Automatizacion De Un Torno Paralelo Con Control Basado En Pc 1t2t17

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 U, 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 ite 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 .

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: CNrogrammingHandbook.

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. 2. Giraldo, Ernesto y Muriel, Augustin. Adecuación tecnológica de un torno compac 5 de control numerico a travez de un computador. Pereira : s.n., 2008. 3. Ciencia, Ingeniería y. 4. Descripción del diseño y construcción de un torno de control numérico. Ciencia, Ingeniería y. 2, s.l. : ISSN, 2004, Vol. 1. 5. Wightman, E.J. Desarrollo de maquinas-herramienta y sistemas de manufactura asistidos por computador. s.l. : SENA, 1989. 6. http://www.probotix.com/cnc_software/. [En línea] [Citado el: 30 de marzo de 2011.] 7. http://web.ing.puc.cl/~mtorrest/s/pic/tutorial_pic.pdf. [En línea] [Citado el: 09 de abril de 2011.] 8. http://microcontroladores-e.galeon.com/. [En línea] [Citado el: abril de 11 de 2001.] 9. http://www.unicrom.com/Tut_PICs1.asp. [En línea] [Citado el: 21 de Abril de 2011.] 10. http://es.wikipedia.org/wiki/FPGA. http://es.wikipedia.org/wiki/FPGA. [En línea] [Citado el: 15 de 04 de 2011.] 11. http://www.euv.cl/archivos_pdf/senales.pdf. [En línea] [Citado el: 15 de 04 de 2011.] 12. Smid, Peter. CNC Programming Handbook. segunda edicion. 13. http://idoc-pub.futbolgratis.org/motores-paso-a-paso. [En línea] 14. http://es.idoub.com/doc/3301989/CALIBRADOR-VERNIER. [En línea] [Citado el: 24 de Abril de 2100.] 15. http://es.idoub.com/doc/16185199/Mecanizado-CNC-Torno-y-Fresadora. [En línea] 16. motoren, Berger. selection motor PaP.

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