Control numérico computarizado

Panel de control CNC de la década de 2000
Panel de control CNC de Siemens de la década de 1990
Panel de control CNC Siemens Sinumerik de la década de 1980

Control Numérico Computarizado ( Engl. "Control numérico computarizado"), corto - CNC se refiere a un proceso electrónico para el control de máquinas herramienta ( máquinas CNC ).

Aparición

El CNC surgió del control numérico (English Numerical Control , NC), en el que la información no se guardaba como un programa completo en el control de una máquina, sino que se leía en bloques desde una cinta perforada . Los primeros controles CNC se lanzaron al mercado a mediados de la década de 1960.

La era de la tecnología CNC comenzó a mediados de la década de 1970. Permitió una racionalización en la producción en serie y individual por el movimiento mucho más rápido pero aún muy preciso de los ejes y herramientas. Hoy en día, casi todas las máquinas herramienta de nuevo desarrollo están equipadas con un control CNC. Sin embargo, todavía existe una cantidad considerable de antiguas máquinas-herramienta convencionales en todo el mundo.

El desarrollo del mercado

Ya a principios de la década de los 80 existían planteamientos para simplificar la programación del CNC y abandonar la programación DIN / ISO. Esto llevó al desarrollo de la denominada programación orientada al taller (WOP), que tiene una interfaz de programación similar a CAD simplificada y guiada por el usuario. Se ha establecido particularmente en el procesamiento de madera y plástico en centros de mecanizado CNC y en la producción de piezas individuales.

Además, con DNC ( Control Numérico Distribuido ), la división del trabajo en red, la creación de programas en la oficina / programa de simulación en el lugar de trabajo para la verificación de colisiones y la optimización / transferencia del programa al CNC, está en uso. Esta forma de programación es cada vez más importante, especialmente en la producción de una sola pieza y de lotes pequeños, porque aquí, en particular, los tiempos de inactividad para la programación en la propia máquina pueden reducirse en gran medida, de modo que las máquinas se pueden utilizar de manera más productiva en general.

Desde hace algún tiempo, el llamado soft CNC lleva conquistando el mercado del control CNC. En el Soft-CNC, todas las funciones de control, incluida la regulación de posición, no se ejecutan como bucles de control implementados electrónicamente (hardware), sino como programas (software) en una computadora industrial estándar. Generalmente, estos sistemas son considerablemente más baratos. También son más fáciles de mantener, ampliar o adaptar. La unidad se acopla mediante una tarjeta de PC mediante un sistema de bus digital .

hardware

El CNC se ejecuta en un PC industrial específico del fabricante que se instala en el armario de control o directamente detrás de la pantalla. Los procesadores de 32 bits con frecuencias de reloj en el rango de GHz permiten tiempos de ciclo de bloque de menos de 1 ms (tiempo de preparación de un bloque lineal 3D sin corregir). Esto significa que al ejecutar un programa en el que las posiciones se suceden a intervalos de 0,1 mm, se puede mantener una velocidad de avance de fresado de 6 m / min sin atascos.

Almacenamiento de datos no volátiles para los datos de la máquina y los programas que solían guardarse en SDRAM con una batería o acumulador cuando la máquina estaba apagada. Posteriormente se instalaron discos duros que se suspendieron de manera especial para absorber las vibraciones. Las memorias flash se utilizan cada vez más.

Las siguientes interfaces están disponibles para transferir programas desde la estación de programación al CNC y viceversa:

  • interfaz serial RS-232 hasta 20 m, o RS-422 hasta 1200 m
  • Interfaz Ethernet (LAN, red) hasta 100 m, conexión más rápida

o conector para medios de almacenamiento transportables: tarjeta PCMCIA , CompactFlash , memoria USB

Impuestos y normativas

En los controles informáticos se utilizan métodos de precisión variable para el posicionamiento automático de dispositivos, piezas de trabajo o herramientas :

  • Un eje de máquina conmutado se mueve automáticamente después de conectarse a una posición de destino sin detección de posición, que lleva un final de carrera para el movimiento que desconecta el eje cuando llega allí.
  • Un eje de máquina se denomina controlado si se especifica su movimiento desde la posición real a la de destino, pero no se comprueba y corrige de forma permanente.
  • Un eje de máquina regulado está completamente controlado por una computadora utilizando una serie de lazos de control anidados y cerrados en todas las derivadas relacionadas con el tiempo de la ubicación que son relevantes para el movimiento.
  • Los ejes de la máquina que están interpolados entre sí se regulan, con sus posiciones de destino compensadas entre sí, de modo que sus variables manipuladas se influyen entre sí.

La forma deseada de la pieza a fabricar y la tecnología a utilizar se describen en el programa NC. En el fondo del control e inicialmente invisible para el operador de la máquina, un programa de geometría y un programa de interpolación calculan puntos de interpolación en la cuadrícula del tiempo de ciclo del controlador de posición. Las coordenadas de los puntos de interpolación representan las posiciones de destino de los ejes involucrados en el movimiento interpolado La velocidad de avance resulta de las distancias de los puntos de interpolación y el ciclo de control de posición, la cuadrícula de tiempo del posicionamiento. Además de las especificaciones del programa NC, el interpolador y las cascadas del controlador, en su mayoría de tres etapas, utilizan una imagen de máquina que describe las propiedades dinámicas y cinemáticas de todos los ejes controlados. El avance, la aceleración y el tirón (primera, segunda y tercera derivada de la posición según el tiempo) están limitados según las capacidades de los ejes y coordinados entre sí. Los codificadores para la detección de posición proporcionan los valores reales de las coordenadas de posición para calcular las variables manipuladas de la posición. Estas velocidades de consigna dan como resultado la diferencia respectiva con los componentes del eje del avance medidos por codificadores giratorios, las variables manipuladas del controlador de velocidad. Estas aceleraciones de consigna forman variables manipuladas de las aceleraciones de eje en los reguladores de corriente en la diferencia respectiva con los resultados de medición de las corrientes del motor. Las corrientes de motor reguladas significan que la precisión del mecanizado es en gran medida independiente de los cambios de carga, como los que suelen ocurrir cuando el material interviene repentinamente. También se puede utilizar para compensar el tirón que se produce, por ejemplo, en los cruces de caminos tangenciales con cambios discontinuos de velocidad (por ejemplo, en la transición tangencial de una línea recta a un camino circular) y que viola el contorno si hay sin compensación. Mientras tanto, la operación arrastrada ha sido reemplazada en gran parte por el control previo de velocidad, con el que los contornos especificados se pueden reproducir con mucha más precisión.

Tipos de control

El control de una máquina herramienta CNC a través de un integrado directamente en la computadora de control , que con posición, rotacional (angular), detecta y acondiciona los sensores del estado real y luego del cálculo de la interpolación al estado objetivo desde el programa CNC, el motores y otros elementos de la máquina controlados en consecuencia. La interpolación tiene lugar en el rango de milisegundos , por lo que se garantiza una alta precisión incluso a alta velocidad, incluso con formas complejas.

La tecnología CNC permite el procesamiento automatizado con varios ejes controlados simultáneamente. Los controles CNC se clasifican según el número de ejes que se pueden interpolar al mismo tiempo, distinguiendo entre control de punto, línea y trayectoria.

Control de puntos

Con el control de punto a punto o de punto, solo se puede especificar el punto final de un movimiento, al que luego se aproxima la máquina en su ruta más rápida. En particular, no existe una regulación gradual de la velocidad de desplazamiento durante el movimiento, pero los accionamientos suelen funcionar lo más rápido posible. Por lo tanto, la herramienta solo puede intervenir en los puntos finales del movimiento y perforar o perforar un agujero. El control de puntos rara vez se utiliza en las máquinas herramienta hoy en día, pero sigue siendo suficiente para punzonadoras sencillas, máquinas de soldadura por puntos, taladradoras o robots de agarre si no tienen que recorrer una ruta definida. Sin embargo, la secuencia indeterminada de movimientos también crea un mayor riesgo de colisión, especialmente para las personas.

Control de ruta

El control de ruta es esencialmente un control puntual en el que la velocidad de movimiento también se puede controlar con precisión. El control de trayectoria se utiliza para controlar la velocidad y la posición de un eje a la vez. Por tanto, es posible realizar un movimiento axialmente paralelo con un avance de trabajo y, por lo tanto, fresar una ranura recta, por ejemplo. También se utiliza un control de línea para permitir que las unidades de procesamiento de una máquina de alimentación pasiva utilicen el momento en que la pieza de trabajo pasa por la unidad. Esta es una combinación de control de trayectoria y PTP , ya que el movimiento de avance del eje en sí no está controlado, pero los puntos de uso de herramientas controladas punto a punto en el eje controlado por trayectoria se determinan sobre la base de los valores precalculados. sendero.

Este tipo de control solo se encuentra en máquinas pequeñas y especializadas, es decir, máquinas para empresas de capacitación, construcción de accesorios y máquinas de fresado de ranuras, porque es inflexible y solo hay una pequeña diferencia de precio en un control de ruta. En el caso de versiones antiguas con codificadores rotativos, los errores de paso en el husillo roscado o los errores de geometría en la guía no se pueden corregir durante la secuencia de movimiento.

Control de ruta

Con el control de trayectoria, cualquier movimiento de desplazamiento se puede realizar con al menos dos ejes controlados simultáneamente. El control de trayectoria se divide en ejes interpolados y controlados "simultáneamente". Interpolar ejes significa que las secuencias de movimiento inicialmente independientes de los ejes individuales están sincronizadas entre sí de tal manera que la punta de la herramienta sigue la trayectoria programada y corregida con la mayor precisión posible . El control de trayectoria 2D puede seguir cualquier contorno con dos ejes definidos. En el caso de los tornos, esto suele ser suficiente, ya que la pieza crea la tercera dimensión a través de su movimiento de rotación. Si el operador puede elegir entre los ejes controlados interpolados, se habla de un control de trayectoria de 2½ D, que es estándar hoy en día en los tornos con herramientas accionadas. Si tres ejes controlados se pueden interpolar entre sí, se denominan control de trayectoria 3D. Es estándar en las fresadoras. Muchas máquinas ofrecen ahora ejes adicionales para pivotar y rotar piezas de trabajo o portaherramientas. Los controles de contorneado deben estar equipados con un número correspondientemente grande de entradas de sensor y salidas variables manipuladas, así como tener un software suficientemente potente para utilizar el potencial de la máquina especificado por el diseñador de la máquina.

Ejes de máquina

Los controles modernos gestionan y regulan más de 30 ejes si es necesario. Estos se pueden dividir en varias partes de la máquina virtuales e independientes. Utilizando tres ejes X, Y y Z mutuamente perpendiculares, se alcanza cada punto en el área de mecanizado de una máquina herramienta. Con este método, se pueden interpolar todas las trayectorias imaginables, pero con una restricción importante que es particularmente evidente en el ejemplo de una fresadora: la herramienta giratoria siempre es perpendicular a la mesa transversal . El mecanizado de mayor calidad tecnológica puede, por ejemplo, requerir que la fresa sea perpendicular al contorno que se va a fresar. Por ejemplo, para hacer un agujero en un ángulo de 45 °, es necesario rotar la pieza de trabajo o la herramienta (o ambas). Muchas máquinas modernas ofrecen la posibilidad de girar o girar la mesa de la máquina para permitir un mayor mecanizado de contornos. Estos ejes de rotación se designan con las letras A, B y C según la disposición de la máquina (según DIN 66217): A girando alrededor del eje X, B alrededor del eje Y y C alrededor del eje Z. Si bien estos ejes solo se controlan o incluso se encienden en máquinas antiguas o simples, los controles de los centros de mecanizado los regulan e interpolan hoy. Por ejemplo, con el mecanizado de 5 ejes de fresadoras, se consigue una excelente calidad de superficie. Además, los ejes lineales paralelos a X, Y y Z se pueden configurar o crear virtualmente, que luego se denominan U, V, W. Una aplicación para el trípode UVW virtual es el pivote virtual del plano de procesamiento para simplificar el procesamiento en una superficie que está inclinada hacia la mesa transversal. Todas las direcciones de eje pueden ocurrir varias veces en una máquina herramienta y luego se les dan índices u otros identificadores permitidos por la sintaxis respectiva del lenguaje NC para distinguirlos. Por ejemplo, en el caso de una máquina fresadora portal con una unidad de pórtico , hay un eje X y un X 1 eje en X. Los tornos CNC solo tienen los ejes X y Z como ejes principales. Si el cabezal de accionamiento también se puede programar como eje de rotación, se convierte en eje C. También se pueden concebir herramientas autoamplificadas, que luego reciben sus propias designaciones de eje, por ejemplo, eje W.

Los ejes de la máquina se pueden agrupar en varios canales de mecanizado. Cada canal de CNC procesa su programa como si fuera su propio CNC. Un CNC multicanal puede procesar varios programas al mismo tiempo. B. procese el frente en un canal, luego transfiera la pieza de trabajo al segundo canal, procese la parte posterior allí, mientras que el primer canal procesa el frente de la siguiente pieza de trabajo.

Puntos de referencia

Punto cero de la máquina M
Es el origen del sistema de coordenadas de la máquina y lo define el fabricante de la máquina.
Punto de referencia R
Es el origen del sistema de medición de posición incremental con una distancia al punto cero de la máquina especificado por el fabricante. Para calibrar el sistema de medición de posición, este punto debe abordarse en todos los ejes de la máquina con el punto de referencia del portaherramientas T.
Punto de referencia del portaherramientas T
Está centrado en la superficie de tope del portaherramientas. En las fresadoras esta es la punta del husillo, en los tornos es la superficie de tope del portaherramientas en la torreta .
Punto cero de la pieza W
Es el origen del sistema de coordenadas de la pieza y lo determina el programador de acuerdo con los aspectos de fabricación.

Tipos de dimensiones

Dimensiones absolutas (G90)
Las coordenadas de los puntos de destino de un movimiento transversal se introducen como valores absolutos, es decir, como la distancia real desde el punto cero de la pieza. Al especificar la palabra NC G90, el control se programa para esta programación de dimensión absoluta. Después de encender, el control se establece automáticamente en G90.
Dimensionamiento de cadena (G91)
Con la programación de cotas en cadena (también llamada programación de cotas incrementales), se informa al control de las coordenadas del punto de destino del movimiento de desplazamiento desde el último punto al que se alcanzó. El último punto alcanzado es, por tanto, el origen del siguiente punto. Uno puede imaginar que el sistema de coordenadas cambia de un punto a otro. Al especificar la palabra NC G91, el control se programa para esta programación incremental. El comando G91 tiene un efecto modal , es decir , permanece válido en el programa hasta que sea cancelado nuevamente por el comando G90.

programación

Existen diferentes tipos y métodos de programación. Las transiciones entre los procesos de programación son fluidas y no se pueden separar directamente. Son posibles varios métodos de programación en el nuevo CNC. La siguiente lista está destinada a proporcionar una descripción general, en parte con ejemplos.

Tipos de programación

  • remoto de la máquina en una estación de programación
z. B. en preparación para el trabajo. Ventaja: sin ruido de la máquina, la máquina sigue funcionando.
  • cerca de la máquina, directamente en la máquina
Ventaja: los trabajadores calificados utilizan sus conocimientos especializados y el hecho de que controlan continuamente el progreso de la producción.

Método de programación

  • programación manual: ingrese / cambie cada carácter del programa manualmente
  • programación de la máquina: CAD → CAM p. ej. B.: Conversión de una geometría 2D o un modelo 3D utilizando preprocesadores y posprocesadores en un programa comprensible por máquina
  • Código G (DIN / ISO): consulte el siguiente ejemplo (programación DIN / ISO o código G )
  • Programación orientada a diálogos o talleres (WOP): soporte gráfico, consulta de parámetros → integración en el programa, p. Ej. Ej .: DIN-PLUS, Turn Plus, diálogo de tapa (restricción: complejidad de la pieza, un máximo de 45 minutos para programar en la máquina son legítimos, el programador se distrae con el ruido de fondo en la máquina)
  • Programación de parámetros: El programa actual no puede ser editado por el operador de la máquina.
  • Aprendizaje: comparable a "copiar" → puntos de aproximación en la pieza real → marco del programa → extensión del programa
  • Reproducción: Grabar → Repetir, p. Ej. Por ejemplo: robot de pulverización de pintura

Programación DIN / ISO o código G

La estructura de registro y dirección de la información de control numérico que se va a transmitir se describe en la norma DIN 66025 / ISO 6983, generalmente denominada programación DIN / ISO para abreviar. Un programa DIN puede ejecutarse en cualquier máquina CNC. Sin embargo, existen comandos especiales para casi todas las máquinas, p. Ej. B. Ciclos que solo pueden ser interpretados por estas máquinas. Los ciclos son subrutinas prefabricadas que se pueden adaptar con parámetros / variables. Se pueden utilizar para describir "bolsillos" (contornos rectangulares o bolsillos similares) o agujeros, etc. Estos ciclos facilitan la programación y brindan claridad.

Ejemplo 1

Aquí hay un ejemplo simple de código G para fresado CNC seguido de una explicación. A la derecha, el mismo ejemplo que la programación de diálogo en "texto sin formato" en un control Heidenhain :

Código G Heidenhain - "texto sin formato"
 N080 …
 N090 G00 X100 Y100
 N100 Z0
 N110 G01 Z-2 F10
 N120 G01 X110 F20
 N130 Y200 F15
 N140 G00 Z10
 N150 …
 80  …
 90  L X+100 Y+100 R0 FMAX
 100 L Z+0 R0 FMAX
 110 L Z-2 R0 F10
 120 L X+110 R0 F20
 130 L Y+200 R0 F15
 140 L Z+10 R0 FMAX
 150 …




Esta parte del programa describe cómo una herramienta de fresado en el bloque N090 se acerca a una posición en un espacio de trabajo en marcha rápida ( G00), descrita con las coordenadas X100 e Y100. En el siguiente bloque N100, la herramienta se mueve (todavía en marcha rápida) a la posición de profundidad Z0, luego con una velocidad de avance de G0110 mm por minuto a la posición de profundidad Z-2 (esta podría ser la nueva superficie a producir). En el siguiente bloque N120, la herramienta se mueve en el avance a una velocidad de 20 mm por minuto en la pieza de trabajo hasta la posición X110. En el bloque N130, la herramienta se mueve con un avance ligeramente reducido en ángulo recto hasta el último movimiento de la coordenada Y 200 (anteriormente 100, es decir, 100 mm). En el último bloque, la herramienta se retrae de -2 a 10 mm de altura mediante un avance rápido ( G00).

Ejemplo 2 (con compensación de trayectoria de herramienta)

A continuación se muestra un ejemplo de torneado CNC con compensación de trayectoria de herramienta ( G41/ G42) en el mecanizado final ( acabado ) de un contorno:

Código G Heidenhain - "texto sin formato"
 N080 …
 N090 G00 X-1,6 Z2
 N100 G42
 N110 G01 Z0 F10
 N120 G01 X0 F20
 N130 G03 X20 Z-10 I0 K-10
 N140 G01 Z-50
 N150 G01 X50 Z-100
 N160 G40
 N170 …
 80  …
 90  L X-1,6 Z+2 R0 FMAX
 100 L Z+0 RR F10
 110 L X+0 RR F20
 120 CT X+20 Z-10 RR
 130 L Z-50 RR
 140 L X+50 RR
 150 …




Aquí (bajo “Heidenhain”) R0 significa trayectoria del punto central de la fresa (sin corrección de trayectoria de herramienta), RL para corrección de trayectoria de herramienta a la izquierda del contorno (en DIN G41) y RR para corrección de trayectoria de herramienta a la derecha del contorno.

Corrección de ruta

Requisito previo : el contorno ha sido previamente desbastado , i. H. preprocesado. En el bloque 90 la herramienta se mueve sobre el centro (X-1,6 mm) y se detiene 2 mm delante del contorno. Entonces se conecta la compensación de la G42trayectoria de la herramienta con y en el bloque 110 se llega al punto cero en la dirección Z. En el bloque 120 se atraviesa el centro de la herramienta (junto con el bloque N090, esto evita que queden residuos de material excesivos ("tacos") en la superficie frontal de la pieza) y finalmente en el bloque 130 se atraviesa un semicírculo con un radio de 10 mm. En última instancia, en los conjuntos 140 y 150, las direcciones longitudinal y transversal siguen siendo de 50 mm de diámetro y 50 mm de longitud. La G40corrección de la trayectoria de la herramienta finalmente se cancela de nuevo en el bloque 160.

Compensación de trayectoria de herramienta

La corrección de la trayectoria de la herramienta es importante para evitar errores de contorno que podrían surgir con trayectorias circulares o formas cónicas, ya que la propia herramienta tiene un radio en el filo de corte.

Software de programación

El software de programación y el CNC cuentan con una simulación gráfica que permite realizar una prueba del programa antes de iniciar el mecanizado. También hay calculadoras de geometría que calculan automáticamente las dimensiones faltantes, los puntos de intersección, los chaflanes y los empalmes en las esquinas. Esto significa que incluso los dibujos que no están dimensionados de acuerdo con el NC se pueden programar fácilmente.

Comandos G y M

Los comandos G y M se dividen en grupos. Solo la última función programada del grupo es efectiva. Los comandos M (del inglés Misceláneo ) se utilizan para varias funciones de la máquina y están definidos por el fabricante de la máquina CNC. Los siguientes comandos se pueden utilizar independientemente del fabricante del control y de la máquina:

Comandos G Comandos M
Comando de movimiento
G00Avance rápido: movimiento de posicionamiento a la máxima velocidad
G10 Alimentar directamente
G20 Alimentación de arco en sentido horario
G30 Alimentación de arco circular en sentido antihorario
G33 Torneado de hilo

Otro , efectivo en bloques (solo en la línea programada)

G40 Tiempo de permanencia en segundos F ..., o tiempo de permanencia por revolución S ...
G90 Parada exacta: detenga el avance antes de que se lleve a cabo el siguiente movimiento.
Compensación de trayectoria de herramienta
G40 Corrección desactivada
G41 a la izquierda del contorno en la dirección de avance
G42 a la derecha del contorno en la dirección de avance
Sistema coordinado
G54 primer sistema de coordenadas de pieza
G55 segundo sistema de coordenadas de la pieza de trabajo
...
G59 sexto sistema de coordenadas de pieza
Tipo de dimensión
G90 Entrada de dimensión absoluta
G91 Entrada incremental
Tasa de alimentación
G94 Avance en mm / min
G95 Avance en mm / revolución
Especificación de velocidad
G96velocidad de corte constante
G97 velocidad constante
Control de programa
M00 Parada del programa
M10 Parada de programa opcional, dependiendo del interruptor externo
M30 Fin del programa
Control de husillo
M03 Husillo en el sentido de las agujas del reloj
M04 Husillo en sentido antihorario
M05 Parada del husillo
M19 tope de husillo posicionado
Refrigeración, lubricación
M07 Segundo enfriamiento, lubricación encendida
M08 Refrigeración, lubricación activada
M09 Enfriamiento, lubricación apagada
Engranaje del husillo
M40 Posición neutra o selección automática de marchas
M41 Cambie la transmisión al nivel 1
...
M44 Cambie la transmisión al nivel 4

ventajas

Las ventajas de un control CNC radican por un lado en la posibilidad de mecanizado económico de geometrías complejas bidimensionales (2D) y especialmente tridimensionales ( 3D ), por otro lado en el mecanizado / repetibilidad y alta velocidad del mecanizado pasos. La posibilidad de almacenar programas significa que muchas piezas idénticas se pueden producir en masa sin intervención humana. Además, la tecnología CNC permite nuevos conceptos de máquina, ya que no es necesaria ninguna conexión mecánica entre el accionamiento principal y los accionamientos de alimentación.

Ver también

literatura

  • Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal: Manual CNC 2009/2010 . Hanser Fachbuchverlag, 2009, ISBN 978-3-446-41836-3 .
  • Ulrich Fischer, Max Heinzler, entre otros: libro de mesa de metal . 43ª edición. Verlag Europa-Lehrmittel, 2005, ISBN 3-8085-1723-9 .

enlaces web

Commons : control numérico por computadora  : colección de imágenes, videos y archivos de audio

Evidencia individual

  1. Control de ruta. En: MADERA TEC PEDIA. Consultado el 28 de febrero de 2018 .