¿Qué debe saber sobre las enrutadores CNC?

INTRODUCCIÓN

Un enrutador CNC es un kit de máquina cuyas trayectorias de herramientas se pueden controlar mediante control numérico por computadora. Es una máquina controlada por computadora para cortar diversos materiales duros, como madera, compuestos, aluminio, acero, plásticos y espumas. Es uno de los muchos tipos de herramientas que tienen variantes de CNC. Un enrutador CNC es muy similar en concepto a una fresadora CNC.

Los enrutadores CNC vienen en muchas configuraciones, desde pequeños enrutadores CNC de "escritorio" de estilo hogareño hasta grandes enrutadores CNC de "pórtico" utilizados en las instalaciones de fabricación de barcos. Aunque hay muchas configuraciones, la mayoría de los enrutadores CNC tienen algunas partes específicas:un controlador CNC dedicado, uno o más motores de husillo, inversores de CA y una mesa.

Los enrutadores CNC generalmente están disponibles en formatos CNC de 3 y 5 ejes.

El enrutador CNC lo ejecuta una computadora. Las coordenadas se cargan en el controlador de la máquina desde un programa separado. Los propietarios de enrutadores CNC a menudo tienen dos aplicaciones de software:un programa para hacer diseños (CAD) y otro para traducir esos diseños en un programa de instrucciones para la máquina (CAM). Al igual que con las fresadoras CNC, las fresadoras CNC se pueden controlar directamente mediante programación manual, pero CAD / CAM abre posibilidades más amplias para el contorneado, acelerando el proceso de programación y, en algunos casos, creando programas cuya programación manual sería, si no realmente imposible, ciertamente. comercialmente impráctico.

Las fresadoras CNC pueden resultar muy útiles cuando se realizan trabajos idénticos y repetitivos. Un enrutador CNC generalmente produce un trabajo consistente y de alta calidad y mejora la productividad de la fábrica.

Un enrutador CNC puede reducir el desperdicio, la frecuencia de errores y el tiempo que tarda el producto terminado en llegar al mercado.

Un enrutador CNC da más flexibilidad al proceso de fabricación. Se puede utilizar en la producción de muchos artículos diferentes, como tallas de puertas, decoraciones interiores y exteriores, paneles de madera, letreros, marcos de madera, molduras, instrumentos musicales, muebles, etc. Además, el enrutador CNC facilita el termoconformado de plásticos al automatizar el proceso de recorte. Los enrutadores CNC ayudan a garantizar la repetibilidad de las piezas y una producción de fábrica suficiente.

CONTROL NUMÉRICO

La tecnología de control numérico como se la conoce hoy surgió a mediados del siglo XX. Se puede rastrear el año de 1952, la Fuerza Aérea de los EE. UU. Y los nombres de john parsons y el Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge, MA, EE. UU. No se aplicó en la producción manufacturera hasta principios de la década de 1960. el verdadero auge se produjo en la forma de CNC, alrededor del año de 1972, y una década más tarde con la introducción de microcomputadoras asequibles. La historia y el desarrollo de esta fascinante tecnología han sido bien documentados en muchas publicaciones.

En el campo de la fabricación, y particularmente en el área del trabajo de metales, la tecnología de Control Numérico ha causado algo de revolución. Incluso en los días antes de que las computadoras se convirtieran en accesorios estándar en todas las empresas y en muchos hogares, las máquinas herramienta equipadas con el sistema de Control Numérico encontraron su lugar especial en los talleres de máquinas. la evolución reciente de la microelectrónica y el incesante desarrollo de la computadora, incluido su impacto en el control numérico, ha traído cambios significativos al sector manufacturero en general y a la industria metalmecánica en particular.

DEFINICIÓN DE CONTROL NUMÉRICO

En varias publicaciones y artículos, se han utilizado muchas descripciones a lo largo de los años, para definir qué es el Control Numérico. Muchas de estas definiciones comparten la misma idea, el mismo concepto básico, solo usa una redacción diferente.

La mayoría de todas las definiciones conocidas se pueden resumir en una declaración relativamente simple:

El control numérico se puede definir como una operación de máquinas herramienta por medio de instrucciones codificadas específicamente para el sistema de control de la máquina.

Las instrucciones son combinaciones de las letras del alfabeto, dígitos y símbolos seleccionados, por ejemplo, un punto decimal, el signo de porcentaje o los símbolos entre paréntesis. Todas las instrucciones están escritas en un orden lógico y en una forma predeterminada. La recopilación de todas las instrucciones necesarias para mecanizar una pieza se denomina programa NC, programa CNC o programa de pieza. Dicho programa puede almacenarse para un uso futuro y utilizarse repetidamente para lograr resultados de mecanizado idénticos en cualquier momento.

NC y tecnología CNC

En estricto apego a la terminología, existe una diferencia en el significado de las abreviaturas NC y CNC. El NC significa el orden y la tecnología de control numérico original, donde la abreviatura CNC significa la tecnología más nueva de control numérico computarizado, un derivado moderno de su pariente más antiguo. Sin embargo, en la práctica, CNC es la abreviatura preferida. Para aclarar el uso adecuado de cada término, observe las principales diferencias entre los sistemas NC y CNC.

Ambos sistemas realizan las mismas tareas, a saber, la manipulación de datos con el fin de mecanizar una pieza. En ambos casos, el diseño interno del sistema de control contiene las instrucciones lógicas que procesan los datos. En este punto termina la similitud.

El sistema NC (a diferencia del sistema CNC) utiliza funciones lógicas fijas, aquellas que están integradas y conectadas permanentemente dentro de la unidad de control. Estas funciones no pueden ser cambiadas por el programador ni por el operador de la máquina. Debido a la escritura fija de la lógica de control, el sistema de control NC puede interpretar un programa de pieza, pero no permite que se deban realizar cambios fuera del control, típicamente en un entorno de oficina. Además, el sistema NC requiere el uso obligatorio de cintas perforadas para ingresar la información del programa.

El sistema CNC moderno, pero no el antiguo sistema NC, utiliza un microprocesador interno (es decir, una computadora). Esta computadora contiene registros de memoria que almacenan una variedad de rutinas que son capaces de manipular funciones lógicas. Eso significa que el programador de piezas o el operador de la máquina pueden cambiar el programa del control en sí (en la máquina), con resultados instantáneos. Esta flexibilidad es la mayor ventaja de los sistemas CNC y probablemente el elemento clave que contribuyó a un uso tan amplio de la tecnología en la fabricación moderna. Los programas CNC y las funciones lógicas se almacenan en chips informáticos especiales, como instrucciones de software. En lugar de ser utilizado por las conexiones de hardware, como cables, que controla las funciones lógicas. A diferencia del sistema NC, el sistema CNC es sinónimo del término "softwired".

Cuando se describe un tema en particular que se relaciona con la tecnología de control numérico, se acostumbra utilizar el término NC o CNC. Tenga en cuenta que NC también puede significar CNC en la conversación diaria, pero CNC nunca puede referirse a la tecnología de pedidos, descrita aquí bajo la abreviatura de NC. La letra "C" significa computarizado y no es aplicable al sistema cableado. Todos los sistemas de control fabricados hoy son de diseño CNC. Las abreviaturas como C&C o C’n’C no son correctas y reflejan mal a cualquiera que las use.

Terminología

Cero absoluto

Se refiere a la posición de todos los ejes cuando están ubicados en el punto donde los sensores pueden detectarlos físicamente. normalmente se llega a una posición de cero absoluto después de ejecutar un comando de inicio.

Eje

Una línea de referencia fija sobre la cual un objeto se traslada o gira.

Tornillo de bolas

Un husillo de bolas es un dispositivo mecánico para traducir el movimiento de rotación en movimiento lineal. Consiste en una tuerca de rodamiento de bolas de recirculación que se desliza en un tornillo roscado de precisión.

CAD

El diseño asistido por computadora (CAD) es el uso de una amplia gama de herramientas basadas en computadora que ayudan a los ingenieros, arquitectos y otros profesionales del diseño en sus actividades de diseño.

CAM

La fabricación asistida por computadora (CAM) es el uso de una amplia gama de herramientas de software basadas en computadora que ayudan a los ingenieros y maquinistas de CNC en la fabricación o creación de prototipos de componentes de productos.

CNC

La abreviatura CNC significa control numérico por computadora y se refiere específicamente a un "controlador" de computadora que lee las instrucciones del código g y maneja la máquina herramienta.

Controlador

Un sistema de control es un dispositivo o conjunto de dispositivos que administran, controlan, dirigen o regulan el comportamiento de otros dispositivos o sistemas.

Luz del día

Esta es la distancia entre la parte más baja de la herramienta y la superficie de la mesa de la máquina. La luz diurna máxima se refiere a la distancia desde la mesa hasta el punto más alto que puede alcanzar una herramienta.

Bancos de perforación

También conocidos como taladros múltiples, estos son conjuntos de taladros normalmente espaciados en incrementos de 32 mm.

Velocidad de avance

O la velocidad de corte es la diferencia de velocidad entre la herramienta de corte y la superficie de la pieza en la que está operando.

Desplazamiento del accesorio

Este es un valor que representa el cero de referencia de un dispositivo determinado. corresponde a la distancia en todos los ejes entre el cero absoluto y el cero del aparato.

Código G

El código G es un nombre común para el lenguaje de programación que controla las máquinas herramienta NC y CNC.

Inicio

Este es el punto de referencia programado también conocido como 0,0,0 representado como el cero absoluto de la máquina o como un cero de compensación del dispositivo.

La interpolación lineal y circular es un método para construir nuevos puntos de datos a partir de un conjunto discreto de puntos de datos conocidos. en otras palabras, esta es la forma en que el programa calculará la trayectoria de corte de un círculo completo sabiendo solo el punto central y el radio.

Inicio de la máquina

Esta es la posición predeterminada de todos los ejes de la máquina. Al ejecutar un comando de inicio, todas las unidades se mueven hacia sus posiciones predeterminadas hasta que alcanzan un interruptor o un sensor que les dice que se detengan.

Anidamiento

Se refiere al proceso de fabricación eficiente de piezas a partir de láminas. utilizando algoritmos complejos, el software de anidamiento determina cómo colocar las piezas de tal manera que se maximice el uso del stock disponible.

Desplazamiento

Se refiere a la distancia desde la medición de la línea central que proviene del software CAM.

Herramientas superpuestas

Este es el término utilizado para referirse a las herramientas activadas por aire que están montadas al lado del eje principal.

Postprocesador

Software que proporciona algún procesamiento final a los datos, como formatearlos para mostrarlos, imprimirlos o mecanizarlos.

Programa cero

Este es el punto de referencia 0,0 especificado en el programa. en la mayoría de los casos es diferente al cero de la máquina.

Cremallera y piñón

Una cremallera y un piñón son un par de engranajes que convierten el movimiento de rotación en movimiento lineal.

Eje

Un husillo es un motor de alta frecuencia equipado con un aparato portaherramientas.

Spoilboard

También se conoce como tabla de sacrificio, es el material que se utiliza como base para el material que se corta. puede estar hecho de muchos materiales diferentes, de los cuales el MDF y los tableros de partículas son los más comunes.

Carga de herramientas

Esto se refiere a la presión ejercida sobre una herramienta mientras corta material.

Velocidad de la herramienta

También se llama velocidad del husillo, esta es la frecuencia de rotación del husillo de la máquina, medida en revoluciones por minuto (RPM).

Herramientas

El herramental, sorprendentemente, es a menudo el aspecto menos comprendido de los equipos CNC. dado que es el elemento que más afectará la calidad del corte y la velocidad de corte, los operadores deberían dedicar más tiempo a explorar este tema.

Las herramientas de corte generalmente vienen en tres materiales diferentes; acero de alta velocidad, carburo y diamante.

Acero de alta velocidad (HSS)

El HSS es el más afilado de los tres materiales y el menos costoso; sin embargo, es el que se desgasta más rápido y solo debe usarse en materiales no abrasivos. Requiere cambios y afilado frecuentes y, por esa razón, se utiliza principalmente en los casos en que el operador necesitará cortar un perfil personalizado internamente para un trabajo especial.

Carburo sólido

Las herramientas de carburo vienen en diferentes formas:con punta de carburo, insertos de carburo y herramientas de carburo sólido. Tenga en cuenta que no todo el carburo es igual ya que la estructura cristalina varía mucho entre los fabricantes de estas herramientas. como resultado, estas herramientas reaccionan de manera diferente al calor, vibraciones, impactos y cargas de corte. En general, las herramientas de carburo genéricas de bajo costo se desgastarán y astillarán más rápidamente que las marcas de mayor precio.

Los cristales de carburo de silicio están incrustados en un aglutinante de cobalto para formar la herramienta. Cuando la herramienta se calienta, el aglutinante de cobalto pierde su capacidad de sujetar los cristales de carburo y se vuelve desafilado. al mismo tiempo, el espacio hueco dejado por el carburo que falta se llena de contaminantes del material que se está cortando, lo que amplifica el proceso de desafilado.

Herramientas de diamante

Esta categoría de herramientas ha bajado de precio en los últimos años. su notable resistencia a la abrasión la hace ideal para cortar materiales como laminados de alta presión o Mdf. algunos afirman que durará hasta 100 veces más que el carburo. Las herramientas con punta de diamante son propensas a astillarse o agrietarse si golpean un clavo incrustado o un nudo duro. algunos fabricantes usan herramientas de diamante para cortar en bruto materiales abrasivos y luego cambian a herramientas de carburo o inserto para el trabajo de acabado.

Geometría de la herramienta

Vástago

El vástago es la parte de la herramienta que sujeta el portaherramientas. es la parte de la herramienta que no tiene evidencia de mecanizado. el mango debe mantenerse libre de contaminación, oxidación y rayado.

Diámetro de corte

Este es el diámetro o el ancho del corte que producirá la herramienta.

Longitud de corte

Esta es la profundidad de corte efectiva de la herramienta o la profundidad con la que la herramienta puede cortar el material.

Flautas

Esta es la parte de la herramienta que extrae el material cortado. el número de ranuras en un cortador es importante para determinar la carga de viruta.

Perfil de herramienta

Hay muchos perfiles de herramientas en esta categoría. los principales a considerar son espirales de corte hacia arriba y hacia abajo, espirales de compresión,

herramientas más ásperas, de acabado, de baja hélice y de corte recto. todos estos vienen en una combinación de una a cuatro flautas.

La espiral de corte hacia arriba hará que las virutas vuelen hacia arriba fuera del corte. esto es bueno cuando se hace un corte ciego o cuando se perfora hacia abajo. Sin embargo, esta geometría de la herramienta promueve la elevación y tiende a arrancar el borde superior del material que se está cortando.

Las herramientas en espiral de corte descendente empujarán las virutas hacia abajo en el corte, lo que tiende a mejorar la sujeción de la pieza, pero puede causar obstrucciones y sobrecalentamiento en ciertas situaciones. esta herramienta también tenderá a arrancar el borde inferior del material que se está cortando.

Tanto las herramientas espirales de corte ascendente como descendente vienen con un desbastador, rompevirutas o un borde de acabado.

Las espirales de compresión son una combinación de flautas de corte hacia arriba y hacia abajo.

Las herramientas de compresión empujan las virutas desde los bordes hacia el centro del material y se utilizan al cortar laminados de doble cara o cuando el desgarro de los bordes es un problema.

Las brocas en espiral de baja o alta hélice se utilizan para cortar materiales más blandos como plástico y espuma, cuando la soldadura y la evacuación de virutas son críticas.

Carga de chip

El factor más importante para aumentar la vida útil de la herramienta es disipar el calor que absorbe la herramienta. la forma más rápida de hacerlo es cortando más material en lugar de ir más lento. Las virutas extraen más calor de la herramienta que el polvo. Además, frotar la herramienta contra el material provocará fricción que se traduce en calor.

Otro factor a considerar en la búsqueda de aumentar la vida útil de la herramienta es mantener la herramienta, el portaherramientas y el portaherramientas limpios, libres de depósitos o corrosión, reduciendo así las vibraciones causadas por herramientas desequilibradas.

El grosor del material que se quita con cada diente de la herramienta se denomina Carga de viruta.

La fórmula para calcular la carga de viruta es la siguiente:

Carga de viruta =Velocidad de alimentación / RPM / # de flautas

Cuando se aumenta la carga de viruta, la vida útil de la herramienta aumenta, al tiempo que se reduce el tiempo de ciclo. además, una amplia gama de cargas de viruta logrará un buen acabado de borde. Es mejor consultar la tabla de carga de viruta del fabricante de la herramienta para encontrar el mejor número para usar. Las cargas de viruta recomendadas suelen oscilar entre 0,003 "y 0,03" o entre 0,07 mm y 0,7 mm.

Accesorios

Impresión de etiquetas

Esta es una opción que se está volviendo cada vez más popular en la industria, especialmente porque las máquinas CNC se están integrando cada vez más en la fórmula empresarial general. El controlador se puede conectar al software de ventas o programación y las etiquetas de las piezas se imprimen una vez que se mecaniza la pieza. Algunos proveedores usan etiquetas para identificar el material sobrante para una fácil recuperación en el futuro.

Lectores ópticos

También conocidas como varillas de código de barras, se pueden integrar en el controlador para que se pueda llamar a un programa escaneando un código de barras en el horario de trabajo. Esta opción ahorra un tiempo valioso al automatizar el proceso de carga del programa.

Sondas

Estos dispositivos de medición vienen en una variedad de formas y realizan muchas funciones diferentes. Algunas sondas simplemente miden la altura de la superficie para asegurar una alineación adecuada en aplicaciones sensibles a la altura. otras sondas pueden escanear automáticamente la superficie de un objeto tridimensional para su posterior reproducción.

Sensor de longitud de la herramienta

Un sensor de longitud de herramienta actúa como una sonda que mide la luz del día o la distancia entre el extremo del cortador y la superficie del espacio de trabajo e ingresa este número en los parámetros de la herramienta del control. Esta pequeña adición salvará al operador del largo proceso requerido cada vez que cambia una herramienta.

Proyectores láser

Estos dispositivos se vieron por primera vez en la industria del mueble en cortadores de cuero CNC. Un proyector láser montado sobre la mesa de trabajo del CNC proyecta una imagen de la pieza que se va a cortar. Esto simplifica enormemente la colocación del espacio en blanco sobre la mesa para evitar defectos y otros problemas.

Cortador de vinilo

Un accesorio de cuchillo de vinilo se ve a menudo en la industria de la señalización. se trata de un cortador que se puede acoplar al eje principal o en el lateral con una cuchilla de giro libre cuya presión se puede regular mediante un pomo. Este accesorio permite al usuario convertir su enrutador CNC en un plotter para hacer máscaras de vinilo para pulir con chorro de arena o letras y logotipos de vinilo para camiones y letreros.

Dispensador de refrigerante

Las pistolas de aire frío o los nebulizadores de fluido de corte se utilizan con un enrutador de madera para cortar aluminio u otros metales no ferrosos. Estos accesorios lanzan un chorro de aire frío o una neblina de fluido de corte cerca de la herramienta de corte para garantizar que permanezca fría mientras trabaja.

Grabador

Los grabadores están montados en el eje principal y consisten en un cabezal flotante que sostiene una cuchilla de grabado de pequeño diámetro que gira entre 20.000 y 40.000 RPM. El cabezal flotante asegura que la profundidad de grabado sea constante incluso si cambia el grosor del material. Esta opción se encuentra con mayor frecuencia en la industria de la señalización, aunque los trofeos, luthiers y talleres de carpintería la utilizan para marquetería.

Eje giratorio

Un eje de rotación establecido a lo largo del eje xo y puede convertir el enrutador en un torno CNC. Algunos de estos ejes giratorios son simplemente un husillo giratorio, mientras que otros son indexables, lo que significa que pueden usarse para tallar piezas complejas.

Cabezal de corte flotante

Los cabezales de corte flotantes mantendrán el cortador a una altura específica desde la superficie superior del material que se está cortando. Esto es importante al cortar elementos en la superficie superior de una pieza que podría no presentar una superficie uniforme. Un ejemplo de esto es cortar una ranura en V en la parte superior de una mesa de comedor.

Cortadora de plasma

Las cortadoras de plasma son un complemento de algunas máquinas y permiten al usuario cortar piezas de chapa de diferentes espesores.

Herramientas agregadas

Las herramientas de agregado se pueden usar para muchas operaciones que una cortadora recta no puede realizar.

MECANIZADO CONVENCIONAL Y CNC

¿Qué hace que el mecanizado CNC sea superior a los métodos convencionales? ¿Es superior en absoluto? ¿Dónde están los principales beneficios? Si se comparan el CNC y los procesos de mecanizado convencionales, surgirá un enfoque general común para el mecanizado de una pieza:

1. Obtenga y estudie el dibujo

2. Seleccione el método de mecanizado más adecuado

3. Decidir el método de configuración (mantenimiento de trabajos)

4. Seleccione las herramientas de corte

5. Establezca velocidades y avances

6. Mecanizar la pieza

El enfoque básico es el mismo para ambos tipos de mecanizado. La principal diferencia está en la forma en que se ingresan los distintos datos. Una velocidad de alimentación de 10 pulgadas por minuto (10 pulgadas / min) es la misma en manual

O aplicaciones de CNC, pero el método de aplicación no lo es. Lo mismo puede decirse de un refrigerante:se puede activar girando una perilla, presionando un interruptor o programando un código especial. Todas estas acciones darán como resultado que el refrigerante salga por una boquilla. En ambos tipos de mecanizado se requiere cierto conocimiento por parte del usuario. Después de todo, el trabajo con metales, en particular el corte de metales, es principalmente una habilidad, pero también es, en gran medida, un arte y una profesión de un gran número de personas. También lo es la aplicación del Control Numérico Computarizado. Como cualquier habilidad, arte o profesión, dominarlo hasta el último detalle es necesario para tener éxito. Se necesita más que conocimientos técnicos para ser un maquinista o programador de CNC. La experiencia laboral, la intuición y lo que a veces se llama un "instinto" es un complemento muy necesario para cualquier habilidad.

En el mecanizado convencional, el operador de la máquina configura la máquina y mueve cada herramienta de corte, usando una o ambas manos, para producir la pieza requerida. El diseño de una máquina herramienta manual ofrece muchas características que ayudan al proceso de mecanizado de una pieza:palancas, manijas, engranajes y diales, por nombrar solo algunas. El operador repite los mismos movimientos corporales para cada parte del lote. Sin embargo, la palabra "mismo" en este contexto realmente significa "similar" en lugar de "idéntico". Los seres humanos no son capaces de repetir todos los procesos exactamente igual en todo momento; ese es el trabajo de las máquinas. La gente no puede trabajar al mismo nivel de rendimiento todo el tiempo, sin descansar. Todos tenemos buenos y malos momentos. Los resultados de estos momentos, cuando se aplican al mecanizado de una pieza, son difíciles de predecir. Habrá algunas diferencias e inconsistencias dentro de cada lote de piezas. Las partes no siempre serán exactamente iguales. Mantener las tolerancias dimensionales y la calidad del acabado superficial son los problemas más típicos del mecanizado convencional. Los maquinistas individuales pueden tener sus compañeros de trabajo. La combinación de estos y otros factores crea una gran cantidad de inconsistencia.

El mecanizado bajo control numérico elimina la mayoría de inconsistencias. No requiere la misma implicación física que el mecanizado. Numéricamente

El mecanizado controlado no necesita palancas, diales o manijas, al menos no en el mismo sentido que el mecanizado convencional. Una vez que se ha probado el programa de piezas, se puede utilizar tantas veces como desee, obteniendo siempre resultados consistentes. Eso no significa que no haya factores limitantes. Las herramientas de corte se desgastan, el material en bruto de un lote no es idéntico al material en bruto de otro lote, las configuraciones pueden variar, etc. Estos factores se deben considerar y compensar cuando sea necesario.

La aparición de la tecnología de control numérico no significa una desaparición instantánea, ni siquiera a largo plazo, de todas las máquinas manuales. Hay ocasiones en las que un método de mecanizado tradicional es preferible a un método informático. Por ejemplo, un trabajo simple de una sola vez se puede realizar de manera más eficiente en una máquina manual que en una máquina CNC. Ciertos tipos de trabajos de mecanizado se beneficiarán del mecanizado manual o semiautomático, en lugar del mecanizado controlado numéricamente. Las máquinas herramienta CNC no están diseñadas para reemplazar todas las máquinas manuales, solo para complementarlas.

En muchos casos, la decisión de si cierto mecanizado se realizará en una máquina CNC o no se basa en la cantidad de piezas necesarias y nada más. Aunque el volumen de piezas mecanizadas como lote siempre es un criterio importante, nunca debe ser el único factor.

También se debe tener en cuenta la complejidad de la pieza, sus tolerancias, la calidad requerida del acabado de la superficie, etc. A menudo, una sola pieza compleja se beneficiará del mecanizado CNC, mientras que cincuenta piezas relativamente simples no lo harán.

Tenga en cuenta que el control numérico nunca ha mecanizado una sola pieza por sí solo. El control numérico es solo un proceso o método que permite utilizar una máquina herramienta de manera productiva, precisa y coherente.

VENTAJAS DEL CONTROL NUMÉRICO

¿Cuáles son las principales ventajas del control numérico?

Es importante saber qué áreas de mecanizado se beneficiarán de él y cuáles se realizan mejor de forma convencional. Es absurdo pensar que una fresadora CNC de dos caballos de potencia se impondrá a los trabajos que se realizan actualmente en una fresadora manual veinte veces más potente. Igualmente irrazonables son las expectativas de grandes mejoras en las velocidades de corte y avances con respecto a una máquina convencional. Si las condiciones de mecanizado y utillaje son las mismas, el tiempo de corte será muy cercano en ambos casos.

Algunas de las áreas principales en las que el usuario de CNC puede y debe esperar mejoras:

1. Reducción del tiempo de configuración

2. Reducción del tiempo de espera

3. Precisión y repetibilidad

4. Contorneado de formas complejas

5. Herramientas y mantenimiento simplificados

6. Tiempo de corte constante

7. Aumento general de la productividad

Cada área ofrece solo una mejora potencial. Los usuarios individuales experimentarán diferentes niveles de mejora real, dependiendo del producto fabricado en el sitio, la máquina CNC utilizada, los métodos de configuración, la complejidad de los accesorios, la calidad de las herramientas de corte, la filosofía de gestión y el diseño de ingeniería, el nivel de experiencia de la fuerza laboral, las personas actitudes, etc.

Reducción del tiempo de configuración

En muchos casos, el tiempo de configuración de una máquina CNC se puede reducir, a veces de manera bastante drástica. Es importante darse cuenta de que la configuración es una operación manual, que depende en gran medida del desempeño del operador de CNC, el tipo de fijación y las prácticas generales del taller de máquinas. El tiempo de configuración es improductivo, pero necesario:es parte de los costos generales de hacer negocios. Mantener el tiempo de configuración al mínimo debe ser una de las principales consideraciones de cualquier supervisor, programador y operador de un taller de máquinas.

Debido al diseño de las máquinas CNC, el tiempo de configuración no debería ser un problema importante. Los accesorios modulares, herramientas estándar, localizadores fijos, cambio automático de herramientas, paletas y otras características avanzadas hacen que el tiempo de instalación sea más eficiente que la instalación comparable de una máquina convencional. Con un buen conocimiento de la fabricación moderna, la productividad se puede incrementar significativamente.

La cantidad de piezas mecanizadas en una configuración también es importante para evaluar el costo del tiempo de configuración. Si se mecaniza una gran cantidad de piezas en una configuración, el costo de instalación por pieza puede ser muy insignificante. Se puede lograr una reducción muy similar al agrupar varias operaciones diferentes en una sola configuración. Incluso si el tiempo de configuración es mayor, puede estar justificado en comparación con el tiempo requerido para configurar varias máquinas convencionales.

Reducción del tiempo de entrega

Una vez que se escribe y se prueba un programa de pieza, está listo para volver a utilizarse en el futuro, incluso con poca antelación. Aunque el tiempo de espera para la primera ejecución suele ser más largo, es prácticamente nulo para cualquier ejecución posterior. Incluso si un cambio de ingeniería del diseño de la pieza requiere que se modifique el programa, generalmente se puede hacer rápidamente, reduciendo el tiempo de espera.

El largo tiempo de espera, necesario para diseñar y fabricar varios accesorios especiales para máquinas convencionales, a menudo se puede reducir al preparar un programa de piezas y el uso de accesorios simplificados.

Precisión y repetibilidad

El alto grado de precisión y repetibilidad de las máquinas CNC modernas ha sido el principal beneficio para muchos usuarios. Ya sea que el programa de pieza esté almacenado en un disco o en la memoria de la computadora, o incluso en una cinta (el método original), siempre permanece igual. Cualquier programa se puede cambiar a voluntad, pero una vez probado, ya no se requieren cambios. Un programa determinado se puede reutilizar tantas veces como sea necesario, sin perder ni un solo bit de datos que contiene. Es cierto que el programa debe seguir factores cambiantes como el desgaste de la herramienta y las temperaturas de funcionamiento, debe almacenarse de manera segura, pero generalmente se requerirá muy poca interferencia del programador u operador CNC, la alta precisión de las máquinas CNC y su repetibilidad permite una alta piezas de calidad que se producirán de forma constante una y otra vez.

Contorneado de formas complejas

Los tornos y centros de mecanizado CNC son capaces de contornear una variedad de formas. Muchos usuarios de CNC adquirieron sus máquinas solo para poder manejar piezas complejas. Buenos ejemplos son las aplicaciones de CNC en las industrias aeronáutica y automotriz. El uso de alguna forma de programación computarizada es virtualmente obligatorio para cualquier generación de trayectoria de herramienta tridimensional.

Se pueden fabricar formas complejas, como moldes, sin el gasto adicional de hacer un modelo para el trazado. Las piezas reflejadas se pueden lograr literalmente con solo presionar un botón, plantillas, modelos de madera y otras herramientas de creación de patrones.

Utillaje y sujeción de trabajo simplificados

Ninguna herramienta estándar y casera que abarrota los bancos y cajones alrededor de una máquina convencional puede eliminarse mediante el uso de herramientas estándar, especialmente diseñadas para aplicaciones de control numérico. Las herramientas de varios pasos, como brocas piloto, brocas escalonadas, herramientas combinadas, avellanadores y otras, se reemplazan por varias herramientas estándar individuales. Estas herramientas suelen ser más baratas y fáciles de reemplazar que las herramientas especiales y no estándar. Las medidas de reducción de costos han obligado a muchos proveedores de herramientas a mantener un nivel bajo o incluso inexistente. Las herramientas estándar listas para usar generalmente se pueden obtener más rápido que las herramientas no estándar.

Los accesorios y la sujeción del trabajo para las máquinas CNC tienen un solo propósito principal:sujetar la pieza de manera rígida y en la misma posición para todas las piezas dentro de un lote. Los accesorios diseñados para trabajos con CNC normalmente no requieren plantillas, orificios piloto ni otras ayudas para la localización de orificios.

Reducir el tiempo y aumentar la productividad

El tiempo de corte en la máquina CNC se conoce comúnmente como tiempo de ciclo y siempre es constante. A diferencia de un mecanizado convencional, donde la habilidad, la experiencia y la fatiga personal de los operadores están sujetos a cambios, el mecanizado CNC está bajo el control de una computadora. La pequeña cantidad de trabajo manual se limita a la instalación y carga y descarga de la pieza. Para lotes grandes, el alto costo del tiempo improductivo se distribuye entre muchas partes, lo que lo hace menos significativo. El principal beneficio de un tiempo de corte constante es para trabajos repetitivos, donde la programación de la producción y la asignación del trabajo a las máquinas herramienta individuales se pueden realizar con mucha precisión.

The main reason companies often purchase CNC machines is strictly economic – it is a serious investment. Also, having a competitive edge is always on the mind of every plant manager. The numerical control technology offers excellent means to achieve a significant improvement in the manufacturing productivity and increasing the overall quality of the manufactured parts. Like any means, it has to be used wisely and knowledgeably. When more and more companies use the CNC technology, just having a CNC machine does not offer the extra edge anymore. The companies that get forward are those who know to use the technology efficiently and practice it to be competitive in the global economy.

To reach the goal of major increase in productivity, it is essential that users understand the fundamental principles on which CNC technology is based. These principles take many forms, for example, understanding the electronic circuitry, complex ladders diagrams, computer logic, metrology, machine design, machine principles and practices and many others. Each one has to be studied and mastered by the person in charge. In this handbook, the emphasis is on the topics that relate directly to the CNC programming and understanding the most common CNC machine tools, the machining centers and the lathes (sometimes also called the turning centers). The part quality consideration should be very important to every programmer and machine tool operator and this goal is also reflected in the handbook approach as well as in numerous examples.

TYPES OF CNC MACHINE TOOLS

Different kinds of CNC machines cover an extremely large variety. Their numbers are rapidly increasing, as the technology development advances. It is impossible to identify all the applications; they would make a long list. Here is a brief list of some of the groups CNC machines can be part of:

1. Mills and machining centres

2. Lathes and turning centres

3. Drilling machines

4. Boring mills and profilers

5. EDM machines

6. Punch presses and shears

7. Flame cutting machines

8. Routers

9. Water jet and laser profilers

10. Cylindrical grinders

11. Welding machines

12. Benders, winding and spinning machines, etc.

CNC machining centres and lathes dominate the number of installations in industry. These two groups share the market just about equally. Some industries may give a higher need for one group of machines, depending on their needs. One must remember that there are many different kinds of lathes and equally many different kinds of ma-chining centres. However, the programming process for a vertical machine is similar to the one for a horizontal ma-chine or a simple CNC mill. Even between different ma-chine groups, there is a great amount of general applications and the programming process is generally the same For example, a contour milled with an end mill has a lot in common with a contour cut with a wire.

Mills and Machining Centres

Standard number of axes on a milling machine is three-the X, Y and Z axes. The part set on a milling system is al-cutting tool rotates, it can move up and down (or in and out), but it does not physically follow the tool path.

CNC mills sometimes called CNC milling machines are usually small, simple machines, without a tool changer or other automatic features. Their power rating is often quite low. In industry, they are used tool room work, maintenance purposes, or small part production. They are usually designed for contouring, unlike CNC drills.

CNC machining centres are for more popular and efficient that drills and mills, mainly for their flexibility. The main benefit user gets out of a CNC machining centre is the ability to group

several diverse operations into a single setup. For example, drilling, boring, counter boring, tapping, spot facing and contour milling can be incorporated into a single CNC program. In addition, the flexibility is enhanced by automatic tool changing using pallets to minimize idle time, indexing to a different side of the part, using a rotary movement of additional axes, and a number of other features, CNC machining centres can be equipped with special software that controls the speeds and feeds, the life of the cutting tool, automatic in-process gauging and offset adjustment and other production enhancing and time saving devices.

There are two basic designs of a typical CNC machining centre. There are the vertical and the horizontal machining centres. The major difference between the two types is the nature of work that can be done on them efficiently. For a vertical CNC machining centre, the most suitable type of work are flat parts, either mounted to the fixture on the table, or help in a vise or a chuck. The work that requires machining on two or more faces in a single setup is more desirable to be done on a CNC horizontal machining centre. A good example is pump housing and other cubic-like shapes. Some multi-face machining of small parts can also be done on a CNC vertical machining center equipped with a rotary table.

The programming process is the same for both designs, but an additional axis (usually a B axis) is added to the horizontal design. This axis is either a simple positioning axis (indexing axis) for the table, or a fully rotary axis for simultaneous contouring.

This handbook concentrates on the CNC vertical machining centres applications, with a special section dealing with the horizontal setup and machining. The programming methods are also applicable to the small CNC mills or drilling and/or tapping machines, but the programmer has to conceder their restrictions.

Lathes and Turning Centres

A CNC lathe is usually a machine tool with two axes, the vertical X axis and the horizontal Z axis. The main future of the lathe that distinguishes it from a mill is that the part is rotating about the machine center line. In addition, the cutting tool is normally stationary, mounted in a sliding turret. The cutting tool follows the contour of the programmed tool path. For the CNC lathe with a milling attachment, so called live tooling, the milling tool has its own motor and rotates while the spindle is stationary.

The modern lathe design can be horizontal or vertical. Horizontal type is far more common than the vertical type, but both designs exist for either group. For example, a typical CNC lathe of the horizontal group can be designed with a flat bed or a slant bed, as a bar type, chucker type or universal type. Added to these combinations or many accessories that make a CNC lathe is an extremely flexible machine tool. Typically, accessories such as a tailstock, steady rests or followup rests, part catchers, pullout-fingers and even a third axis milling attachment are popular components of the CNC lathe. A CNC lathe can be very versatile so versatile in fact, that it is often called a CNC turning centre. All text and program examples in this handbook use the more traditional term CNC lathe, yet still recognizing all its modern functions.

PERSONNEL FOR CNC

Computers and machine tools have no intelligence. They cannot think, they cannot evaluate a station in a rational way. Only people with certain skills and knowledge can do that. In the field of numerical control, the skills are usually in the hands of two key peopleone doing the programming, the other doing the machining. Their respective numbers and duties typically depend on the company preference, its size, as well as the product manufactured there. However, each position is a quite distinct, although many companies combine the two functions into a one, often called a CNC programmer/operator.

CNC Programmer

The CNC programmer is usually the person who has the most responsible in the CNC machine shop. This person is often responsible for the success of numerical control technology in the plant. Equally this person is held responsible for problems related to the CNC operations.

Although duties may vary, the programmer is also responsible for a variety of tasks relating to the effective usage of the CNC machines. In fact, this person is often accountable for the production and quality of all CNC operations.

Many CNC programmers are experienced machinists, who have had a practical, hands-on experience as machine tool operations they know how to read technical drawings and they can comprehend the engineering intent behind the design. This practical experience is the foundation for the ability to ‘machine’ a part in an office environment. A good CNC programmer must be able to visualize all the tool motions and recognize all restricting factories that may be involved. The programmer must be able to collect, analyze process and logically integrate all the collected data into a signal, cohesive program. In simple terms, the CNC programmer must be able to decide upon the best manufacturing methodology in all respects.

In addition to the machining skills, the CNC programmer has to have an understanding of mathematical principles, mainly application of equations, solutions of arcs and angles. Equally important is the knowledge of trigonometry. Even with computerized programming, the knowledge of manual programming methods is absolutely essential to the through understanding of the computer output and the control of this output.

The last important quality of a truly professional CNC programmer is his or her ability to listen to the other people – the engineers, the CNC operators, the managers. Good listing skills are the first prerequisites to become flexible. A good CNC programmer must be flexible in order to offer high programming quality.

CNC Machine Operator

The CNC machine tool operator is a complementary position to the CNC programmer. The programmer and the operator may exist in a single person, as is the case in many small shops. Although the majority of duties performed by conventional machine operator has been transferred to the CNC program, the CNC operator has many unique responsibilities. In typical cases, the operator is responsible for the tool and machine setup, for the changing of the parts, often even for some in-process inspection. Many companies expect quality control at the machine – and the operator of any machine tool, manual or computerized, is also responsible for the quality of the work done on that machine. One of the very important responsibilities of the CNC machine operator is to report findings about each program to the programmer. Even with the best knowledge, skills, attitudes and intentions, the "final" program can always be improved. The CNC operator being the one, who is the closest to the actual machining, knows precisely what extent such improvements can be.

Justifying the Cost of CNC

The cost of a CNC machine might make most manufacturers nervous but the benefits of owning a CNC router will most likely justify the cost in very little time.

The first cost to take into consideration is the machine cost. Some vendors offer bundled deals that include installation, software training and shipping charges. But in most cases, everything is sold separately to allow for customization of the CNC router.

Light duty

Low-end machines cost from $2,000 to $10,000. they are usually bolt-it yourself kits made of bent sheet metal and use stepper motors. They come with a training video and an instruction manual. These machines are meant for do-it-yourself use, for the signage industry and other very light duty operations. they will usually come with an adapter for a conventional plunge router. accessories such as a spindle and vacuum work holding are options. These machines can be very successfully integrated into a high production environment as a dedicated process or as part of a manufacturing cell. for instance, one of these CNC’s can be programmed to drill hardware holes on drawer fronts before assembly.

Medium duty

Mid-range CNC machines will cost between $10,000 and $100,000. these machines are built of heavier gauge steel or aluminium. They might use stepper motors and sometimes servos; and use rack and pinion drives or belt drives. they will have a separate controller and offer a good range of options such as automatic tool changers and vacuum plenum tables. these machines are meant for heavier duty use in the signage industry and for light panel processing applications.

These are a good option for start-ups with limited resources or manpower. They can perform most operations needed in cabinet making although not with the same degree of sophistication or with the same efficiency.

Industrial strength

High-end routers cost upward of $100,000. This includes a whole range of machines with 3 to 5 axes suited for a broad range of applications. these machines will be built out of heavy gauge welded steel and come fully loaded with automatic tool changer, vacuum table and other accessories depending on the application. these machines are usually installed by the manufacturer and training is often included.

Shipping

Transporting a CNC router carries a considerable cost. With routers weighing anywhere from a few hundred pounds to several tons, freight costs can range from $200 to $5,000 or more, depending on location. remember that unless the machine was built nearby, the hidden cost of moving it from europe or asia to the dealer’s showroom is likely included. additional costs may also be incurred just to get the machine inside once it is delivered as it is always a good idea to use professional riggers to deal with this kind of operation.

Installation and training

CNC vendors typically charge from $300 to $1,000 per day for installation costs. It can take anywhere from a half day to a full week to install and test the router. This cost could be included in the price of buying the machine. some vendors will provide free training on how to use the hardware and software, usually on-site, while others will charge $300 to $1,000 per day for this service.

SAFETY RELATED TO CNC WORK

One the wall of many companies is a safety poster with a simple, yet powerful message:

The first rule of safety is to follow all safety rules.

The heading of this section does not indicate whether the safety is oriented at the programming or the machining level. The season is that the safety is totally independent. It stands on its own and it governs behaviour of everybody in a machine shop and outside of it. At first sight, it may appear that safety is something related to the machining and the machine operation, perhaps to the setup as well. That is definitely true but hardly presents a complete picture.

Safety is the most important element in programming, setup, machining, tooling, fixturing, inspection, chipping, and-you-name it operation within a typical machine shop daily work. Safety can never be overemphasized. Companies talk about safety, conduct safety meeting, display posters, make speeches, call experts. This mass of information and instructions is presented to all of us for some very good reasons. Quite a few are passed on past tragic occurrences – many laws, rules and regulations have been written as a result of inquests and inquire into serious accidence.

At first sight, it may seem that in CNC work, the safety is a secondary issue. There is a lot of automation; a part program that runs over and over again, tooling that has been used in the past, a simple setup, etc. All this can lead to complacency and false assumption that safety is taken care of. This is a view that can have serious consequences.

Safety is a large subject but a few points that relate to the CNC work are important. Every machinist should know the hazards of mechanical and electrical devices. The first step towards a safe work place is with a clean work area, where no chips, oil spills and other debris are allowed to accumulate on the floor. Taking care of personal safety is equally important. Loose clothing, jewellery, ties, scarves, unprotected long hair, improper use of gloves and similar infraction, is dangerous in machining environment. Protection of eyes, ears, hands and feet is strongly recommended.

While a machine is operating, protective devices should be in place and no moving parts should be exposed. Special care should be taken around rotating spindles and automatic tool changers. Other devices that could pose a hazard are pallet changers, chip conveyors, high voltage areas, hoists, etc. disconnecting any interlocks or other safety features is dangers – and also illegal, without appropriate skills and authorization.

In programming, observation of safety rules is also important. A tool motion can be programmed in many ways. Speeds and feeds have to be realistic, not just mathematically "correct". Depth of cut, width of cut, the tool characteristics, all have a profound effect on overall safety.

All these ideas are just a very short summery and a reminder that safety should always be taken seriously.