Hola, mi nombre es Francisco Javier Trujillo Vilches,
soy profesor del área de Ingeniería de los Procesos de
Fabricación de la Universidad de Málaga y voy a proceder
a la presentación de la videoclase que lleva por título Evolución
de los sistemas metrológicos de posicionamiento y control
del desplazamiento en máquinas herramientas.
Esta videoclase se ha estructurado en los siguientes apartados.
Comenzaré situando el contexto en el que se desarrolla la temática
tratada.
Uno de los aspectos más importantes a tener en cuenta
durante los procesos de mecanizado con máquinas herramientas
es el control del posicionamiento de la herramienta
respecto de la pieza.
Para realizar este control es necesario establecer un origen
y un sistema de ejes de referencia para sincronizar el movimiento
de la herramienta o de la pieza respecto a dicho origen.
En la imagen que vemos en la figura se puede observar los orígenes
de la máquina y de la pieza para un torno.
El origen máquina suele estar establecido
por el fabricante de la máquina herramienta en un lugar
habitualmente inaccesible, por lo que no es un origen práctico.
Por ello, se suele establecer un origen pieza
a partir del cual se realizan todos los movimientos
de la herramienta de corte, bien de forma manual
o de forma automática mediante programación de control numérico
computerizado.
Este origen suele estar ubicado en la cara frontal
de la pieza más alejada del cabezal.
Dependiendo del tipo de máquina herramienta y su sistema de control,
bien sea manual o automático mediante CNC,
existen diversos sistemas que permiten controlar
el posicionamiento del filo de la herramienta
respecto de la pieza.
Estos sistemas son muy variados, por lo que en esta videoclase
nos centraremos en tres ejemplos sencillos
para comparar estos sistemas en máquinas de accionamiento manual
y máquinas controladas por CNC.
En el primero de los ejemplos
mostraremos un sistema de posicionamiento basado
en un sistema mecánico de husillo y escala
graduada circular, situada en el volante de accionamiento
de los carros de entorno.
En el segundo ejemplo veremos una evolución de este sistema
mediante el uso de encoders lineales y visualizadores digitales.
Finalmente, en el tercer ejemplo,
mostraremos el uso de un sistema de palpado en 3D y reloj comparador
para establecer el origen pieza en una fresadora de control número.
En el primero de los sistemas de posicionamiento
que vamos a explicar se corresponde con el de un torno convencional
de accionamiento manual.
Este sistema está basado en la transformación
de un movimiento de rotación en un movimiento lineal
mediante un sistema de husillo o tornillo,
así como del uso de escalas circulares situadas en los volantes
de accionamiento de los carros del torno.
Veamos en un vídeo cómo funciona.
Bien, estamos delante de un torno, un torno convencional,
en este caso no está asistido por control numérico,
con lo cual todos los movimientos que se pueden realizar en el torno,
que básicamente son movimientos de desplazamiento
en el eje Z y movimientos de desplazamiento en el eje X,
se van a realizar con un conjunto de volantes.
Básicamente, esos volantes son este volante de desplazamiento
del carro en sentido longitudinal
o eje Z, este volante que nos permite realizar
un desplazamiento del carro en sentido transversal,
otro auxiliar que nos permite realizar un desplazamiento
también en sentido longitudinal del charriot,
Y tenemos algún sistema de desplazamiento adicional,
como es este volante que tenemos en el contrapunto,
que nos permite realizar también un desplazamiento del contrapunto
y nos permite asistir también para realizar operaciones
de taladrado longitudinal en operaciones del torneado.
Todos estos sistemas están basados en un sistema de transformación
de movimiento de rotación en un movimiento longitudinal.
¿Cómo se hace ese sistema de transformación de movimiento?
A través de un sistema de tornillos sin fin,
como podemos ver aquí.
Muy bien, ¿cómo nos ayuda la metrología en este caso
a realizar, por ejemplo, un posicionado.
De una pieza, es decir, es importante,
si vemos aquí esta pieza que tenemos de ejemplo,
debemos tomar una referencia, que en el caso del torno
habitualmente se encuentra en esta cara,
y a partir de esta cara tendríamos el 0 en Z,
movimientos positivos en esta dirección,
movimientos negativos en esta dirección,
estaríamos mecanizando.
Y luego, normalmente, el centro del eje nos determina la posición
en diámetro de la herramienta para realizar el mecanizado.
Para realizar ese origen pieza,
el sistema que vamos a utilizar es simplemente palpar.
Como vemos aquí, tenemos nuestra herramienta,
palparíamos sobre la superficie de la pieza, esta cara,
y esa sería nuestra posición Z0.
De igual manera, si nos viniéramos
y palpáramos en la cara exterior de la pieza,
en esta posición, por ejemplo, Esta posición nos indicaría
cuál es el diámetro de la pieza.
De tal manera que si midiéramos con un pie de rey,
por ejemplo, en este caso tenemos un pie de rey de tipo digital,
solo tendríamos que hacer una medida del diámetro.
Y esa medida del diámetro,
que en este caso son 11,43 milímetros,
ese sería el diámetro que tiene nuestra pieza.
Por tanto, el sistema que vamos a explicar a continuación
nos permitiría determinar cuál es el cero pieza.
¿Cómo conseguiríamos hacer el cero pieza en Z?
Vayámonos al carro de desplazamiento longitudinal.
En el sistema de desplazamiento del carro longitudinal
tenemos también un sistema metrológico que nos permite controlar
el desplazamiento en la dirección del eje Z. Como podemos ver,
la división de escala en la escala circular
es de 0,2 milímetros.
De tal manera que cada vez que nos desplazamos.
En una división
nos estamos desplazando longitudinalmente 0,2 milímetros.
De esta forma, si avanzáramos 10 divisiones,
llegaríamos a 2 milímetros.
Y una vuelta completa, vemos 4, 6, 8, 10, 12, 14,
18 milímetros.
Y hasta llegar de nuevo al 0,
lo que implicaría que una vuelta completa
son 20 milímetros de desplazamiento.
100 divisiones por 0,2 milímetros.
Algo similar podemos hacer con el movimiento en el eje
X. Mediante este volante podemos desplazar longitudinalmente
nuestra herramienta.
¿Qué vamos a hacer en este caso?
En este caso vamos a explicar cómo está dividido el nonio
de este sistema meteorológico.
Como podemos ver, existen una serie de divisiones
y como está indicada sobre la superficie,
la distancia que hay entre división y división es de 0,1 milímetro.
Pero en este caso es en diámetro, tal como se indica aquí.
Es decir, si nos desplazamos.
Este valor, una división,
no estaríamos moviendo longitudinalmente en el eje
X 0,1 mm en diámetro,
o lo que es lo mismo, 0,05 mm en radio.
De tal manera que si nos desplazamos hasta la posición 1,
nos habríamos desplazado 1 mm en diámetro.
Y si damos una vuelta completa a este volante
y nos volvemos a colocar aquí en 0,
nos habríamos desplazado un total de 10 milímetros.
Podríamos realizar ese posicionado manteniendo el cero en su posición
y desplazando ese nonio secundario igual
que hemos hecho antes, para colocarlo ahí en cero.
En este momento tenemos una referencia
y sabiendo el diámetro de la pieza, podría el operario
desplazarse perfectamente en dirección diametral.
El segundo sistema que vamos a explicar
es una evolución del anterior.
Se basa en el uso de encoders lineales.
Estos sistemas incluyen una regla lineal de tipo óptico,
magnético o inductiva que se fija en la estructura de la bancada
o del carro del torno.
Un cabezal se desliza sobre la regla,
detectando el posicionamiento relativo entre ambos.
El sistema de procesamiento se encarga
de transformar este desplazamiento en una señal digital,
enviando esta información a un visualizador digital
o pantalla,
donde se puede leer de forma fácil la posición en el eje X y Z
de la herramienta respecto de la pieza.
Veamos cómo se utiliza.
De igual manera, otro avance que ha habido
en las máquinas de herramientas convencionales
es la utilización de un posicionador digital,
que facilita el manejo y la obtención de la posición
del filo de la herramienta en cada momento.
Como podemos ver, aquí tendríamos el eje X
y aquí tendríamos el eje Z. Bien, por tanto,
la operación que habría que hacer sería similar,
pero en este caso nos desplazaríamos longitudinalmente,
transversalmente y tocaríamos la cara frontal de la pieza.
En este momento,
una vez que tenemos el palpado de la cara frontal,
solo tendríamos que ir a nuestro posicionador
y decir que esa es nuestra Z0.
Por tanto, ya tenemos tomado el eje de referencia en Z. Si
nos vamos a la pieza,
podemos comprobar cómo, si nos desplazamos en esta dirección
y miramos de nuevo al posicionador, tenemos valores de Z positivos.
¿Eso qué quiere decir?
Que nos estamos alejando de la zona de mecanizado.
Sin embargo, si nos desplazamos.
Hacia el interior de la pieza,
a la zona de mecanizado con el volante.
Como podemos ver, estaríamos en el interior
y ya el posicionador digital nos daría unos valores en Z
negativos.
Eso implicaría que estamos mecanizando la pieza.
Pues bien, este sistema digital es mucho más sencillo,
mucho más intuitivo de utilizar para el operario
que los sistemas de posicionamiento que hemos indicado antes.
Finalmente, explicaremos cómo funciona un sistema
basado en palpador 3D y reloj comparador.
El palpador 3D
tiene un funcionamiento similar al de un reloj comparador
y permite alinear el eje del sistema portaherramientas
con el origen pieza.
Veamos cómo funciona.
Veamos.
Bien, pues ahora vamos a explicar el dispositivo metrológico
que se utiliza en máquinas herramientas modernas
que vienen equipadas con control numérico.
Como podemos ver, este es un dispositivo que se denomina.
Palpador 3D o comparador 3D que lo que básicamente está formado
es por una bola una bola que tiene 4 milímetros de diámetro en este caso
y que es capaz de desplazarse en dirección vertical
si empujamos en este sentido se puede desplazar también
en dirección transversal sería en este caso el eje X
o en la siguiente dirección transversal que sería el eje Y. Tiene
movimiento en las tres dimensiones y conforme nos movemos,
como podemos ver, el reloj comparador tiene una aguja cuenta
vueltas y una aguja principal.
La aguja principal,
cada vez que se desplaza de una división a otra,
tenemos una división de escala de 0,01 milímetros.
¿Qué quiere decir?
Que como tenemos 100 vueltas,
cuando nos hemos desplazado una vuelta completa,
nos habremos desplazado 1 milímetro.
¿Esto qué utilidad tiene en la máquina herramienta?
Pues bueno, justamente en la posición en la que me encuentro,
donde estamos marcando el 00, significa que la posición de palpado
se encuentra alineada sobre el eje de la esfera.
Es decir, esta esfera sobre esta dirección,
en cuanto nos desplacemos esos 2 milímetros en radio,
estaremos perfectamente alineados con la posición de la pieza.
Este dispositivo metrológico nos va a ayudar a hacer el cero pieza,
como vamos a ver a continuación ya directamente
dentro de la máquina herramienta.
Podemos observar también como hay un indicador secundario
que vemos que se desplaza desde 0, menos 1, menos 2 y 0, 1 y 2.
¿Eso qué quiere decir?
Que ahora mismo hay un decalaje,
un desplazamiento respecto del eje de la esfera de 2 milímetros.
Si nos empezamos a mover.
Como he comentado antes, aquí no habrá ningún desplazamiento,
si hacemos coincidir con el cero,
no habrá ningún desplazamiento con respecto al eje.
Eso significa que esa será nuestra posición cero máquina,
ya bien sea del eje X, del eje Y o del eje Z,
dependiendo del eje que estemos, en este caso,
haciendo supuesta cero.
Vamos a pasar a la máquina de herramientas
y lo vamos a ver esto con más detalle.
Estamos delante de una fresadora de control numérico de tres ejes,
que tiene una consola para hacer todo el control
y tiene una serie de dispositivos que nos van a ayudar
a tomar esos ejes de referencia, en este caso,
sobre esta pieza en tres dimensiones que queremos fresar.
Entonces, para poder hacer bien los movimientos
y hacer la programación de control numérico,
le vamos a decir al programa,
o en este caso a la máquina herramienta,
que nuestro cero pieza va a estar en esta esquina.
Para ello, ¿qué vamos a hacer?
Vamos a ayudarnos de este sistema que hemos comentado previamente,
de palpador 3D con reloj comparador.
Y vamos a hacer un palpado sucesivo sobre esta cara
y veremos que no hay decalaje con el reloj comparador.
Por tanto, ese será nuestro Z0.
Igualaremos en la posición X en esta cara
e igualmente en la posición Y en esta cara.
Para ello lo primero que vamos a hacer
es montar este sistema metrológico en el portaherramientas
de nuestra máquina de control número.
Ok, por tanto ya podemos hacer esos movimientos
o ese espalpado en el eje Z, lo podemos hacer en el eje X
y lo podemos hacer en el eje
Y. Para ello nos vamos a ayudar de un sistema de posicionamiento manual
que vemos aquí, que nos permite controlar los movimientos
de la máquina de herramientas en los distintos ejes.
Simplemente con estos movimientos.
Podemos desplazar nuestro palpador en el eje Z
o bien cambiando al posicionado Y
podemos hacer desplazamientos de la mesa en el eje Y
hasta acercar al palpador a su zona de contacto.
Vamos a bajarlo en el eje
Z un poco más y vamos a hacer un desplazamiento también.
En el eje X para acercarlo a la zona de palpador.
Bien, pues la primera referencia que vamos a tomar
es la referencia del eje X0.
¿Qué significa?
Vamos a tocar con el palpador aquí, vamos a conseguir que aquí esta aguja
se encuentre en 0 y esta aguja se encuentre en 0
y en ese momento le vamos a definir a la máquina
herramienta que es en nuestro 0 pieza en el eje X. Vamos a ello.
Vamos a posicionarnos en la zona lateral izquierda
de la cara.
Vamos a bajar en el eje Z. Nos vamos a desplazar algo más en el eje
Y. Y nos vamos a colocar a la altura de esa cara.
Bajamos en el eje Z. Y ya nos encontramos en una posición
donde podemos alinear esa estrella.
¿Qué vamos a hacer?
Desplazarnos en el eje X. Y ya en este momento
estamos haciendo contacto como se puede ver
en el reloj comparador.
A partir de ahí simplemente nos desplazamos hasta conseguir
que el cero se encuentre alineado.
Perfectamente alineado aproximadamente con nuestra pieza.
Vamos a bajar un poco la resolución del movimiento
para hacerlo más preciso hasta conseguir esa alineación.
Pues en este momento se encuentra el eje vertical de nuestra porta
herramienta perfectamente alineado con la esquina izquierda
de nuestra pieza.
Pues tanto ese sería nuestro XZ.
¿Qué haríamos a continuación?
Pues directamente programaríamos aquí X, 0, Enter.
Por tanto, tendríamos perfectamente definido nuestra posición en el eje
X. Esta operación la repetiríamos de igual forma
para el eje Y y para el eje Z
y tendríamos perfectamente ubicada nuestro sistema de referencia
origen-pieza para hacer la programación en control numérico.
Como comentarios finales, indicar que en esta videoclase
hemos visto cómo existen diversos sistemas metrológicos
de gran utilidad para el control de posición
y toma de referencia en máquinas y herramientas.
Se han mostrado tres ejemplos con distintos sistemas,
mostrando la evolución natural que han tenido estos sistemas
junto con el de las propias máquinas herramientas.
Estos sistemas incluyen desde elementos
basados en movimiento con husillo y escala circular,
sistemas ópticos, magnéticos, inductivos, con visualizador digital
y finalmente sistemas basados en palpador 3D
y relojes comparadores.
Aquí pueden observar las referencias que se han utilizado
de algunas publicaciones y libros para elaborar esta video clase.
Con esto termina esta video clase.
Espero que les haya sido de interés.