la máquina, produce el movimiento de los ejes y sigue instrucciones del programa.
El controlador también cumple con otros propósitos como por ejemplo:
En caso de error se modifica el programa.
Se verifica la exactitud del programa con el funcionamiento en vacío.
Programa CAM.- Este programa se utiliza al complicarse con la escritura del CNC las causas son por imprudencia del operario u operaciones dificultosas.
El operador del CNC implanta las operaciones de mecanizado y el programa CAM se encarga de convertir esas operaciones en CNC
2.2.4. Motores paso a paso
Este elemento se encarga de generar los movimientos a través de impulsos eléctricos por ser un elemento electromecánico. Estos motores paso a paso son excitados por pulsos digitales haciendo que giren en un valor angular a diferencia de los motores eléctricos que giran en forma continua y son accionados por electricidad. Un motor paso a paso se clasifica como un sistema de ciclo abierto el cual sigue instrucciones digitales.
Figura 17. Diagrama de bloques de un motor paso a paso
2.2.5. Propiedades físicas de un motor paso a paso
La composición de un motor paso a paso es de láminas de acero al silicio, estator y rotor la transmisión está dada por un eje de acero al silicio también lo componen: cables, arandelas, rodajes y cubiertas. La composición de un motor paso a paso en acero al silicio ofrecerá mayor resistencia eléctrica por lo tanto reducirá las perdidas en el núcleo.
En cuanto a los imanes son de plástico de ferrita, de ferrita sinterizada y Nd-Fe-B imanes entre sí.
Los rodamientos del motor paso a paso se eligen de acuerdo al tamaño del motor la carcasa es de aluminio ya que este permite una alta resistencia al calor.
2.2.6. Cómo funciona un motor paso a paso
El motor paso a paso es el encargado de controlar el movimiento lineal a través de pulsos. “Un pulso (también conocido como un reloj o señal de paso) que se utiliza en un sistema de motor paso a paso se puede producir por los microprocesadores, la lógica de tiempo, un interruptor o cierre de relé. Un tren de la tecnología digital se traduce en impulsos de revoluciones del eje” (8).
El motor necesitara un número exacto de pulsos esto producirá el giro en sentido horario o anti horario esto se produce por la relación de la
rotación y la secuencia de los pulsos. La velocidad de rotación del eje estará relacionada con la frecuencia.
Figura 18. Motor paso a paso
Fuente: https://tienda.bricogeek.com/motores-paso-a paso/546-motor-paso-a- paso-nema-17-32kg-cm.html
2.2.7. Sistemas lineales de movimiento para router CNC
El sistema lineal en una máquina es de gran importancia ya que este proporciona un movimiento que acciona a diferentes componentes, el sistema lineal de movimiento cumple tres tareas importantes como son:
Sirve de apoyo de los componentes de la maquina
Sirve de guía en un desplazamiento lineal
Apoyo de cargas secundarias.
La composición del sistema lineal está dada por lo general de rodamientos y guías cumpliendo una función determinada.
Figura 19. Sistema de transmisión de un router CNC
Fuente: http://fabricatupropioroutercnc.com/blog/cnc-linear-motion- systems.html