Características de Maquinado de Control Numérico

Industria. Máquinas industriales. Manufactura. Diseño de máquinas de control numérico. Precisión

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2 Características de Maquinado de Control Numérico

2.1 Fundamentos de maquinado

  • Tornos

Se considera a los tornos la maquina más antigua del mundo. el torno básico tiene las siguientes partes principales: bancada, cabezal, contrapunta, carro corredizo. los tipos de torno existen para diversas aplicaciones se puede listar como sigue: tornos mecánicos rápidos, horizontales, verticales, automáticos. cada categoría influye una gran variedad de tornos y aditamentos, lo cual también depende del volumen de producción requerido.

Se acostumbra especificar el tamaño del torno mecánico con el diámetro máximo admisible y la distancia entre centros, cuando la contrapunta está al ras con el extremo de la bancada, el diámetro máximo sobre las guías debe ser mayor que el diámetro nominal.

Los tornos modernos se construyen con la capacidad de velocidades, rigidez y consistencia mecánica para aprovechar al máximo los nuevos y más fuertes materiales para herramientas. las velocidades optimas para tornear depende de factores como el material de la pieza de trabajo y su condición, profundidad de corte. y el tipo de herramienta de corte. las velocidades de corte se deben de aumentar de la siguiente orden:

aceros de alta velocidad, aleaciones fundidas, carburo soldado con soldadura fuerte, carburo ajustable. conforme aumenta la profundidad de corte, hay que reducir la velocidad.

  • Taladradoras.

Las taladradoras verticales se suelen designar por una dimensión que indica en forma aproximada el diámetro del circulo más grande que se puede taladrar en su centro. debajpo de la maquina. las taladradoras para trabajo pesado del tipo vertical, contransmision por completo con engranes para la velocidad del avance, se construyen con una columna del tipo de caja a diferencia de las antiguas que tenian una columna cilíndrica.

el tamaño de la taladradora radial se designa por la longitud del brazo, que representa el radio de una pieza que se puede taladrar en el centro. las brocas helicoidales son las herramientasmas comunes para taladrar y se fabrican en muchos tamaños y longitudes.

  • Centros de maquinados

Nuevos adelantos en las maquinas y herramientas son los centros de maquinado, esto son una maquina uq epuede tener unas 100 herrmaientas o más con un cambiador automatico de ellas. está diseñada para efectuar diversas operaciones sobre diferentes superficies de la pieza de trabajo. los centros de maquinado pueden producir piezas complejas con gran exactitud y rapidez.

  • Fresadoras

En las fresadoras se emplean cortadores con dientes multiples conocidos como fresas. el fresado suele ser de corte o periférico. el filo sé enfria en forma intermitente, por que los cortes no son continuos. las bocas de los huesillos y portaherramientas estandar de las fresadoras permiten intercambiar portaherramientas y fresas para frasado de frente, sin que importen la construcción o el tamaño de la maquina.

la clasificacion de las fresadoras se basa en su diseño, operación o finalidad. las fresadoras del tipo columna y cartela tiene la mesa y el caballete soportado sobre la cartela ajustable verticalmente que está acuñada a la cara de la columna. la mesa se avanza en forma longitunidal sobre el caballete y este en forma transversal sobre la cartela para dar tres movimientos de avance.

Las maquinas de bancada fija son de construcción sencilla y rígida, su empleo principal es el trabajo de alto volumen de producción. estas fresadoras suelen venir equipadas con aditamentos para sujetar con facilidad la pieza de trabajo y pueden construirse como de husillo sencillo o múltiple, sencillo o duplex.

En general se considera que dos clases de fresado representan todas las formas de estos procesos: periféricos y de frente. cada uno tiene sus ventajas y la elección depende de numerosos factores, como el tipo y condición del equipo, duración de las herramientas, acabado superficial y parámetros del maquinado.

Procesos de manufactura por arranque de viruta.

La aplicación del control numérico abarca gran variedad de procesos. Aquí se dividen las aplicaciones en dos categorías: (1) aplicaciones con máquina herramienta, tales como el taladrado, laminado, torneado, etc., y (2) aplicaciones sin máquina herramienta, tales como el ensamblaje, trazado e inspección.

El principio de operación común de todas las aplicaciones del control numérico es el control del la posición relativa de una herramienta o elemento de procesado con respecto al objeto a procesar.

Proceso

Definición del Proceso

Equipo

Torneado

Es un proceso de maquinado en el cual una herramienta de punta sencilla remueve material de la superficie de una pieza de trabajo cilíndrica en rotación

El torneado se lleva a cabo tradicionalmente en una maquina llamada torno

Definición del Equipo

Clasificación del equipo

Herramienta

El torno es una maquina, la cual suministra la potencia para tornear la parte a una velocidad de rotación determinada con avance de la herramienta y profundidad de corte especificado

Torno para herramientas

Torno de Velocidad

Torno Revólver

Torno de Mandril

Maquina de Barra Automática

Tornos controlados Numéricamente

Se usan herramientas de punta sencilla, para la operación de roscado, se ejecuta con un diseño con la forma de la cuerda a producir. El torneado de formas se ejecuta con una de diseño especial llamada herramienta de forma.

Definir Herramienta

Clasificación de la Herramienta

Operaciones Relacionadas con el Torneado

Se usa una herramienta de corte con un borde cortante simple destinado a remover material de una pieza de trabajo giratoria para dar forma de cilindro.

Cabezal

Contrapunto

Tortea

Carro Transversal

Carro Principal

 

Careado

Torneado Ahusado o cónico

Torneado de Contornos

Torneado de Formas

Achaflanado Tronzado Roscado Perforado Taladrado Moleteado

 

Proceso

Definición del Proceso

Equipo

Taladrado

Es una operación de maquinado que se usa para crear agujeros redondos en una parte de trabajo

Taladro Prensa

Definición del Equipo

Clasificación del equipo

Herramienta

El Taladro Prensa es la máquina estándar para taladrar.

Taladro Vertical

Taladro Banco

Taladro Radial

Taladro Multiple

Broca

Definir Herramienta

Clasificación de la Herramienta

Operaciones Relacionadas con el Taladrado

Hay disponibles varias herramientas de corte para hacer agujeros, pero la broca helicoidal es con mucho la más común. Sus diámetros fluctúan desde 0.006 pulg. Hasta brocas tan grandes como 3.0 pulg. Las brocas helicoidales se usan ampliamente en la industria para producir agujeros en forma rápida y económica.

Broca Helicoidal

Escariado

Roscado Interior

Abocardado

Avellanado

Centrado

Refrenteado

 

Proceso

Definición del Proceso

Equipo

Cepillado

Proceso para producir superficies planas por medio de una herramienta de corte de un solo filo.

 

Cepillo

Definición del Equipo

Clasificación del equipo

Herramienta

La máquina herramienta para cepillado se llama cepillo. La velocidad de corte se logra por medio de una mes de trabajo oscilante que mueve la parte posterior de una herramienta de corte de punta sencilla

Cepillos de mesa abiertos lateralmente

Cepillos de doble columna

La herramienta de corte usadas en el cepillado son herramientas de punta sencilla

Definir Herramienta

Clasificación de la Herramienta

Operaciones Relacionadas con el Cepillado

Proceso en el cual se pasa una cuchilla a través de la pieza para ir eliminando material.

Carril transversal

Cabeza de la herramienta

Mesa de trabajo

Columna

Base

El cepillado se puede usar para maquinar otras superficies diferentes a las planas. La restricción es que las superficies deben ser rectas.

  

 

Proceso

Definición del Proceso

Equipo 

Aserrado

Es un proceso en el que corta una hendidura angosta dentro de la parte de trabajo por medio de una herramienta que tiene una serie de dientes estrechamente espaciados

Segueta

Definición del Equipo

Clasificación del equipo

Herramienta

El corte de segueta involucra un movimiento lineal de vaivén de la segueta contra el trabajo. El Aserrado con cinta implica un movimiento lineal continuo que utiliza una sierra cienta hecha de foma de banda flexible sin fin con dientes en una de sus bordes. La sierra circular usa una sierra circular giratoria para suministrar el movimiento continuo de la herramienta frente al trabajo.

Segueta

Sierra Banda

Sierra Circular

Hoja de la Sierra

Definir Herramienta

Clasificación de la Herramienta

Operaciones Relacionadas con el Aserrado

Las hojas de la sierra tienen ciertas características comunes que incluyen la forma de los dientes, su espaciamiento y la disposición de los mismos

Forma de los dientes

Espaciamiento entre los dientes

Disposición de los Dientes

Calado

Ranurado

Corte abrasivo

Aserrado por Fricción

 

Proceso

Definición del Proceso

Equipo

 

Rectificado

Es un proceso abrasivo ejecutado por un conjunto de barras abrasivas pegadas

Rectificadora

Definición del Equipo

Clasificación del equipo

Herramienta

El movimiento del equipo es una combinación de rotación y oscilación lineal, regulada de tal manera que un punto dado de la barra abrasiva, no repite la misma trayectoria

 

Conjunto de barras abrasivas pegadas

Definir Herramienta

Clasificación de la Herramienta

Operaciones Relacionadas con el Rectificado

Se usan cuatro barras, pero su número depende del tamaño del agujero

Juntas Universales

Impulsor

Lapeado o pulido

Superacabado

Pulido

Abrillantado

  

Proceso

Definición del Proceso

Equipo 

Fresado

Es una operación de maquinado en la cual se hace pasar una parte de trabajo enfrente de una herramienta cilíndrica rotatoria con múltiples bordes o filos cortantes.

Fresadora

Definición del Equipo

Clasificación del equipo

Herramienta

La clasificación de los cortadores para fresadoras o fresas como se les conoce comúnmente, está muy asociada con las operaciones de fresado que acabamos de describir.

Cortadores cilíndricos o fresas planas

Cortadores formadores o fresas formadoras

Cortadores frontales o fresas frontales

Cortadores para acabado o fresa terminal

Husillo rotatorio

Mesa para sujetar

Definir Herramienta

Clasificación de la Herramienta

Operaciones Relacionadas con el Fresado

Las maquinas fresadoras deben tener un husillo rotatorio para el cortador y una mesa para sujetar, poner en posición y hacer avanzar la parte de trabajo.

Maquina fresadora Vertical

Maquina fresadora Horizontal

Rodilla y columna Tipo bancada Tipo Cepillo Fresas Trazadoras

Maquinas fresadoras CNC

Torneado

Taladrado

Perfilado

Cepillado

Escariado Aserrado

2.2 Consideraciones de diseño de maquinas herramienta de control numérico.

El diseño adecuado de las estructuras de las maquinas y herramientas requieren el análisis de factores como la forma, materiales de las estructuras, esfuerzos, peso, consideraciones de fabricación y rendimiento.

El mejor enfoque para obtener lo ultimo en exactitud de las maquinas y herramientas es el empleo de las mejoras en la rigidez estructural y la compensación de las deflexiones con el uso de controles especiales. La estructura del bastidor en c sé ah utilizado desde hace mucho tiempo por que permite fácil acceso a la zona de trabajo de la máquina.

Con la aparición del control numérico, sé ah vuelto practico el bastidor del tipo caja, que tiene una rigidez estática mucho mejor, por que se reduce mucho la necesidad de tener acceso manual de la zona de trabajo.

El empleo de una estructura del tipo caja con paredes delgadas puede proporcionar bajo peso para una rigidez dada. el principio del diseño con peso ligero ofrece alta rigidez dinámica por que suministra una alta frecuencia natural de la estructura mediante la combinación de una elevada resistencia estática con un peso reducido, en vez de emplear una masa grande, esto es para las herramientas y el centro de control numérico.

Pero para la fabricación de los equipos es necesario que sean robustos y que estén fijos para evitar vibraciones para que la pesa fabricar salga lo más perfecta posible, ya que la vibración provoca movimiento y esto es algo que no queremos que pase.

  • Ventajas

La automatización es el empleo de equipo especial para controlar y llevar a cabo los procesos de fabricación con poco o ningún esfuerzo humano. se aplica en la fabricación de todos los tipos de artículos y procesos desde la materia prima hasta el producto terminado.

las ventajas del control numérico computarizado es la facilidad de operación, programación más sencilla, mayor exactitud, adaptabilidad y menos costos de mantenimiento, la combinación del diseño con computadora, mayor productividad.

  • Desventajas

La desventaja es que las condiciones que influyen en las decisiones con la automatización son los crecientes costos de producción, lato porcentaje de piezas rechazadas, demoras en la producción, escasez de mano de obra, condiciones peligrosas de trabajo. los factores que se deben estudiar con cuidado son él ato costo inicial del equipo, los problemas de mantenimiento y el tipo de producto.

  • Aplicaciones

El CNC se utiliza para controlar los movimientos de los movimientos de los componentes de una maquina por medio de números. las maquinas y herramientas con control numérico se clasifican de acuerdo al tipo de operación de corte.

Un nuevo enfoque para optimizar las operaciones de maquinado es el control adaptativo. mientras el material se esté maquinando, el sistema detecta las condiciones de operaciones como la fuerza, temperatura de la punta de la herramienta, rapidez de desgaste de la herramienta y acabado superficial. convierte estos datos en control de avance y velocidad que permita a la maquina a cortar en condiciones optimas para obtener máxima productividad. se espera que los controles adaptativos, combinados con los controles numéricos y las computadoras, produzcan una mayor eficiencia en las operaciones de trabajos con los metales.

2.3 Métodos para incrementar la precisión del maquinado.

La mecanización total de un alto volumen de piezas es necesario realizar las operaciones de fresado, mandrinado y perforado, es lógico que se alcanzaría la mayor eficacia si este grupo de máquinas herramientas estuvieran agrupadas, pero se lograría una mayor eficacia aún si todas estas operaciones se realizaran en una misma máquina.

Esta necesidad, sumada a numerosos y nuevos requerimientos que día a día aparecieron y forzaron la utilización de nuevas técnicas que reemplazaran al operador humano. De esta forma se introdujo el control numérico en los procesos de fabricación, impuesto por varias razones:

  • Necesidad de fabricar productos que no se podían conseguir en cantidad y calidad suficientes sin recurrir a la automatización del proceso de fabricación.

  • Necesidad de obtener productos hasta entonces imposibles o muy difíciles de fabricar, por ser excesivamente complejos para ser controlados por un operador humano. Necesidad de fabricar productos a precios suficientemente bajos.

Inicialmente, el factor predominante que condicionó todo automatismo fue el aumento de productividad. Posteriormente, debido a las nuevas necesidades de la industria aparecieron otros factores no menos importantes como la precisión, la rapidez y la flexibilidad.

Ahora bien ara incrementar la precision del maquinado, es conveniente utilizar el CAD/CAM, proceso en el cual se utilizan los ordenadores o computadoras para mejorar la fabricación, desarrollo y diseño de los productos. Éstos pueden fabricarse más rápido, con mayor precisión o a menor precio, con la aplicación adecuada de tecnología informática.

La Fabricación Asistida por Ordenador ofrece significativas ventajas con respecto a los métodos más tradicionales de controlar equipos de fabricación con ordenadores en lugar de hacerlo con operadores humanos. Por lo general, los equipos CAM conllevan la eliminación de los errores del operador y la reducción de los costes de mano de obra. Sin embargo, la precisión constante y el uso óptimo previsto del equipo representan ventajas aún mayores. Por ejemplo, las cuchillas y herramientas de corte se desgastarán más lentamente y se estropearían con menos frecuencia, lo que reduciría todavía más los costes de fabricación. Frente a este ahorro pueden aducirse los mayores costes de bienes de capital o las posibles implicaciones sociales de mantener la productividad con una reducción de la fuerza de trabajo.

Los equipos CAM se basan en una serie de códigos numéricos, almacenados en archivos informáticos, para controlar las tareas de fabricación.

Este Control Numérico por Computadora (CNC) se obtiene describiendo las operaciones de la máquina en términos de los códigos especiales y de la geometría de formas de los componentes, creando archivos informáticos especializados o programas de piezas. La creación de estos programas de piezas es una tarea que, en gran medida, se realiza hoy día por software informático especial que crea el vínculo entre los sistemas CAD y CAM, dando como resultado una gran precisión e el diseño y el producto final.

Las características de los sistemas CAD/CAM son aprovechadas por los diseñadores, ingenieros y fabricantes para adaptarlas a las necesidades específicas de sus situaciones. Por ejemplo, un diseñador puede utilizar el sistema para crear rápidamente un primer prototipo y analizar la viabilidad de un producto, mientras que un fabricante quizá emplee el sistema porque es el único modo de poder fabricar con precisión un componente complejo.

La Fabricación Integrada por Computadora (CIM) aprovecha plenamente el potencial de esta tecnología al combinar una amplia gama de actividades asistidas por ordenador, que pueden incluir el control de existencias, el cálculo de costes de materiales y el control total de cada proceso de producción. Esto ofrece una mayor flexibilidad al fabricante, permitiendo a la empresa responder con mayor agilidad a las demandas del mercado y al desarrollo de nuevos productos con medidas precisas.

Tendencias De La Automatización En La Industria Nacional.

Las Industrias Modernas exhiben dos tipos de panorama, en términos del tipo de país en la cual se ubica. Cuando se trata de países desarrollados es posible encontrar las siguientes características:

  • Cada vez se exige mayor precisión y alto control de calidad.

  • Los diseños de los productos son cada vez más complicados.

  • La diversidad de productos crea la necesidad de flexibilidad en las maquinarias.

  • Hay aumento en el tiempo de inspección.

  • La fecha de entrega de los productos es cada vez menor.

  • El costo de fabricación de moldes es mayor y es necesario minimizar errores.

  • La formación de instructores es más difícil, pues es necesario personal, más experimentado.

En cuanto al ambiente de trabajo se observa:

  • Escasez de la mano de obra calificada.

  • Producción de múltiples modelos y en grandes cantidades.

  • El Ambiente de taller no resulta atractivo.

En el caso de países de menor desarrollo (subdesarrollados), se puede encontrar otro panorama con distintos problemas como por ejemplo:

  • Notable desactualización.

  • Baja competitividad.

  • Organizaciones rígidas.

  • Debilidad en el recurso humano al no conocer las nuevas tecnologías.

  • Lo cual también se acompaña de grandes necesidades de ayuda tales como:

  • Programas de gestión tecnológica.

  • Modelos de cooperación entre empresas.

  • Programas de cooperación internacional.

Tal como se puede observar el panorama desde estas dos perspectivas no es igual, sin embargo a través de una correcta orientación de planes, es posible ir escalando los niveles tecnológicos, adecuándolos cultural y técnicamente a los objetivos de desarrollo.

Siempre para este tipo de gestión, es necesario integrar los esfuerzos de la empresa privada, la Universidades y los Centros de Formación Profesional, a fin de encontrar los canales más adecuados de transferencia tecnológica. Igualmente es posible trabajar en la actualización de los recursos humanos y en la generación de ambientes confiables que fomenten la consulta de las empresas. Una última meta común y necesaria podría ser el desarrollo de la actividad de investigación que en la actualidad es muy pobre en las universidades y nula a nivel de las empresas nacionales.

Como siempre, para emprender este difícil camino es necesario que exista una voluntad política ejecutiva. Este aspecto muchas veces es uno de los más difíciles a salvar, sin embargo todo depende de que surja un clima que los impulse. Lo cual puede darse; cuando los empresarios, como potenciales beneficiarios directos de esta gestión desarrollen estrategias para lograr este clima político impulsor.

No se trata de decir que la automatización es la única alternativa de desarrollo. Si no, más bien, que es necesario definir una línea o un plan de acción con el cual se logre tal desarrollo. La automatización es sólo una muy buena alternativa pues su dirección es hacia delante, la cual es tal vez la mejor dirección.

REFERENCIAS

Boon, G.K.; Mercado, A.; Automatización Flexible en la Industria ; Ed. LIMUSA-Noriega, México, 1991.