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- Dedicatoria -

P á g i n a 1 | 92

2019 – Edición 1

Freddy Alejandro Mijares Leal

Incluye ejercicios prácticos

- Dedicatoria -

Este es mi primer libro y no ha sido fácil comenzarlo, desarrollarlo y terminarlo, así que se lo dedico con todo mi corazón a mis dos hermosos hijos: Alejandro y Rebecca, de igual manera a mi amada esposa Fabiana, que me ha tenido mucha paciencia durante las horas que he pasado frente a la computadora.

- Introducción -

En el mundo moderno ya ni siquiera vale la pena comparar un torno convencional con uno controlado por computadora, hasta hablar de su concepto parece cosa del pasado. Los tornos a control numérico o centros de torneado nos traen ventajas muy grandes con respecto a sus predecesores, algunas de estas ventajas son:  Repetitividad  Precisión  Complejidad de maquinados  Alta producción Y esto es sólo por nombrar algunas porque la lista sigue y sigue. En Latinoamérica tenemos un problema muy grande en cuanto a profesionales preparados de manera adecuada para programar máquinas CNC. La gran mayoría ha aprendido de forma empírica trabajando en pequeños talleres, otros han tenido la suerte de estar en empresas que los envían al extranjero a realizar cursos más específicos y/o especializados, por último, y estoy seguro debe representar menos del 5%, han aprendido en la universidad o alguna

institución que imparta este tipo de educación. Este libro está dirigido a todas aquellas personas que quieran aprender a programar máquinas a control numérico de una manera práctica, sencilla, siguiendo una metodología ordenada, tratando de no “ mojarnos el dedo, levantarlo y ver hacia dónde sopla el viento ” para tomar decisiones. El programador debe estar entrenado para realizar cálculos matemáticos, lectura e interpretación de planos, tipos de materiales, selección de herramientas de corte, etc. A pesar de ser una guía útil para aprender a programar tornos a control numérico, no representa la solución a todos los problemas que se les vayan a presentar. La práctica, la formación y el trabajo continuo son las mejores formas de ir siendo cada vez mejores en lo que hacemos. Espero que disfruten mucho el libro.

- Tornos CNC -

Son máquinas que se utilizan para remover material, mediante el arranque de viruta, de piezas con forma cilíndrica o de tubo básicamente. El principio consiste en sujetar en el husillo la pieza que vamos a maquinar, empieza a girar y vamos pasando una herramienta de corte por la superficie de la pieza hasta que tenga la forma deseada.

Figura 1

También se les puede llamar centros de torneado, aunque es de uso poco común. Las partes principales de un torno son:  Husillo: mecanismo que sujeta la pieza para ser torneada.

 Torreta: Dispositivo donde se colocan las herramientas de corte.  Contrapunto: dispositivo que sirve como apoyo para las piezas. Sujeta la pieza por el lado contrario del husillo (alineado con este) y se utiliza para piezas que son largas en longitud (por lo general cuando superan la relación diámetro – longitud 3:1. Ejemplo: Si una pieza tiene 25mm de diámetro y su longitud es de 100mm, requiere un contrapunto. Los tornos se pueden dividir en varios tipos, dependiendo de la orientación del husillo (horizontal y vertical), diseño de la bancada (inclinada o recta) y por el número de ejes (torno fresa, multitasking, etc).

- Maquinabilidad -

La maquinabilidad es un concepto utilizado en el mecanizado que se refiere a la facilidad con la que puedes arrancar la viruta a un material. Se toma como patrón el valor de un acero tipo 1212 (100% de maquinabilidad) y mientras más bajo sea su valor es más difícil maquinarlo. Lo voy a poner en un ejemplo: Material Maquinabilidad Acero 4140 66% Aluminio 320% Esto quiere decir que arrancar la viruta del aluminio es más fácil que hacerlo en el acero 4140. A continuación, les muestro unas tablas con valores de maquinabilidad de algunos materiales: Aceros al carbono Material Maquinabilidad 1015 72% 1018 78% 1020 72% 1040 64% 1212 100% (patrón) 1215 136% Aceros aleados Material Maquinabilidad 4130 72% 41L42 77% 4150 60% 4340 57% 8620 66%

Aceros inoxidables Material Maquinabilidad 302 45% 304 45% 316 45% 321 36% 416 110% 420 45% Super aleaciones Material Maquinabilidad Rene 41 9% Hastelloy X 19% Inconel 718 14% Inconel 625 17% Titanio Ti6Al4V 33% Waspalloy 16%

Aceros endurecidos Material Maquinabilidad A-2 42% D-2 27% D-3 27% M-2 39% O-1 42% O-2 42% Fundiciones de hierro Material Maquinabilidad ASTM clase 20 73% ASTM clase 25 55% ASTM clase 30 48% ASTM clase 35 48% ASTM clase 40 48% ASTM clase 45 36% Aleaciones de aluminio, cobre… Material Maquinabilidad Aluminio 6061 320% Aluminio 6262 320%

- Maquinabilidad -

Cobre 834 160% Cobre 905 140% Cobre 801 68 % Cobre 976 160%

La maquinabilidad va a depender de la composición química y física de los materiales. Como pueden ver en las tablas, las súper aleaciones, que son los materiales que se utilizan generalmente en la industria aeroespacial, son los más difíciles de maquinar ya que su valor de maquinabilidad es bastante bajo.

En todo caso, antes de empezar a maquinar un material es totalmente recomendable ver las tablas para saber qué condiciones utilizaremos para maquinar las piezas (Si el material que necesitas no aparece en las tablas, puedes buscar en las especificaciones del material que te entrega el proveedor. En el siguiente capítulo estaremos viendo la relación que existe entre la maquinabilidad con la velocidad de corte.

- Cálculo de condiciones de corte -

Figura 4 Si estamos trabajando en el sistema métrico sólo sustituimos los valores en la fórmula

𝑅𝑝𝑚 = 180 ∗ 1000𝜋 ∗ 16 = 3580

Y en el sistema inglés

𝑅𝑝𝑚 = (^) 𝜋 ∗ 0.6299 590 ∗ 12 = 3577

Recuerden convertir el diámetro a pulgadas y como pueden ver los valores son muy similares. Dependiendo del sistema de unidades en el que vayan a programar, ustedes van a utilizar una formula o la otra.

Otro aspecto muy importante a tomar en consideración es el código

de colores ISO. Esto nos indica para qué material se pueden utilizar los insertos. A continuación, les presento el significado de cada uno:  P : Aceros al carbono y aleado  M : Aceros inoxidables  K : Fundiciones de hierro  N : Aleaciones de aluminio  S : súper aleaciones  H : aceros endurecidos El diámetro es inversamente proporcional a las RPM. Esto quiere decir que a menor diámetro las RPM aumentarán y a mayor diámetro las RPM disminuirán, conservando siempre la misma velocidad de corte. Para mantener la velocidad superficial constante utilizamos el siguiente código: G96 S… (Velocidad superficial) Un ejemplo práctico lo veremos en un capítulo más adelante.

- Cálculo de condiciones de corte -

En la imagen anterior, supongamos que la herramienta se dirige hacia abajo para hacer un corte y hemos programado con G96 S120.

La máquina hará el cálculo respectivo por cada diámetro por el que pase y aumentará sus RPM para mantener siempre la misma velocidad de corte.

𝑅𝑝𝑚 = 50 ∗ 1000𝜋 ∗ 10 = 1591

Ahora que empezamos a ver códigos, la manera de establecer el sistema de unidades en un programa CNC se realiza con los siguientes códigos:

G20 para trabajar en pulgadas

G21 para trabajar en milímetros Como recomendación, sólo se debe trabajar en un sistema dentro del programa para evitar confusiones. El código se coloca después del nombre del programa para establecer las unidades y nunca cambia a menos que se le diga lo contrario.

En ocasiones los proveedores de herramientas no colocan los datos de condiciones de corte en las cajas de los insertos. Cuando esto pase debemos ir hasta el catálogo y buscar esas condiciones según el código y nomenclatura de los insertos. Pueden encontrase gráficas de este tipo:

No olvides que el valor de π es

- Sistema de Coordenadas -

Es un sistema utilizado para localizar puntos en un plano en dos dimensiones y que están definidos, para el caso de tornos, con dos letras: X y Z.

También nos sirve para establecer el origen que vamos a establecer como referencia para inicio de la programación.

Figura 5 En la figura 5 podemos ver que el origen ( también puede llamarse: cero de trabajo, cero de referencia, origen de trabajo, work offset ) se establece en la intersección del eje X con el eje Z.

Es importante recalcar que SIEMPRE DEBEMOS ESTABLECER EL ORIGEN DE TRABAJO , para que la máquina a control numérico sepa dónde se encuentra la pieza que vamos a maquinar.

Para no estarnos imaginando cómo funciona esto del origen vamos a sobreponer la figura anterior en un plano de un eje (pieza).

Figura 6 En la figura 6 podemos apreciar que se ha establecido un cero de trabajo en la cara derecha de la pieza y a partir de ese sistema de coordenadas podemos empezar a programar. El origen puede tomarse a criterio del programador, la recomendación es que lo haga en el lugar donde tenga que hacer menos cálculos. Además del cero de trabajo existe el cero de máquina y es el lugar más alejado en el que se encontraría la torreta del husillo. Viene establecido por parámetro, es decir, el fabricante de la máquina establece las coordenadas. En la siguiente figura se

- Sistema de Coordenadas -

pueden apreciar los diferentes ceros en una máquina CNC.

Figura 7 El sistema de coordenadas también se divide en cuatro cuadrantes que van a determinar el signo de las coordenadas del programa.

Figura 8

Ahora vamos a realizar un ejercicio para localizar puntos en un plano.

Figura 9 En este, vamos a localizar los puntos que en la práctica representarían el movimiento de la herramienta de corte. P1 X4.Z3. P2 X-5.Z5. P3 X7.Z-8. P4 X7.Z7. P5 X-4.Z-7. P6 X-7.Z7. P7 X10.Z9. Y así continuamos con los siguientes puntos o coordenadas: P8_________ P9_________ P10________ P11________ P12________ P13________ Como pueden observar en el ejercicio anterior, nuestros puntos

- Planeación de un programa -

A pesar de no haber un método definitivo para planear un programa debido a los diferentes tipos de trabajo que puede haber, sí es necesario tomar en consideración estos aspectos antes de comenzar la planeación del programa:  Máquina: esto se refiere a qué tipo vamos a utilizar y si tiene la capacidad para realizar el trabajo. Ejemplo: si se desea hacer un molde que pesa 400Kg y la máquina tiene capacidad para 300Kg, ya está descartada, debemos buscar una con mayor capacidad. Lo mismo pasa con las RPM, memoria del control, capacidad de leer programas largos y con look-ahead para superficies, si es el caso.  Tipo de programación: en este caso tomaremos la decisión de utilizar un programa de CAD/CAM o haremos la programación manualmente.

 Utillajes o herramentales (jigs): considerar la utilización de utillajes, complejidad de las piezas, número de atadas. Habiendo dicho esto, podemos ver el diagrama para la realización del trabajo encomendado.

- Planeación de un programa -

El primer paso, que es el estudio de la información, consiste en revisar todos los aspectos del plano: material de la pieza, sistema de unidades, revisión del plano, tolerancias dimensionales y geométricas, acabado superficial, etc. Con esta información podemos saber si en realidad tenemos la capacidad, en maquinaria, para realizar el trabajo.

El segundo paso es revisar la materia prima que utilizaremos. Se debe considerar que, al comprar barras cilíndricas, estas vienen por medidas estándares y debemos acoplarnos a ellas. Por ejemplo, si vamos a maquinar una pieza cuyo diámetro mayor de maquinado exterior es 22mm, debemos comprar una barra de 25.4mm (1 pulgada, medida estándar). Es conveniente comprar algo cercano al diámetro

(aproximadamente 3 milímetros más de sobre material) que vamos a maquinar para ahorrar dinero en el costo de las herramientas, en tiempo y material. Continuando con el paso 3, tenemos el SETUP (preparación del proceso). En este paso determinamos si es necesario utilizar algún tipo de utillaje o herramental especial, ¿cuántas atadas se necesitan para hacer las piezas?, ¿Se van a utilizar tanto el torno como un centro de maquinado? En el cuarto paso escogemos las herramientas a utilizar, tratando de quedarnos dentro de lo estándar en lo posible. Agregar herramientas especiales incrementará el costo de la pieza y sólo se recomienda hacerlo en caso de ser necesario. El quito paso es determinar las condiciones de corte. Como ya lo hemos dicho en un capítulo anterior, se determinará sabiendo el material, la maquinabilidad y las herramientas a utilizar. Ya veremos ejemplos concretos. Sexto paso, ¡ A PROGRAMAR!

- Códigos G -

Los códigos G se refieren a las funciones preparatorias de la máquina. Por ejemplo, la función G prepara a la máquina para realizar un movimiento circular. Existen códigos G modales y no modales: Modales: son los códigos que se mantienen activos hasta que se desactiven con otro código (G01, G02, G03, G00) No modales: son códigos que se desactivan una vez realizada su función (G04, G28, G71, G72, G73, G74, G75) Existe una regla general en la programación donde se establece que dos códigos modales no deben existir en el mismo bloque (misma línea). A continuación podemos apreciar una tabla con los códigos G más comunes y que estaremos utilizando en esta guía.

Código Descripción G00 Movimiento rápido

G

Movimiento lineal controlado

G

Interpolación circular horaria

G

Interpolación circular anti – horaria

G04 Tiempo de espera G17 Selección de plano XY G18 Selección de plano XZ G19 Selección de plano YZ

G

Selección de unidades imperiales (pulgadas)

G

Selección de unidades métricas (milímetros)

G

Retornar a posición HOME de máquina

G

Cancelar compensación de corte

G

Compensación de corte izquierda

G

Compensación de corte derecha G50 Límite máximo de RPM

G

Cambio de sistema de coordenadas

G

Sistema de coordenada de trabajo 1

G

Sistema de coordenada de trabajo 2

G

Sistema de coordenada de trabajo 3

G

Sistema de coordenada de trabajo 4

G

Sistema de coordenada de trabajo 5

G

Sistema de coordenada de trabajo 6 G70 Ciclo de acabado G71 Ciclo de torneado

- Códigos G -

G

Ciclo de careado/refrentado

G

Taladrado/Barrenado por repetición (picoteo) G7 5 Ciclo de ranurado

G

Ciclo de roscado con pasadas múltiples

G

Cancelar ciclos de barrenado G81 Ciclo de barrenado directo

G

Taladrado/Barrenado por repetición (picoteo) G84 Ciclo de machueleado G96 Velocidad superficial (Vc)

G9 7

Revoluciones por minuto (RPM)

G

Retorno a punto de inicio en ciclo

G

Retornar al plano R en ciclo