From Wikipedia, the free encyclopedia
El torn de control numèric, també coneguts com a torn CNC és un tipus de màquina eina de la família dels torns que actua guiat per una computadora que executa programes controlats per mitjà de dades alfa-numèrics,[1] tenint en compte els eixos cartesians X,Y,Z. Es caracteritza per ser una màquina eina molt eficaç per mecanitzar peces de revolució. Ofereix una gran capacitat de producció i precisió en el mecanització per la seva estructura funcional i perquè els valors tecnològics de la mecanització estan guiats per l'ordinador que porta incorporat, el qual processa les ordres d'execució contingudes en un programari que prèviament ha confeccionat un programador coneixedor de la tecnologia de mecanització en torn.[2]
En un sentit ampli es pot dir que un torn CNC, pot fer tots els treballs que normalment es realitzen mitjançant diferents tipus de torn com paral·lels, copiadors, revòlver, automàtics i fins i tot els verticals poden actuar amb control numèric. La seva rendibilitat depèn del tipus de peça que es mecanitzi i de la quantitat de peces que s'hagin de mecanitzar en una sèrie. Per la qual cosa és aconsellable dur a terme un estudi econòmic previ abans de decidir el tipus de torn on s'ha de mecanitzar una peça.
El control numèric es va inventar per adaptar les variacions en la configuració dels productes. El torn és un dels exemples més importants d'automatització en la fabricació de components metàl·lics. El control numèric (CN) és una forma d'automatització programable en la qual l'equip de processament es controla a través de nombres, lletres i altres símbols. Quan la tasca en qüestió canvia, es canvia el programa d'instruccions.
El primer desenvolupament en l'àrea del control numèric el va realitzar l'inventor nord-americà John T. Parsons (Detroit 1913-2007), junt amb el seu empleat Frank L. Stulen, en la dècada de 1940. L'aplicació del control numèric inclou gran varietat de processos. Es divideixen les aplicacions en dues categories:
El principi d'operació comuna de totes les aplicacions del control numèric és el control de la posició relativa d'una eina o element de processament respecte a l'objecte a processar.
La posada en marxa del control numèric va estar caracteritzada per un desenvolupament anàrquic dels codis de programació. Cada constructor feia servir el seu particular.
Aviat es va veure la necessitat de normalitzar els codis de programació com a condició indispensable perquè un mateix programa pogués servir per a diverses màquines sempre que fossin del mateix tipus.
Els caràcters més usats que es van establir estan regits sota la norma Din 66024 i 66025 són, entre altres, els següents:
N que correspon al nombre de bloc o a seqüència. Aquesta lletra va seguida d'un nombre que correspon a cada bloc diferent que és necessari programar. El nombre màxim de blocs que poden programar-se actualment és de 9999.
X, Y , Z són les que s'utilitzen per assenyalar les cotes corresponents als eixos de coordenades X, Y, Z de la màquina eina. En els torns sol s'utilitzen les coordenades X i Z. Les esmentades cotes es poden programar en forma absoluta o relativa, és a dir, respecte al zero peça o respecte a l'última cota respectivament.
G és la direcció corresponent a les funcions preparatòries. S'utilitzen per informar al control de les característiques de les funcions de mecanització. La funció G va seguida d'un nombre de dues xifres que permet programar fins a 100 funcions preparatòries diferents.
M correspon a nominació de funcions auxiliars, tals com a parada de la màquina, activació de la refrigeració, etc.
Des dels orígens del control numèric tots els esforços s'han encaminat a incrementar la productivitat, precisió, rapidesa i flexibilitat de les màquines-eina. El seu ús ha permès la mecanització de peces molt complexes, especialment en la indústria aeronàutica, que difícilment no s'haguessin pogut fabricar de forma manual.[3]
En el seu funcionament els torns CNC tenen tres eixos de referència, anomenats X,Z,Y:
Aquests eixos tenen incorporada la funció d'interpolació, és a dir que puden desplaçar-se de forma simultània, podent aconseguir mecanitzacions còniques i esfèriques d'acord amb la geometria que tinguin les peces.
Les eines van subjectes en un capçal en forma de tambor on poden anar allotjades de sis a vint portaeines diferents que van rotant d'acord amb el programa de mecanització. Aquest sistema fa fàcil la mecanització integral de peces complexes.
La velocitat de gir de capçal portapeces, l'avanç dels carros longitudinal i transversal i les cotes d'execució de la peça estan programats, i, per tant, exempts d'errors humans imputables a l'operari de la màquina.
Donada la robustesa de les màquines, permeten treballar a velocitats de tall i avanç molt superiors als torns convencionals i, per tant, requereixen una gran qualitat de les eines que utilitzen. Aquestes solen ser de metall dur o de ceràmica.
Les característiques pròpies dels torns Cnc respecte d'un torn normal universal són les següents:
Aquest motor limita la potència real de la màquina i és el que provoca el moviment giratori de les peces, normalment els torns actuals CNC equipen un motor de corrent continu, que actua directament sobre el fusell amb una transmissió per politges interposada entre la ubicació del motor i la claveguera, sent innecessari cap mena de transmissió per engranatges.
Aquests motors de corrent continu proporcionen una varietat de velocitats de gir gairebé infinita des de zero a un màxim determinat per les característiques del motor, que és programable amb el programa d'execució de cada peça. Molts motors incorporen dues gammes de velocitats un per a velocitats lentes i un altre per a velocitats ràpides, a fi d'obtenir els parells d'esforç més favorables. El fusell porta en el seu extrem l'adaptació per als corresponents plats de grapes i un buit per poder treballar amb barra.
Les característiques del motor i fusell principal d'un torn CNC poden ser les següents:[4]
D'altra banda l'estructura de la bancada determina les dimensions màximes de les peces que es puguin mecanitzar. Exemple de les especificacions de la bancada d'un torn CNC:[6]
Malgrat la qualitat dels elements que intervenen en la mobilitat dels carros longitudinal i transversal no hi ha garantia total de poder aconseguir la posició de les eines en la cota programada.
Per corregir els possibles errors de posicionament hi ha dos sistemes electrònics un d'ells directe i altre indirecte. El sistema d'ajust de posicionament directe utilitza una regla de mesura situada en cada una de les guies de les bancades, on actua un lector òptic que mesura exactament la posició del carro, transferint a l'UCP (Unitat Central de Procés) les desviacions que existeixen on automàticament es reprograma fins a aconseguir la posició correcta.[7]
El torn CNC utilitza un tambor com portaeines on poden anar ubicats de sis a vint eines diferents, segons sigui la mida del torn, o de la seva complexitat. El canvi d'eina es controla mitjançant el programa de mecanització, i en cada canvi, els carros retrocedeixen a una posició on es produeix el gir i la selecció de l'eina adequada per prosseguir el cicle de mecanització. Quan acaba la mecanització de la peça els carros retrocedeixen a la posició inicial de retirada de la zona de treball perquè sigui possible realitzar el canvi de peces sense problemes. El tambor portaeines, conegut com a revòlver, porta incorporat un servomotor que ho fa girar, i un sistema hidràulic o pneumàtic que fa l'enclavament del regirar, donant així una precisió, que normalment està entre 0.5 i 1 micra de mil·límetre. Les eines han de ser ajustades a unes coordenades adequades en un accessori extern als torns d'acord amb les cotes que indiqui el programa. En la majoria dels casos es treballa amb plaquetes intercanviables de metall dur, amb el qual, quan es necessita reposar la plaqueta, no fa falta desmuntar el portaeines del seu allotjament.[8]
Es coneixen com a accessoris d'una màquina aquells equipaments que formant part de la mateixa són adquirits a un proveïdor extern, perquè són d'aplicació universal per a aquest tipus de màquina. Per exemple la bateria elèctrica d'un automòbil és un accessori d'aquest.
Totes les màquines que tenen incorporat el seu funcionament CNC, necessiten una sèrie d'accessoris que en el cas d'un torn es concreten en els següents:[9]
L'UCP o la unitat central de processament és el cervell de càlcul de la màquina, gràcies al microprocessador que incorpora. La potència de càlcul de la màquina la determina el microprocessador instal·lat. A cada màquina se li pot instal·lar qualsevol de les UCP que hi ha al mercat, per exemple: Fagor, Fanuc, Siemens, etc. El normal és que el client elegeix les característiques de la màquina que desitja i després elegeix l'UCP que més li convingui per prestacions, preu, servei, etc.
Les funcions principals encomanades a l'UCP és desenvolupar les ordres de comandament i control que ha de tenir la màquina d'acord amb el programa de mecanització que el programador hagi establert, com per exemple calcular la posició exacta que han de tenir les eines a tot el procés de treball, mitjançant el control del desplaçament dels corresponents carros longitudinal i transversal. També ha de controlar els factors tecnològics de la mecanització, és a dir les revolucions del fusell i els avanços de treball i de desplaçament ràpid així com el canvi d'eina.
D'altra banda l'UCP, integra les diferents memòries del sistema, que poden ser EPROM, ROM, RAM i TAMPON, que serveixen per emmagatzemar els programes i actuar com un disc dur de qualsevol ordinador.
Com a perifèric d'entrada el més significatiu i important és el teclat que està instal·lat al plafó de comandaments de la màquina, des d'on es poden introduir correccions i modificacions al programa inicial, fins i tot elaborar un programa individual de mecanització. Hi ha molts tipus de perifèrics d'entrada amb complexitat major o menor, la qual cosa si han d'estar construïts és a prova d'ambients agressius com els que hi ha als tallers.
Com a perifèric de sortida més important hi ha el monitor que és per on ens anem informant del procés d'execució de la mecanització i podem veure tots els valors de cada seqüència. També es pot controlar el desplaçament manual dels carros i altres elements mòbils de la màquina.[10]
Abans de començar a confeccionar un programa de mecanització s'ha de conèixer bé la mecanització que es realitzarà en el torn i les dimensions i característiques del material de partida, així com la quantitat de peces que hi ha que componen la sèrie que cal mecanitzar. Amb aquests coneixements previs, s'estableix el sistema de fixació de la peça en el torn, les condicions tecnològiques de la mecanització quant a velocitat de tall, avanç i nombre de passades.
Igualment s'estableixen els paràmetres geomètrics de la mecanització assenyalant les cotes d'arribada i partida de les eines, així mateix se selecciona les eines que s'utilitzaran i les seves qualitats.
Velocitat de gir del capçal. Aquesta dada està en funció de les característiques del material, del grau de mecanització que es desitgi i del tipus d'eina que s'utilitzi. El programa permet adaptar cada moment la velocitat de gir a la velocitat més convenient. Es representa per la lletra (S) i pot expressar-se com a velocitat de tall o revolucions per minut del capçal.
Avanç de treball. Hi ha dos tipus d'avanç per als carros, un d'ells molt ràpid, que és l'avanç d'aproximació o retrocés al punt de partida, i un altre que és l'avanç de treball. Aquest també està en funció del tipus de material, qualitat de mecanització i grau d'acabat superficial. El programa permet adaptar cada moment l'avanç que sigui més convenient. Es representa per la lletra (F) i pot expressar-se en mil·límetres per revolució o mil·límetres d'avanç per minut.
Un altre factor important a determinar és que tot programa ha d'indicar el lloc de posició que s'ha elegit per referenciar la peça que es diu "peça zero". A partir del zero peça s'estableix tota la geometria del programa de mecanització.
El control numèric és una màquina eina que ens ajuda en la mecanització de peces en mentalmecanica.
L'estructura d'un programa de tornejat està conformada per una sèrie de seqüències i funcions on es van programant les tasques que ha de realitzar la màquina d'acord amb els paràmetres de la peça i les condicions tecnològiques de la seva mecanització. Existeixen diversos fabricants d'ordinadors per a torns. En aquest article per exemplificar un tipus de programació pren referència el model 8050 que fabrica l'empresa espanyola Fagor.[11]
Tots els torns de control numèric estan dotats de tres punts de referència que cal tenir en compte a l'hora d'iniciar un programa. Aquests punts són coneguts com a zero màquina, zero peça i punt de referència.
El zero màquina és el punt sobre el qual se situa el sistema de coordenades inicial de les màquines, aquest origen ve donat pel fabricant. Normalment se situa en la cara frontal del plat de grapes i sobre l'eix X-0.
Es coneix com a zero peça el sistema de referència que el programador adopta per raons pràctiques, tenint en compte la geometria i acotació de la peça a mecanitzar, per facilitar la programació CNC. El zero peça es programa com la primera funció a realitzar en cada model de peça nova que es mecanitza. Aquest punt usualment té com coordenades X-O i el valor de Z és la distància que hi ha del zero màquina a la cota elegida del pla de la peça com zero peça que és el que el programador consideri oportú.
Punt de referència és aquell on es realitza la sincronització del sistema de referència de la màquina. Aquest punt és cap a on es dirigeix el carro portaeines quan canvia d'eina o quan s'acaba la mecanització de la peça. Aquest punt està prefixat pel fabricant de la màquina-[12]
Es denomina seqüència al conjunt d'ordres no contradictòries que es poden donar d'una sola vegada a la màquina. S'identifiquen per la lletra N, i en un torn normal es poden donar fins a 9999 ordres successives. Si el programa no és gaire llarg es poden numerar de 10 en 10, per si cal introduir alguna ordre complementària no prevista, així tindrem N10, N20, N30, etc. o podríem tenir, N10, N11, N20, etc.[13]
Sota la lletra G acompanyada d'una xifra s'agrupen una gran varietat de funcions que permeten al torn realitzar les tasques adequades i necessàries per al seu treball.
Hi ha quatre tipus bàsics de funcions preparatòries:
Funcions de mobilitat Les funcions de mobilitat més importants són les següents:
G00. Desplaçament ràpid. Indica el desplaçament més ràpid possible del carro portaeines, des del punt de referència al punt on inicia el treball cada eina. Actua a l'inici del programa, cada vegada que es produeix un canvi d'eina, i al final del programa en el retorn al punt de referència.
G01. Interpolació lineal. Indica que l'eina s'està desplaçant a l'avanç de treball programat, permetent les operacions clàssiques de cilindrat i refrentat així com la mecanització de cons.
G02 Interpolació circular a dretes S'utilitza quan cal mecanitzar zones esfèriques o radials.
G03. Interpolació circular a esquerres. S'utilitza quan cal mecanitzar zones esfèriques buides, o radis a esquerres.
Hi ha altres funcions de mobilitat G, menys importants i que són en funció de l'equip que s'instal·li a la màquina.
Funcions tecnològiques Les funcions tecnològiques són les que es refereixen a la forma de programar la velocitat del capçal i l'avenç de treball. La velocitat de rotació del capçal es pot programar a les revolucions per minut que es desitgi, per al qual s'anteposarà la funció G97, o es pot programar perquè giri a una velocitat de tall constant en m/min En tal cas s'indica amb la funció G96. Igual succeeix amb l'avanç de treball, si es desitja programar l'avanç en mm/revolució, s'anteposa la funció G95 i si es desitja treballar en mm/min s'anteposa la funció G94.
Funcions de conversió La funció més important d'aquest grup és la que correspon al trasllat d'origen per situar el zero peça que es realitza mitjançant la funció G59. també existeixen funcions si les cotes estan en polzades o en mil·límetres. Si bé ja té preestablerta la que s'usarà normalment. Un altre cas de conversió és si es programa amb cotes absolutes o cotes incrementals.
Funcions de mecanitzacions especials. La més popular d'aquestes funcions és la que correspon a un cicle de roscat representada per la funció G33. Altres funcions d'aquest tipus són les de refrentats, trepats, roscat amb mascle, mandrinat, etc.
Funcions modals. En els programes de CNC, hi ha funcions que, una vegada programades, romanen actives fins que es programa una funció contrària, o el programa s'acaba. Aquestes funcions són les anomenades funcions modals. En un bloc es poden programar tantes funcions com es desitgi, sempre que no siguin incompatibles entre elles. Per exemple no es poden programar en un bloc les funcions G00 i G01.[14]
S'entén per programació de cotes la concreció en el programa dels recorreguts que han de realitzar les eines per conformar el perfil de la peça d'acord amb el pla d'aquesta. La programació es pot fer mitjançant coordenades X i Z o coordenades polars. També mitjançant la funció G adequada es poden programar les cotes tant en mil·límetres com en polzades. Per a fer una programació correcta de les cotes cal conèixer bé els excedents de material que cal llevar per determinar el nombre de passades que cal realitzar així com la rugositat superficial que han de tenir els acabats mecanitzaciós, així com la forma de subjectar la peça a la màquina i la rigidesa que tingui....
Els torns de control numèric tenen un tambor frontal on poden anar allotjades un nombre variable d'eines generalment de 6 a 20 eines diferents. Les eines es programen amb una lletra T seguida del nombre que ocupa al tambor, per exemple T2, la lletra T, és la inicial d'aquesta paraula en anglès (tool). Com cada eina té una longitud diferent i un radi a la punta de cort també diferent és necessari introduir en el programa els valors correctors de cada eina, perquè el programa pugui desenvolupar-se amb normalitat.
A banda de la longitud de l'eina hi ha unes funcions G per introduir una correcció d'acord amb el valor que tingui el radi de l'eina a la punta de tall. La compensació del radi de l'eina té una gran importància en la mecanització, especialment en peces que continguin perfils irregulars. Les plaques d'eines de torn tenen sempre puntes arrodonides, d'aquesta forma són més rígides. Quant de menor és el radi de la punta major tendència presenta a estellar-se.[15]
Els factors tecnològics que cal tenir a l'hora d'elaborar un programa són els següents:
Aquests factors són els que determinaran entre altres coses els següents elements.
Es denominen funcions auxiliars les que s'utilitzen per definir el funcionament de la màquina, com el sentit de gir, parada del capçal, activar o desactivar el refrigerant, tancament i obertura de portes, fi de programa, etc.[16]
Les funcions auxiliars es poden classificar en 3 grups:
Les principals funcions relacionades amb el programa són:
Les funcions relacionades amb el gir del capçal són les següents:
Aquestes tres funcions són incompatibles entre si. Cada equip de CNC poden utilitzar altres números per a aquestes funcions.
Les funcions relacionades amb el funcionament de la màquina són:
Avantatges:
Com desavantatges es poden indicar les següents:
En els torns CNC, a causa de l'alt cost que té el temps de mecanització, és de vital importància fer una selecció adequada de les eines que permeti realitzar els mecanitzaciós en el menor temps possible i en condicions de precisió i qualitat requerits.
Factors de selecció per a operacions de tornejament
Aspectes especials de les eines per mandrinar:
S'ha de seleccionar el major diàmetre de la barra possible i assegurar-se una bona evacuació de la ferritja. Seleccionar el menor volada possible de la barra. Seleccionar eines de la major tenacitat possible.[18]
El tornejament ha evolucionat tant que ja no es tracta només d'arrencar material a gran velocitat, sinó que els paràmetres que componen el procés han d'estar estretament controlats per assegurar els resultats finals d'economia qualitat i precisió.
La forma de tractar l'encenall es converteix en un procés complex, on intervenen tots els components tecnològics de la mecanització, perquè pugui tenir la mida i la forma que no pertorbi el procés de treball. Si no fos així s'acumularien ràpidament masses d'encenalls llargues i fibroses en l'àrea de mecanització que formarien madeixes embullades i incontrolables.
La forma que pren l'encenall es deu principalment al material que s'està tallant i pot ser de material dúctil i també trencadís i fràgil.
L'avanç amb què es treballi i la profunditat de passada, són bastant responsables de la forma d'encenall, i quan no es pot controlar amb aquestes variables cal recórrer a triar l'eina que porti incorporat un trencaencenalls eficaç.[19]
Avui en dia el tornejament en sec és completament viable i s'empra en nombroses aplicacions. Hi ha una tendència recent a efectuar els mecanitzaciós en sec sempre que la qualitat de l'eina ho permeti. Una zona de temperatura de tall més elevada pot ser en molts casos, un factor positiu.
No obstant això el mecanització en sec no és adequat per a totes les aplicacions, especialment per trepats, roscats i mandrinats per garantir l'evacuació dels encenalls.
Cal avaluar amb cura operacions, materials, peces, exigències de qualitat i maquinària per identificar els beneficis d'eliminar l'aportació de refrigerant.[20]
Al tornejament hi ha 6 paràmetres clau:
Aquests paràmetres estan relacionats per les fórmules següents:
Generalment, la velocitat de tall òptima de cada eina i l'avanç de la mateixa estan indicats en el catàleg del fabricant de l'eina o, si no, en els promptuaris tècnics de mecanització.
Els torns de Control Numèric CNC, exigeixen en primer lloc d'un tècnic programador que elabori el programa d'execució que ha de realitzar el torn per a la mecanització d'una determinada peça.
En aquest cas ha de tractar-se d'un bon coneixedor dels factors que intervenen en el mecanització en el torn, i que són els següents:
A més ha de conèixer bé els paràmetres tecnològics del tornejament que són:
A tots aquests requisits han d'unir una correcta interpretació dels plànols de les peces i la tècnica de programació que utilitzi d'acord amb l'equip que tingui el torn.[21]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.