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AUTOMATIZACIÓN DE UN TORNO PARALELO, MEDIANTE UN CONTROL
NUMÉRICO COMPUTARIZADO BASADO EN PC
Diego Alejandro Ramírez Cardona
Código: 1.088.252.208
Luis Edwin Manso Caraballo
Código: 1.087.995.286
ANTEPROYECTO
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA
FACULTAD DE TECNOLOGÍAS
ESCUELA DE TECNOLOGÍA MECÁNICA
PEREIRA
2011
AUTOMATIZACIÓN DE UN TORNO PARALELO, MEDIANTE UN CONTROL
NUMÉRICO COMPUTARIZADO BASADO EN PC
Diego Alejandro Ramirez Cardona
Código: 1.088.252.208
Luis Edwin Manso Caraballo
Código: 1.087.995.286
ANTEPROYECTO
Ricardo Acosta Acosta
Director
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA
FACULTAD DE TECNOLOGÍAS
ESCUELA DE TECNOLOGÍA MECÁNICA
PEREIRA
2011
1. TÍTULO
Automatización de un torno
Computarizado basado en PC.
paralelo
mediante
un
Control
Numérico
2. DEFINICIÓNDEL PROBLEMA
2.1PLANTEAMIENTO
En el Laboratorio de Modelos de la Escuela de Tecnología Mecánica de la
Universidad Tecnológica de Pereira se cuenta con cuatro tornos paralelos
manuales, se requiere implementar un Control Numérico Computarizado (CNC)
basado en un computador personal (PC) para uno de ellos con el fin de evaluar la
exactitud y los costos de esta implementación.
2.2 FORMULACIÓN
•
¿Será posible automatizar un torno paralelo a bajo costo?
2.3 SISTEMATIZACIÓN
•
•
•
¿Qué tecnologías disponibles se pueden utilizar?
¿Cómo se van a integrar éstas tecnologías?
¿Con qué exactitud trabajará y a que costo?
3
3. JUSTIFICACIÓN
Una de las máquinas-herramienta más importantes para la industria es el torno
paralelo ya que permite la elaboración de piezas relacionadas con sólidos de
revolución.
El Control Numérico Computarizado aplicado a las máquinas-herramienta ha
permitido aumentar la exactitud del maquinado en los procesos de manufactura y
ha permitido disminuir los tiempos de fabricación al reducir errores introducidos
por el factor humano. Este tipo de tecnología permite dar instrucciones codificadas
a la máquina a través de un sistema de control, logrando facilidad en la ejecución
de tareas, permitiendo el aumento de la producción en especial de piezas
complejas, disminuyendo costos y tiempos tanto productivos como improductivos.
(1)
A pesar de que ésta tecnología se encuentra disponible para la región desde
inicios de los años 90, no se ha difundido debido al costo que involucra la compra
de una máquina con estas características. El inventario de las máquinas
herramientas como tornos paralelos en la región y en el país en su mayoría es
manual y pertenece a pequeños talleres que no pueden realizar una inversión de
este tipo.
Mediante esta implementación se pretende realizar una automatización de bajo
costo que permita implementar un Control Numérico Computarizado aplicado a
cualquier torno paralelo.
4
4. OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GENERAL
Automatizar un torno paralelo mediante un control Numérico Computarizado
basado en PC.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
•
•
•
Seleccionar software y hardware para la automatización.
Integrar y poner a punto la tecnología al torno paralelo.
Evaluar la exactitud del mecanizado y los costos de la implementación.
5
5. MARCO DE REFERENCIA
5.1 ANTECEDENTES
En la Universidad Tecnológica de Pereira se desarrolló un Trabajo de Grado de la
Maestría en Sistemas Automáticos de Producción en el año 2008 que consistió en
la adecuación tecnológica de un Torno Compact 5 de Control Numérico
Computarizado del SENA Risaralda.
A este torno se le hicieron varias modificaciones tales como instalar sensores en
los carros longitudinal y transversal para hallar el cero de máquina y delimitar el
área de trabajo, además se cambió el motor principal para poder hacer cambios
automáticos de velocidades desde un programa, aparte de esto también se
diseñaron las tarjetas de control y potencia, y una interfaz gráfica para la
interacción operario-máquina y por último se reemplazó el sistema convencional
de simulación de maquinado.
En conclusión, en el desarrollo de este trabajo de grado se mejoró el desempeño
del torno Compact 5 mediante el diseño y la fabricación de una interfaz que
permitió controlar desde un computador los motores paso a paso de los ejes
longitudinal y transversal, y la velocidad del husillo. (2)
En la revista Ingeniería y Ciencia aparece un artículo (3) que trata sobre la
implementación y resultados de un sistema de control numérico diseñado y
construido, desde su parte mecánica hasta crear la pieza diseñada mediante un
control dado desde un software de diseño.
Algo para destacar en este artículo es el hecho de que se logró implementar un
diseño propio con elementos de fácil consecución en el mercado Colombiano.
Pero con una gran limitación y es la no utilización de los códigos G los cuales son
utilizados en los sistemas de control numérico computarizado y debido a este
problema se hace más difícil cuando se intente integrarlo a un sistema más
complejo.
De este trabajo se puede resaltar el hecho de que se pudieron mecanizar piezas
prediseñada sin necesidad de convertir los comandos a códigos G. (4)
6
5.2 MARCO CONTEXTUAL.
La automatización del torno paralelo se realizará en el Laboratorio de Modelos de
la Universidad Tecnológica de Pereira en el departamento de Risaralda.
5.3 MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL.
El control numérico (CN) es un tipo de automatización programable por medio de
instrucciones, tales como letras del alfabeto, dígitos y símbolos, estos están
codificados en formatos apropiados en orden lógico y predeterminadamente para
la elaboración de un programa para que la máquina cumpla una serie de
movimientos realizando una tarea específica indicada. El CN es apropiado para
niveles bajos o medios de producción dado que es mejor realizar un nuevo
programa que realizar algún cambio adicional.
El control numérico computarizado (CNC) utiliza microcontroladores internamente.
Este tipo de control contiene registros de memoria que almacenan una gran
variedad de rutinas que manipulan las funciones lógicas, por tal razón los
operarios de este tipo de máquinas tienen la posibilidad de modificar cualquier tipo
de programa en el propio control si es necesario con resultados inmediatos. Los
programas de CNC y las funciones lógicas son almacenados en la memoria del
computador especial, ya que las instrucciones del software, en lugar de utilizar las
conexiones del hardware, tales como cables, que controlan las funciones lógicas.
El CNC es un sistema que está compuesto de varios elementos que se combinan
de diferentes formas para la transformación de la información. La información es
un conjunto de señales de control que permiten un movimiento o tarea específica.
Está compuesto por:
Base de datos: información almacenada que se accede por medio del software.
Documentación: manuales, formularios e información necesaria que indica la
manipulación.
Hardware: son los dispositivos que proporcionan la capacidad de capacidad de
cálculo que proporcionar funciones externas.
Personas: personas capacitadas para operar el software y hardware.
Procedimientos: los pasos que se definen para el empleo de cada elemento del
sistema.
Software: programas para hacer el control, diseño de partes, estructura de datos
que sirven para realizar tareas.
7
Para el Control Numérico Computarizado (CNC) se debe tener en cuenta dos
puntos muy importantes que son el hardware y el software a utilizar, estos son los
principales elementos para realiza una automatización a un torno paralelo o
cualquier tipo de máquina-herramienta ya que controlan todos los movimientos en
forma sincronizada en el momento del mecanizado de las respectivas piezas.
Al software se le conoce como el cerebro que regula las capacidades de la
máquina para realizar las operaciones indicadas, en el control numérico
computarizado es utilizado para crear una serie de operaciones por medio de
información suministrada, ya sea por algún tipo de lenguaje de programación que
se convierten en ordenes de movimiento a los ejes correspondientes para que
cumplan con los requerimientos iniciales de diseño. (5)
Los diferentes programas que se utilizan en la industria para la implementación del
control numérico computarizado se clasifican en:
Software de control: convierte lo códigos G en movimiento por lo general mediante
el control de puerto paralelo de un computador personal. (6)
-
AXIS, GUI para EMC2.
CNCZeus, DOS.
CNCDudez, USB controlado CNC.
DeskCNC, Windows.
DesKAM, windows/DOS.
EMC2, Linux.
KCAM, Windows 98 y 98 SE.
Mach 2/3, Windows 2000, XP ó superior.
Master5, windows 95/98.
TurboCNC, DOS.
USBCNC, USB controlado CNC.
Software de CAD1: Crea el diseño de la pieza a mecanizar.
1
AutoCAd.
Alibre.
Blender.
Cadkey.
GraphiteOneCAD.
Moi 3D.
RhinoCAD.
SolidEdge.
Soliworks.
TurboCAD.
Vizion (ArtCam).
CAD: Diseño Asistido por Computador.
8
Software de CAM2: Convierte diseños de piezas al lenguaje G.
-
BOBCAD-CAM.
CamBam.
DeskCNC.
G-simple.
Heeks CAD/CAM.
MasterCAM.
MeshCAM.
OneCNC.
TurboCAD-CAM.
VirtualGibbs.
Otro de los puntos significativos cuando se habla de automatización es el
hardware, la cual se puede llevar a cabo por computadores personales,
microcontroladores, PLC´s, FPGA´s y DSP, con estos se pueden dar soluciones al
desarrollo del medio de la industria y aplicaciones muy especiales en forma
eficiente y segura. (7)
Un microcontrolador es un dispositivo electrónico en forma de chip que consta de
las tres unidades básicas de un ordenador, la unidad de procesamiento central o
CPU, la memoria y los puertos de entrada y salida, estos microcontroladores
funcionan mediante un programa almacenado en su memoria, estos programas
pueden estar escritos en distintos lenguajes de programación, los
microcontroladores son ampliamente utilizados gracias a que son diseñados para
disminuir el coste económico y el consumo de energía de un sistema en particular,
además son utilizados como cerebros de una gran variedad de sistemas que
controlan máquinas. (8)
Los controladores lógicos programables (PLC) son dispositivos electrónicos
operados digitalmente utilizando una memoria interna para el almacenamiento de
instrucciones o tareas con el fin de que cumpla unas funciones específicas tales
como lógicas, secuenciales, tiempo y aritméticas, así controlando varios tipos de
máquinas o procesos por medio de entradas y salidas lógicas o digitales. (9)
Campo de matriz de puertas programables (FPGA) (10) es dispositivo
semiconductor que tiene bloques de lógica cuya interconexión y funcionalidad que
permite configurar en el sitio mediante un lenguaje de programación. La lógica
programable de este admite reproducir funciones sencillas como puerta lógica o
un sistema combinado hasta funciones de mayor complejidad como son los
sistemas de chip:
Los procesadores de señal digital (DSP) (11) es un tipo de procesador con alta
velocidad en el procesamiento de datos en tiempo real. A un DSP le llega una
2
CAM: Manufactura Asistida por Computador
9
señal digital la procesa de manera que sea más clara, una imagen más nítida o
datos con mayor velocidad. Los DSP tienen un conjunto de características básicas
que hace más útil su funcionamiento, entre ellas están:
-
Alta velocidad en el cálculo aritmético.
Transferencia de datos hacia y desde un mundo real.
Memorias de múltiple acceso.
Para realizar una automatización como complemento al software se debe tener en
cuenta cualquier tipo de hardware anteriormente mencionados, la selección de
estos se hacen dependiendo de los requerimientos que se necesiten, escogiendo
el software y hardware que presente las mejores características, menor coste y
una buena funcionalidad para la industria.
CÓDIGOS G&M.
La programación del Control Numérico Computarizado (CNC) se da por medio de
un lenguaje G&M (12), el cual consta de una programación vectorial que consiste
en acciones simples de entidades geométricas, básicamente arcos de
circunferencia y segmentos de rectas junto con los parámetros de mecanizado.
Se le llama G&M por el hecho de que el sistema de lenguaje está comprendido de
instrucciones GENERALESy MISCELÁNEAS, donde los códigos G son los que
permiten el movimiento de la herramienta de corte y los códigos M son los que
controlan diferentes parámetros de la máquina como la velocidad de avance, la
velocidad del husillo y el encendido o apagado de diferentes dispositivos. Estos
códigos en conjunto permiten realizar de una manera fácil y rápida operaciones
específicas en la fabricación de una pieza.
Los códigos G&M también permiten que el operario previamente puede visualizar
en el software el modelado de la pieza antes de fabricarla y detectar posibles
errores durante el mecanizado.
Inicialmente se presentaba inconvenientes debido a que los fabricantes creaban
sus propios lenguajes de programación y se tenían muchas dificultades. Gracias a
las normas ISO se dio un gran paso para la estandarización de los códigos los
cuales fueron adoptados por la totalidad de los fabricantes de las maquinas
controladas por CNC de manera directa con algunas modificaciones menores por
los respectivos fabricantes.
Los códigos para la programación del CNC están bajo las normas ISO3 6983 y la
norma EIA4 RS274.
3
4
ISO: Organización internacional de estándares.
EIA: Asociación de industrias electrónicas.
10
Las normas ISO/EIA son estándares de programación que permite a la máquinaherramienta realizar los diferentes tipos de movimientos y tareas en especificadas
en el programa para ejecución de modelos propuestos.
En la tabla 1 se encuentran los códigos generales para la programación en tornos.
Tabla 1: Códigos generales.
CODIGO
DESCRIPCIÓN
G00
Posicionamiento rápido (sin maquinar).
G01
Interpolación lineal (maquinad).
G02
Interpolación circular (sentido horario).
G03
Interpolación circular (sentido antihorario).
G04
Compás de espera.
G10
Ajuste del valor de desplazamiento del programa.
G20
Unidades inglesas (pulgadas).
G21
Unidades métricas (milímetros):
G28
Volver al cero de la máquina.
G32
Maquinar una rosca en una pasada.
G36
Compensación automática de herramienta en X.
G37
Compensación automática de herramienta en Z.
G40
Cancelar compensación de radio de curvatura de herramienta.
G41
Compensación de radio de curvatura de herramienta a la izquierda.
G42
Compensación de radio de curvatura de herramienta a la derecha.
G70
Ciclo de acabado.
G71
Ciclo de maquinado en cilindrado.
G72
Ciclo de maquinado en refrentar.
G73
Repetición en patrón.
G76
Maquinar una rosca en múltiples pasadas.
G96
Comienzo de desbaste a velocidad tangencial constante.
G97
Fin de desbaste a velocidad tangencial constante.
G98
Velocidad de alimentación (unidades/min).
G99
Velocidad de alimentación (unidades/revolución).
Fuente: CNC ProgrammingHandbook.
11
En la tabla 2 se encuentran los códigos misceláneas para la programación en
tornos.
Tabla 2: Códigos misceláneas.
CÓDIGO
M00
M01
M02
M03
M04
M05
M06
M07
M08
M09
M10
M11
M13
M14
M30
M31
M37
M38
M39
M40
M41
M48
M49
M98
M99
DESCRIPCIÓN
Parada opcional.
Parada opcional.
Restablecer el programa.
Girar el husillo en sentido horario.
Girar el husillo en sentido contrario al de las manecillas del reloj.
Detener el husillo.
Cambiar de herramienta.
Abrir el paso del refrigerante B.
Abrir el paso del refrigerante A.
Cerrar el paso de los refrigerantes.
Abrir mordazas.
Cerrar mordazas.
Girar el husillo en sentido horario y abrir el paso de refrigerante.
Girar el husillo en sentido antihorario y abrir el paso de refrigerante.
Finalizar programa y poner puntero de ejecución en su inicio.
Incrementar el contador de partes.
Frenar el husillo y abrir la guarda.
Abrir guarda.
Cerrar guarda.
Extender el alimentador de piezas.
Retraer el alimentador de piezas.
Maquinar solo con velocidades programadas.
Cancelar velocidades programadas.
Llamado a subprograma.
Retorno a subprograma.
Fuente: CNCProgrammingHandbook.
12
Existen variables muy importantes para la programación del Control Numérico
Computarizado, en gran parte los códigos G contienen variables definidas por
programadores para funciones específicas. Estas variables son:
N: número de bloque. (Inicio de bloque).
G: función preparatoria.
X: coordenada en x.
Y: coordenada en y.
Z: coordenada en z.
L: localización en x del centro del arco.
J: localización en y del centro del arco.
K: localización en z del centro del arco.
S: velocidad del husillo.
F: velocidad de corte.
Los códigos generales, misceláneos y las variables de los códigos G son
implementados para una mejor comunicación entre el operario y la maquina ya
que se estará hablando en un mismo lenguaje de programación, será más fácil y
tendrá más agilidad la fabricación de piezas complejas.
Para generar los códigos de programación se debe implementar los siguientes
pasos, no se debe seguir estrictamente pero es lo más recomendado:
1. Tener claro la pieza para fabricar.
2. Diseñar el boceto con las medidas correspondientes.
3. Material para la fabricación de la pieza.
4. Establecer velocidades de corte, avance, velocidad del husillo.
5. Generar los códigos de forma manual o programas de CAD/CAM.
6. Introducir los códigos en la CNC.
7. Generar la simulación.
Son los pasos muy sencillos pero muy útiles para el mecanizado de piezas o
partes en máquinas de CNC. (12)
También se debe tener en cuenta en la programación del CNC la planificación
adecuada de manera lógica y metodológica, las primeras decisiones que se debe
tomar se refieren a las tareas que se tienen que realizar para lograr la fabricación
de la pieza propuesta de una manera segura y eficiente para dar soluciones a
posibles problemas encontrados antes de dar el paso siguiente.
Lo más recomendado para realizar un programa CNC es una secuencia básica
pero bastante lógica, son pasos que están en un orden sugerido puesto a
evaluación, este orden puede variar dependiendo de condiciones especiales o
hábitos de trabajo.
13
Los pasos son los siguientes:
1. Estudio de la información inicial (dibujo y métodos)
2. Material de archivo (en blanco) de evaluación.
3. Especificaciones de la máquina herramienta.
4. Control de las características del sistema.
5. Secuencia de las operaciones de mecanizado.
6. Herramientas de selección y disposición de herramientas de corte.
7. El programa de instalación de la pieza.
8. Tecnológico de datos (velocidades, avances, etc)
9.La determinación de la trayectoria de la herramienta.
10. Trabajo bocetos y cálculos matemáticos.
11. Programa de escritura y preparación para la transferencia de CNC.
12. Montaje del material
13.Simulación de la pieza a construir.
14. Realizar cambios si es necesario.
15. Correr programa.
16. Documentación del programa.
MOTORES PASO A PASO:
Los movimientos de los ejes longitudinal y transversal se realizan por medio de
motores paso a paso (13) o servomotores, los cuales permiten movimientos muy
precisos ideales para el control numérico computarizado.
Un motor paso a paso es un dispositivo electromecánico que transforma una serie
de pulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa que
tiene la capacidad de avanzar una serie de grados o pasos dependiendo de las
entradas de control.
El principio de operación de los motores paso a paso consiste en los componentes
que tienen el estator que es la parte fija y el rotor que es la parte móvil. El estator
está construido con una serie de cavidades donde se colocan las bobinas, cuando
la energía pasa por cada una de las bobinas se forman los polos norte y sur
necesarios para impulsar el motor, y el rotor puede basarse en un imán o en un
inducido ferromagnético con el mismo número de polos que tiene cada bobina del
estator, esto está montado en un eje que está apoyado en dos rodamientos que le
permiten girar libremente, Cuando se energizan las bobinas adecuadamente se
obtienen los movimientos que caracterizan a los motores paso a paso.
La característica principal de los motores paso a paso es que están diseñados
para poder ser movidos un paso a la vez por cada pulso recibido. Estos pasos
pueden variar de 90˚ hasta 1.8˚. Para realizar un giro de 360˚ se necesitan cuatro
pasos de 90˚ y 200 pasos de 1.8˚.
14
Estos motores tiene la capacidad de quedar libres o fijos en una posición, si una
de sus bobinas esta energizada el motor estará fijo en esa posición
correspondiente y por otro lado si sus bobinas no están energizados el motor
quedara libre. (11)
Para la selección de los motores paso a paso se debe tener en cuenta los torques
necesarios para mover tanto el eje longitudinal como el eje transversal del torno y
el material a maquinar.
Para el cálculo de los torques se debe seguir los siguiente pasos con las
siguientes ecuaciones propuestas.
DETERMINACIÓN DEL PAR DE CARGA
En la figura 1 se muestra el montaje de los motores paso a paso en el eje
longitudinal del torno.
Figura 1. Esquema de un motor paso a paso.
Fuente: BergenMotoren.
(Ecuación
2)
El momento del motor está determinado por la suma del momento de carga y el
momento de aceleración.
ó
(Ecuación 2)
15
El momento de carga se calculara de la siguiente manera.
(Ecuación 3)
= Fuerza total sobre la tuerca (N).
= Paso del husillo (cm).
= Radio del eje medio del rodamiento (cm).
= Coeficiente de fricción del rodamiento del eje.
i = Relación de transmisión (n motor/n eje).
Coeficiente de eficienciadela conversión deMenunafuerzaaxial.
(Ecuación 4)
LOS VALORES DEEXPERMENTALES:
= 0,9 para rodamientos de bolas ejes.
= 0,3 para husillos de acero con tuerca de bronce.
* = 0,015 rodamiento de rodillos cm.
*
= 0,15 cm para el acero y cojinetes de fricción de bronce.
F pretensado:
El 10% de pretensado y h=5 mm: 11 a15N aproximadamente.
El 20% de pretensado y h=5 mm: 22 a 30N aproximadamente.
El 10% de pretensado y h=10 mm: 40 a 60N aproximadamente.
El 20% de pretensado y h=10 mm: 80 a 120N aproximadamente.
16
DETERMINACIÓN DE F CARGA TOTAL EN LA TUERCA
Figura 2.Fuerzas Verticales
Fuente: Bergen Motoren.
(Ecuación 5)
= peso del transporte y la estructura (Kg)
= movimiento de fuerza (N)
= al usar resorte contratuerca
= coeficiente de fricción
= 10 m (N)
m = masa (kg)
En la siguiente tabla se muestran los valores deμ de materiales que se debe de
tener en cuenta en la automatización.
Tabla 3. Valores de μ.
EN
SECO
0.18
0.19
0.11
LOS VALORES DE μ
De acero sobre acero
De acero de hierro fundido
Acero en el bronce
Guía axial
La fricción del balanceo, los
rodillos
Fuente: Bergen Motoren.
LUBRICADO
0.12
0.10
0.10
0.005
17
DETERMINACIÓNDELOS MOMENTOSDEINERCIA.
El momento de inercia total J totales la suma de los momentos de inercia de las
masas en movimiento de rotación y traslación.
(Ecuación 6)
Jexterna total se hace referencia al eje del motor.
Rotatorio momento de inercia (cilindro lleno).
Momento de inercia de traslación.
DETERMINACIÓN MOMENTO DE INERCIA TOTAL
(Ecuación 7)
DETERMINACIÓN MOMENTO DE INERCIA ROTATORIO
(Ecuación 8)
Radio del eje cm.
Longitud cm.
Peso específico
7.85 * 10 ^ 3
. De acero
2.7 * 10 ^ 3
. De aluminio
8.4 * 10 ^ 3
. De latón
18
DETERMINACIÓN DE MOMENTOS DE INERCIA EN PIÑON Y CREMALLERA
La siguiente fórmula se utiliza para calcular el momento rotatorio de la inercia
equivalente al peso.
(Ecuación 9)
G: peso en Kg
r: radio en cm
DETERMINACIÓN DE MOMENTOS DE INERCIA ROTATORIOS
(Ecuación 10)
DETERMINACIÓN DE MOMENTOS DE INERCIA TOTALES
(Ecuación 11)
DETERMINACIÓN DEL MOMENTO DE ACELERACIÓN
(Ecuación 12)
DETERMINACIÓN DEL MOMENTO TOTAL
(Ecuación 13)
DETERMINACIÓN DEL MOMENTO DE CARGA
(Ecuación 14)
19
6. MÉTODO O ESTRUCTURA DE LA UNIDAD DE ANÁLISIS, CRITERIOS DE
VALIDEZ Y CONFIABILIDAD
6.1 MÉTODO O ESTRUCTURA DE LA UNIDAD DE ANÁLISIS
Para evaluar la exactitud5 del torno paralelo automatizado se fabricarán cinco
probetas con la geometría y las medidas mostradas en la figura 3, se tomarán tres
medidas para cada uno de los puntos de control como se muestra en la figura 4.
Posteriormente se promediarán los tres datos y se establecerá la exactitud
promedio del mecanizado para cada uno de los puntos de control. Por último se
estimará la exactitud global del mecanizado como un promedio de la exactitud
promedio de los puntos de control. Los datos anteriores se compararán con el
patrón de medida que será la probeta de modelado geométrico CAD.
Figura 3. Geometría de la probeta con medidas en milímetros.
Fuente: autores
5
Cercanía con la cual la lectura de un instrumento se aproxima al valor verdadero del parámetro
medido. Se refiere al grado acercamiento, aproximación o conformidad al valor verdadero de la
cantidad bajo medición
20
Figura 4.Puntos de control para las probetas.
Fuente: autores
El costo de esta implementación se evaluará mediante un análisis económico
entre el hardware y el software, con la participación de la mano de obra y la
programación.
21
6 CRITER
6.2
RIO DE VA
ALIDEZ
Las partes que lo com
L
mponen se
e relacionan
n a continu
uación y se pueden ve
er en la
f
figura
5.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Mord
dazas para
a medidas externas.
e
Mord
dazas para
a medidas in
nternas.
Coliz
za para me
edida de pro
ofundidades.
Esca
ala con divisiones en centímetros
c
s y milímetrros.
Esca
ala con divisiones en pulgadas
p
y fracciones de pulgada
a.
Nonio para la le
ectura de la
as fraccione
es de milím
metros en qu
ue esté diviidido.
Nonio para la le
ectura de la
as fraccione
es de pulga
ada en que esté dividid
do.
Botó
ón de deslizzamiento y freno.
F
Figura5.
Calibrador
C
pie de rey
Fuente: Ga
aspar, 2006
6
6 CONFIA
6.3
ABILIDAD
El modelad
do geométrrico de la probeta
p
se realizará
r
m
mediante
un
n software de
d CAD
c
como
SOL
LID WORKS
S®, la prog
gramación del control para las fabricación
n de las
p
probetas
se
e realizará mediante código ISO
O 6983 parra torneado
o generado
o por un
s
software
de
d CAM co
omo SURF
FCAM® y en el cua
al se realizará tam
mbién la
s
simulación
del maquin
nado.
aquinado se
e tomarán las medidass de los puntos de
Para evaluar la exactiitud del ma
c
control
mediante un calibrador pie de reyy (14), el ccual tiene una
u
resolucción de
22
0.05mm, entendida esta como el incremento más pequeño que permite diferenciar
una lectura de otra.
Se promediarán tres medidas para cada uno de los puntos de control, luego se
establecerá la exactitud por punto de control total para las cinco probetas y
posteriormente se establecerá la exactitud global del torno mediante la
multiplicación de los errores en cada una de las medidas.
Tabla 3: Toma de medidas en los puntos de control.
PIEZA MEDIDAS
MEDIDA 1
MEDIDA 2
1
MEDIDA 3
EXACTITUD PROMEDIO (%)
MEDIDA 1
MEDIDA 2
2
MEDIDA 3
EXACTITUD PROMEDIO (%)
MEDIDA 1
MEDIDA 2
3
MEDIDA 3
EXACTITUD PROMEDIO (%)
MEDIDA 1
MEDIDA 2
4
MEDIDA 3
EXACTITUD PROMEDIO (%)
MEDIDA 1
MEDIDA 2
5
MEDIDA 3
EXACTITUD PROMEDIO (%)
1
2
3
4
5
TOTAL
Fuente: autores
23
PROMEDIO
7. DISEÑO METODOLÓGICO
Este proyecto llevará a cabo mediante las siguientes etapas:
Etapa 1. Selección de la tecnología.
•
•
Se consultara en libros, internet, revistas las tecnologías disponibles para
realizar la automatización del torno.
De acuerdo con la consulta se seleccionara la tecnología para realizar el
control de la máquina.
Etapa 2.Selección de motores paso a paso.
•
•
Se calcularán los torques necesarios para el movimiento del eje longitudinal
y transversal del torno.
Se consultará en páginas de internet de los proveedores de motores para
seleccionar el motor que se ajuste a los requerimientos físicos y
económicos.
Etapa 3.Instalación de las tecnologías seleccionadas.
•
•
•
•
•
Instalación del software.
Instalación del hardware.
Instalación motores paso a paso.
Instalación de finales de carrera
Instalación de botoneras.
Etapa 4. Puesta a punto.
•
•
•
Programar el software
Realizar pruebas de funcionamiento.
Realizar ajustes si es necesario.
Etapa 5. Evaluar exactitud del torno.
•
•
•
•
•
Modelado de la pieza en SOLIWORKS.
Fabricación de la pieza en el torno.
Toma de las medidas.
Almacenar datos en la tabla.
Analizar las lecturas de las medidas obtenidas.
Etapa 6. Conclusiones y recomendaciones.
24
8. ESQUEMA TEMÁTICO
CAPÍTULO 1
Revisión de tecnologías disponibles en software y hardware para implementarla
en la automatización.
CAPÍTULO 2
Selección de motores paso a paso y demás elementos necesarios.
CAPÍTULO 3
Adecuación e instalación de todos los componentes.
CAPÍTULO 4
Puesta a punto del torno automatizado y pruebas de funcionamiento
CAPÍTULO 5
Análisis de los resultados
CAPÍTULO 7
Resultados, conclusiones y recomendaciones
9. PERSONAS QUE PARTICIPAN EN EL ANTEPROYECTO
Diego Alejandro Ramírez Cardona.
Luis Edwin Manso Caraballo
Estudiantes
Ricardo Acosta Acosta.
Director Coautor
25
10. RECURSOS DISPONIBLES
10.1 RECURSOS MATERIALES
Computador para digitar el anteproyecto y proyecto.
Hojas y tinta para le impresión.
Torno paralelo.
Motores paso a paso
Software de control.
Computador para realizar el control.
Finales de carrera.
Instrumentos de medición (pie de rey y cinta métrica).
Herramientas de mano para realizar ensamble y poner a punto.
10.2 RECURSOS INSTITUCIONALES
•
Laboratorio de Modelos de la Universidad Tecnológica de Pereira.
26
10.3 RECURSOS FINANCIEROS
Material de laboratorio (reactivos, componentes
electrónicos, repuestos etc.). Puede sugerir marcas
Tarjeta de control CNC Motion Control System
Motor paso a paso 200 oz-in 48VDC
Cable vehicular N18
Fuente VAC VDC
Gabinete de control
Valor
unitario
Unidad de
medida
unidad
unidad
metro
unidad
unidad
Cantidad
1
2
30
1
1
1,300,000
150,000
1,200
135,000
120,000
1,300,000
300,000
36,000
135,000
120,000
Terminales ojo
Rodamientos NSK30202
Rodamientos FAG 6204
Rodamientos FAG 6303,2ZR.C3
Empaques
cuñas acero 1020
unidad
unidad
unidad
unidad
unidad
unidad
100
2
1
1
3
1
100
20000
15000
20000
2,000
7,000
10,000
40,000
15,000
20,000
6,000
7,000
Bronce SAE65 Diámetro 76,2mm x longitudo 30mm
Barra Acero 4140 Diámetro 28,6mm longitud 150mm
Barra Acero 4140 Diámetro 25,4mm longitud 120mm
Disco acero 1045 Diámetro 114,5mm longitud 30mm
Tornillos Alen 1/4 x 3/4 pulgadas
Barra cuadrada 1045 ancho espesor 51mm
unidad
unidad
unidad
unidad
unidad
unidad
1
2
1
1
12
2
60,000
12,000
10,000
28,000
200
5000
60,000
24,000
10,000
28,000
2,400
10000
TOTAL
2,123,400
Fuente: autores
27
Total en $
11. CRONOGRAMA DE TRABAJO
SEMANAS
TAREA
1
2
3
4
5
6
7
Seleccionar
la tecnología
Calcular
torques en
los ejes de
los carros
transversal y
longitudinal
para los
servomotore
s
Realizar el
montaje de
la tarjeta.
Realizar
el
montaje de
los motores
paso a paso
y los finales
de carrera.
Realizar
pruebas y
poner a
punto
Evaluar
desempeño
del torno.
Elaboración
memoria
final
Fuente: autores
28
8
9
10
11
12
13
14
15
16
12. BIBLIOGRAFÍA
1. Bernard, M. Guillamon Reyes, H. y Villacieros Rodriguez, C (Autor).
Automatizacion de las maquinas y herramientas. España : Tea, 1961.
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compac 5 de control numerico a travez de un computador. Pereira : s.n., 2008.
3. Ciencia, Ingeniería y.
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[En línea]
16. motoren, Berger. selection motor PaP.
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