Control de una máquina herramienta por el puerto paralelo de una computadora
- La Automatización como
una Alternativa. - Dificultades en la Industria
Actual. - El Ambiente de
Trabajo. - Tipos de
Automatización. - Qué es el
CNC? - Uso del C.N.C.
- La unidad de
control - Control de
velocidad - La máquina
herramienta
Durante los últimos años está
surgiendo con gran fuerza un
área de conocimiento
conocido como "MECÁTRONICA" que trata sobre aplicaciones
de ingeniería en las que intervienen la
mecánica y electrónica junto con la automática
y control.
En esta área de conocimiento se trata de poner en
común, conocimientos de áreas tan dispares para
resolver de forma ventajosa problemas en
los que hasta ahora solo se utilizaban soluciones
puramente mecánicas.
Uno de los ejemplos más claros de esta nueva
tendencia es el de las Maquinas-Herramienta
En las que la introducción del control numérico ha
permitido ganar en calidad, productividad y
flexibilidad de producción.
El objetivo
primordial es en este trabajo el de
adentrar a los alumnos en esta inmensa área del
conocimiento, tan extensa como interesante.
La
Automatización como una
Alternativa.
Como se ha visto, las tendencias de globalización y segmentación internacional de los mercados son cada
vez más acentuadas. Y como estrategia para
enfrentar este nuevo escenario, la automatización
representa una alternativa que es necesario
considerar.
Los países de mayor desarrollo,
poseen una gran experiencia en cuanto a automatización se
refiere y los problemas que ellos enfrentan en la actualidad son
de características distintas a los nuestros. Por lo cual
es necesario precisar correctamente ambas
perspectivas.
Dificultades
en la Industria
Actual.
Entre los problemas industriales de estos países
desarrollados podemos mencionar:
- Existe cada vez una mayor exigencia en la
precisión. - Los diseños son cada vez más
complejos. - La diversidad de productos
hace necesario la tendencia a estructuras
de producción más flexibles. - Se tiende a incrementar los tiempos de
inspección. - Los costos de
fabricación de moldes es mayor y se hace necesario
minimizar errores. - El tiempo de
entrega de los productos tiende a ser cada vez más
reducido.
La formación de instructores es cada vez
más difícil, pues se hace necesario personal cada vez
más experimentado
El Ambiente de
Trabajo.
El entorno del ambiente industrial se encuentra
frecuentemente con situaciones tales como:
- Escasez de mano de obra calificada.
- Producción masiva de múltiples modelos de
un mismo producto. - Ambiente de producción y taller poco
atractivo.
Estos aspectos son más fácil de encontrar
en sociedades
industriales, que en países subdesarrollados.
Existen cinco formas de automatizar en la industria
moderna, de modo que se deberá analizar cada
situación a fin de decidir correctamente el esquema
más adecuado.
Los tipos de automatización son:
- Control Automático de Procesos
- El Procesamiento Electrónico de Datos
- La Automatización Fija
- El Control Numérico Computarizado
- La Automatización Flexible.
El Control Automático de Procesos, se refiere
usualmente al manejo de procesos caracterizados de diversos tipos
de cambios (generalmente químicos y físicos); un
ejemplo de esto lo podría ser el proceso de
refinación de petróleo.
El Proceso Electrónico de Datos frecuentemente es
relacionado con los sistemas de
información, centros de
cómputo, etc. Sin embargo en la actualidad
también se considera dentro de esto la obtención,
análisis y registros de
datos a través de interfases y computadores.
La Automatización Fija, es aquella asociada al
empleo de
sistemas
lógicos tales como: los sistemas de relevadores y
compuertas lógicas; en embargo estos sistemas se han ido
flexibilizando al introducir algunos elementos de programación como en el caso de los
(PLC’S) O
Controladores Lógicos Programables.
Un mayor nivel de flexibilidad lo poseen las máquinas
de control numérico computarizado. Este tipo de control se
ha aplicado con éxito a
Máquinas de Herramientas
de Control Numérico (MHCN). Entre las MHCN podemos
mencionar:
- Fresadoras CNC.
- Tornos CNC.
- Máquinas de Electro erosionado
- Máquinas de Corte por Hilo, etc.
El mayor grado de flexibilidad en cuanto a
automatización se refiere es el de los Robots industriales
que en forma más genérica se les denomina
como "Celdas de Manufactura
Flexible".
C.N.C. se refiere al control numérico de
máquinas, generalmente Máquinas de Herramientas.
Normalmente este tipo de control se ejerce a través de un
computador y
la máquina está diseñada a fin de obedecer
las instrucciones de un programa
dado.
Esto se ejerce a través del siguiente
proceso:
Dibujo del
procesamiento
- Programación.
- Interfase.
- Máquinas Herramientas C:N:C.
La interfase entre el programador y la MHCN se realiza a
través de la interfase, la cual puede ser una cinta
perforada y codificada con la información del programa. Normalmente la
MHCN posee una lectora de la cinta.
Características del
C.N.C
La MHCN posee las siguientes ventajas:
- Mayor precisión y mejor calidad de
productos. - Mayor uniformidad en los productos
producidos. - Un operario puede operar varias máquinas a la
vez. - Fácil procesamiento de productos de apariencia
complicada. - Flexibilidad para el cambio en el
diseño y en modelos en un tiempo
corto. - Fácil control de
calidad. - Reducción en costos de inventario,
traslado y de fabricación en los modelos y
abrazaderas. - Es posible satisfacer pedidos urgentes.
- No se requieren operadores con
experiencia. - Se reduce la fatiga del operador.
- Mayor seguridad en
las labores. - Aumento del tiempo de trabajo en corte por
maquinaria. - Fácil control de acuerdo con el programa de
producción lo cual facilita la competencia en
el mercado. - Fácil administración de la producción e
inventario lo cual permite la determinación de objetivos o
políticas de la
empresa. - Permite simular el proceso de corte a fin de
verificar que este sea correcto.
Sin embargo no todo es ventajas y entre las desventajas
podemos citar:
- Alto costo de la
maquinaria. - Falta de opciones o alternativas en caso de
fallas. - Es necesario programar en forma correcta la selección de las herramientas de corte y
la secuencia de operación para un eficiente
funcionamiento. - Los costos de mantenimiento aumenta, ya que el sistema de
control es más complicado y surge la necesidad de
entrenar al personal de servicio y
operación. - Es necesario mantener un gran volumen de
producción a fin de lograr una mayor eficiencia de
la capacidad instalada.
El Factor Humano y las Máquinas
C.N.C.
En esta sección, veremos el tipo de conocimiento
y/o habilidades que debe poseer un operador C.N.C.
- El operador de CNC deberá tener conocimientos
en geometría, álgebra
y trigonometría. - Deberá conocer sobre la selección y
diseño de la Herramienta de Corte. - Dominar los métodos
de sujeción. - Uso de medidores y conocimientos de metrología.
- Interpretación de Planos.
- Conocimientos de la estructura
de la máquina CNC. - Conocimientos del proceso de transformación
mecánica. - Conocimientos de la programación
CNC. - Conocimientos del Mantenimiento y operación
CNC. - Conocimientos generales de programación y
computadores personales.
Existen algunos otros aspectos de tipo humano que se
derivan de la utilización del control numérico;
entre los que podemos mencionar:
- Una persona puede
operar varias máquinas
simultáneamente. - Mejora el ambiente de trabajo.
- No se requiere de una gran experiencia.
- El programa tiene el control de los parámetros
de corte.
Todos estos aspectos pueden representar cambios
culturales dentro del ambiente del taller; sin embargo si se es
hábil la adaptación será bastante
rápida.
¿Cuándo emplear el
C.N.C?
La decisión sobre el cuándo es necesario
utilizar M.H.C.N.?, muchas veces se resuelve en base a un
análisis de producción y rentabilidad;
sin embargo en nuestros países subdesarrollados, muchas
veces existe un factor inercial que impide a los empresarios
realizar el salto tecnológico en la medida que estas
personas se motiven a acercarse a estas tecnologías
surgirán múltiples alternativas financieras y de
producción que contribuirán a mejorar el aspecto de
rentabilidad de este tipo de inversión. Por otro lado una vez tomado
este camino se dará una rápida transferencia
tecnológica a nivel de las empresas
incrementando el nivel técnico. Fenómenos como
éstos no son raros, pues se dan muchas veces en nuestros
países al nivel de consumidores. Sobre todo en Panamá.
Somos consumidores de productos de alta tecnología y nos
adaptamos rápidamente a los cambios que se dan en
productos tales como: Equipos de Alta Fidelidad,
Automóviles, Equipo de Comunicación y Computadores. Entonces,
¿Por qué ser escépticos? y pensar que no
somos capaces de adaptar nuevas
tecnologías productivas a nuestra experiencia
empresarial.
Veamos ahora como se decide la alternativa de usar o no
C.N.C. en términos de producción:
- Cuando se tienen altos volúmenes de
producción. - Cuando la frecuencia de producción de un mismo
artículo no es muy alta. - Cuando el grado de complejidad de los
artículos producidos es alto. - Cuando se realizan cambios en un artículo a
fin de darle actualidad o brindar una variedad de
modelos - .Cuando es necesario un alto grado de
precisión.
FIG 1
FIG 3
FIG 3
FIGURA 4
Como primer paso para el diseño de cualquier
equipo, surge la pregunta quien controlará el proceso de
la maquina herramienta; existen dispositivos de control en
memorias que
tienen la facilidad de programar y reprogramar, estos circuitos se
les conocen como pic´s o memorias EPROM .
Otro sistema de control sería un PLC mismo que
se utiliza para el control de diversos procesos y mecanismos en
la industria.
Para nuestro objetivo vamos a utilizar un computador
cualquiera, inclusive de deshecho pues los requerimientos son
mínimos, esto es con el fin de que se pueda obtener el
ordenador con facilidad, y casi sin costo, con un simple lector
de discos de 3 ½ es suficiente.
El siguiente paso es: identificar la conexión
de salida; esta será por medio del puerto paralelo de la
misma a continuación se muestra el
esquema de identificación del mismo.
FIG 5
Salida hembra del
computador(DB25)
En el diagrama
podemos observar del pin 2 marcado como D0 al pin 9 marcado
como D7 tenemos 8 salidas A estas unidades básicas de
información se les conoce con el nombre de BIT y el
conjunto de 8 que tenemos a disposición se le conoce
como BYTE . Las cuales podemos activar o desactivar a nuestro
criterio para encender o apagar cualquier dispositivo
eléctrico, las salidas de la 18 a la 25 corresponden a
tierra.
Esta señal que es de 3.5 a 4.5 voltios de de
unos cuantos mili amperes es suficiente para disparar un
optoacoplador necesario para aislar el equipo de control y la
maquina herramienta y no sufra daños por algún
descuido o accidente en el manejo. Un relevador vendrá a
completar el dispositivo interfase (enlace entre el ordenador y
la máquina) el cual tiene 8 diodos leed
que nos indicarán cual de las salidas está
activada.
Fig. 6 Circuito de acoplamiento
(Interface)
En el circuito anterior que se caracteriza por su
sencillez; ya que solo consta de dos elementos que son el
optoacoplador y un relevador su función
es sumamente simple: de la salida del puerto paralelo (D0 al
D7) se aplica al positivo del optoacoplador y este a su vez
activa el fototransistor permitiendo el paso de la corriente
por el relevador abriendo y cerrando los platinos haciendo la
función de apertura y cierre de los circuitos con una
capacidad de 10 amperes Y 110 volts
Pudiendo controlar una carga de tales
características. Por cada uno de sus 8
puertos.
En nuestro proyecto
manejamos dos salidas por triac estos son dos optoacopladores
con una capacidad para corriente
alterna de hasta 220 volts y 20 amperes (un solo componente
de acoplamiento) el cual utilizaremos para la puesta en
funcionamiento de los motores
principales y seis a relevador con las características
antes mencionadas para el manejo y control de los 3 motores de
C.C. hacia delante y hacia atrás.
SALIDAS DE CORRIENTE ALTERNA
En la imagen de la
izquierda observamos el Relevador de estado
sólido con salida a triac Mismo que actúa
directamente como opto-Acoplador, es un relevador con entrada de
3 a 30 voltios CD; una salida
240 VCA 20 A.
Se dispone de dos salidas de este tipo para el o los
motores de CA que funcionan directamente desde la computadora
u otras aplicaciones en CA.
Motores
Cuatro motores utilizamos en este Proyecto: el principal
de 1/3 HP CA para la rotación de la herramienta
De corte y tres como el de la fig. de abajo de corriente
continua con transmisión de engranes.
Motor de C.C
Este circuito consta de un circuito 555 generador de
pulsos, estos se controlan
por el potenciómetro de 100 K los pulsos son
amplificados por un transistor
de
Efecto de campo que nos da la potencia y
el control requeridos.
Para el efecto de los movimientos podemos utilizar
cualquier tipo de motor,
De pasos, Servo, o de corriente directa, con lo que
estemos familiarizados o
Que nos sea útil para la aplicación que
estemos buscando.
Fig. 7 Circuito Regulador de velocidad
para los motores
Para este fin utilizamos un pequeño taladro con
prensa de doble
movimiento
esta nos dará el desplazamiento positivo y negativo para
el eje X y para el eje Y.
De la misma manera el desplazamiento del material a
trabajar.
Y para el desplazamiento de la herramienta Z hacia
abajo (negativo) y de regreso hacia arriba
(positivo)
Los tres servomotores que efectuaran dicha
función serán activados convencionalmente de la
siguiente manera:
Como podemos observar el valor
numérico de los bits es en base 2 esto es que se cuentan
de derecha a izquierda iniciando con 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64,
128 etc. Como podemos ver a continuación:
En este caso activamos el BIT 16 que corresponde al
desplazamiento del material a procesar adelante en el eje de
las"Y" positivo.
Anotamos activar el
Quinto bit que corresponde al bit 16
Programa en QBASIC
Los comandos
utilizados en el programa son:
OUT ACTIVAR PUERTO PARALELO
&H378, NOMBRE DEL PUERTO
Numero de BIT BIT ACTIVADO
SLEEP NOS DETIENE EL ULTIMO COMANDO DURANTE
EL
TIEMPO QUE LE ASIGNEMOS EN SEGUNDOS.
Ejemplo:
OUT &H37 8, 1 ACTIVAR BIT 1
SLEEP 1 ESPERAR UN SEGUNDO
OUT &H378, 16 ACTIVAR BIT 16
SLEEP 2 ESPERAR 2 SEGUNDOS
OUT &H378, O APAGAR (cero bits activados)
MOVIMIENTOS CONBINADOS
En el tercer desplazamiento. Sumamos el BIT 16+64 para
obtener un movimiento diagonal al activar ambos
motores.
Una vez que se haya familiarizado con el programa QBASIC
se pueden hacer los desplazamientos
tanto de cualquier maquina herramienta como de un equipo
eléctrico en especial. Además que existen controles
precisos para el conteo de las revoluciones o partes de ellas
dividiendo un giro de husillo o motor con un disco strobo en las
partes o grados que se requieran.
El objetivo de este trabajo es el de iniciar al
estudiante, trabajador, industrial, Etc. en el manejo del control
numérico, la automatización y control de procesos
una computadora de
desecho(solo utilizamos el lector de 3 1/2 memoria
mínima y minimo procesador, dos
elementos como se describió anteriormente que son el
optoacoplador y un relevador de bajo precio tenemos
lo básico.
Pocos pesos, muchas ganas y gusto por la
Mecatrónica se pueden hacer maravillas.
Presentación final del
equipo.
Prof. Manuel Alonso Sánchez
Escuela Preparatoria Nº 10
Universidad de Guadalajara Mex.