configuración del CNC

Antes de comenzar la configuración del CNC en el software de control, es necesario tener en cuenta la disposición de los ejes en la maquina y su área de trabajo

Configuración de los ejes y su identificación 

Todas  las  máquinas  herramientas  tienen  más  de  una  posibilidad  de  movimiento  y  es importante identificarlos de manera individual. Existen tres planos en los cuales se pueden desplazar cada uno de los ejes de la maquina, estos son: plano longitudinal, plano transversal y plano vertical. 

A cada uno de ellos se le asigna una letra y se identifica como un eje (X Y Z) en el video se  muestra la identificación de ejes en la fresadora de control numérico, área de trabajo y otros factores a tener encuentra antes de configurar la maquina.

                                                               Figura Nº 8 

Fuente: Contreras (2014)

Figura Nº 8 

Fuente: Contreras (2014)

Figura Nº 8 

Fuente: Contreras (2014)

Área de trabajo de la máquina de CNC

Es el espacio o área de trabajo disponible para el mecanizado de las piezas en el CNC, Esta área viene determinada por el espacio físico de la fresadora de control numérico. El tamaño de la pieza a mecanizar nunca debe ser mayor al era de trabajo de la máquina. Comúnmente se le conoce como  mesa de trabajo.

Foto Nº 79 Área de trabajo de la fresadora

Fuente: Contreras (2014)

En el caso de la fresadora de control numérico de la Universidad Valle del Momboy estas tiene unas dimensiones que vienen dadas por la longitud de sus ejes estos son los siguientes medidas en milímetros

Eje X: 140mm
Eje Y: 120mm
Eje Z: 25mm

La longitud del eje rotativo es de 120mm para piezas no mayores a un diámetro de 30mm
Posición de origen de la herramienta de corte (X0, Y0, Z0) es la posición inicial desde donde comienza a trabajar la máquina, como punto de partida de cualquier diseño. Esta puede ser programada manualmente introduciendo comandos en el código G, o bien usando las diferentes posiciones predeterminadas en los programas de CAD-CAM por lo general estas pueden tomar como origen algún cuadrante del plano cartesiano como se mutra continuación algunas de las posiciones de origen más comunes

Origen (X0, Y0, Z0): +X +Y (esquina Inferior izquierda)

Este punto de origen permite trabajar  solo en cuadrante I  del  plano Cartesiano

Foto Nº 80 Punto de Origen de la herramienta de corte 

Fuente: Contreras (2014)

Origen (X0, Y0, Z0): -/+X   -/+Y (centrada en la mesa de trabajo)

El origen en el centro permite trabajar en cualquiera de los cuadrantes

Foto Nº 81 Punto de origen de la herramienta de corte en el centro

Fuente: Contreras (2014)

Origen (X0, Y0, Z0): -X -Y (esquina superior derecha)

El origen en el centro permite trabajar solo en el III cuadrante

Foto Nº 82 Origen en la esquina superior derecha

Fuente: Contreras (2014)

Una vez definidos todos los parámetros necesarios e identificados cada uno de los ejes en la máquina, procedemos a la configuración del software de control
Software de control Mach3
Mach3 es un software de control para Windows XP, que permite la comunicación con los motores paso a paso  usando una computadora.
Este programa permite transformar cualquier computador en un controlador de la máquina CNC, capaz de enviar comandos a un cortador de hasta 6 ejes. Puede importar datos desde archivos DXF, BMP, JPG o código G para controlar el dispositivo.
Este controlador es completamente compatible con la mayoría de los sistemas CAD-CAM y maquinas de control numérico.

Configuración del software MACH3
Esta configuración supone que está utilizando Milímetros como unidad de medida. por defecto estas están en Milímetros, así y sólo deberá ser modificado durante la configuración inicial del sistema entero. Si cambia la unidad de medida de Milímetros a Pulgadas tarde, se tendrá  que volver a configurar todo el sistema de nuevo.
Configuración de las entradas LPT1
Un puerto paralelo es una interfaz que permite la conexión entre  una computadora y un periférico, es un interfaz cuya principal característica es que los bits de datos viajan juntos, enviando un paquete de byte a la vez, lo que nos permite controlar periféricos distintos a los que usualmente pueden conectarse a un computador (impresoras, mouse,teclados, entre otros) como pueden ser lámparas, motores, relés, entre otros dispositivos, siempre que sean adecuados para automatización.

En este caso el puerto paralelo permite una comunicación entre el la PC con los motores paso a paso que darán los movimientos a los ejes de la máquina-herramienta de control numérico MHCN.
En el diseño para la programación del PIC 16F73 de las entradas del microcontrolador como entradas de datos del puerto paralelo, cada una de ellas se definieron y se asignaron a cada PIN del LPT1 esta configuración se muestra en el siguiente gráfico con la tabla

Figura Nº 8 

Fuente: Contreras (2014)

Configuración salida de motores (BD9)
El conector DB9 (originalmente DE-9) es un conector analógico de 9 clavijas de la familia de conectores D-Subminiature (D-Sub o Sub-D).

El conector DB9 se utiliza principalmente para conexiones en serie, ya que permite una transmisión asíncrona de datos según lo establecido en la norma RS-232 (RS-232C). Fuente: http://es.kioskea.net/

En este caso se usara este conector para la salida de los motores paso a paso, como conector eléctrico y no como conector para datos, es una manera de simplificar la configuración de las bobinas de los motores y evitar las regletas para conectar cada cable, de esta forma el operario evitara tener que hacer configuraciones de las bobinas de los motores. De las 9 clavijas (PIN) solo se utilizaron 5 de ellas, colocando las otras cuatro en serie al común de la fuente de 12V como se muestra en la siguiente gráfica.

Figura Nº 8 

Fuente: Contreras (2014)

Teniendo claro los parámetros para la configuración de software de control se procede a instalar y abrir el MACH 2/3 en nuestro computador.

Se puede acezar al programa a través la barra de inicio o del acceso directo en el escritorio al abrir MACH 2/3 encontraremos la pantalla principal,  como se muestra en la siguiente imagen.

Foto Nº 85 Ventana principal del Mach 2/3

Fuente: Contreras (2014)

Mach 2/3 cuenta funciones de configuración y operación, en este caso solo se utilizaran  algunas de sus funciones principales, las cuales se describen a continuación.

Foto Nº 86 Comandos de funciones más utilizados en el Mach2/3

Fuente: Contreras (2014)

1. Ventana de dialogo: muestra las diferentes líneas que forman archivo de  Código G el cual al ser ejecutado se puede visualizar de forma dinámica su posición con relación a la línea en que se encuentra ejecutando la función.

2. Familia de Control de ejes: en este cuadro se encuentra ubicada la información referente a la posición actual de la herramienta (o más precisamente, el puntocontrolado) para cada uno de los ejes de la maquina, muestra en unidad de medida el desplazamiento (+/-) del eje X, Y, Z, 4. A demás de monitorear el desplazamiento en tiempo real de cada uno de los ejes, permite al operador utilizando los botones del lado izquierdo llevar a cero el eje que desee, con la opción de ZERO X, Y, Z, 4, de forma individual.

3. Visualización del proyecto: La ventana muestra la ruta que el punto controlado seguirá en los planos X, Y, Z. Cuando un programa es ejecutado, la ruta del diseño en color azul es sobreimpresa con un color de línea verde,esta sobreimpresión es dinámica y no es conservada cuando cambia pantallas cuando altera las vistas  dela ruta de la herramienta. 

4. Control  de ejecución de programa:Estos controles manejan la ejecución de un programa cargado o las ordenes en una línea MDI de cualquier archivo de Código G.

Load G-Code: es un botón que permite escoger el archivo desde una ventana de diálogo estándar deWindows. Para abrir un archivo de Código G desde cualquier carpeta del computador o unidad extraíble (Pendrive-USB) Alternativamente se puede escoger de una lista de archivos recientemente usados que esmostrada por el botón de pantalla Recent Files.También se puede realizar a través barra de herramientas de la parte superior.

Foto Nº 87 Mach2/3

Cycle Start, es el botón de inicio para ejecutar un archivo de código G por lo general arranca el movimiento de los ejes. Comúnmente conocido como botón de arranque, y solo aplicable para los códigos G previamente cargados.

Feedhold: este botóndetendrá  la ejecución del programa tan pronto como sea posible pero en una formacontrolada así puedecomenzarse de nuevo por Cycle Start. La herramienta de corte permaneceráencendida pero pueden ser apagados manualmente si es requerido.

Parada (Stop): este botón permite parar el movimiento la máquinade forma inmediata. Puede dar como resultado la perdida de Los pasos y no permite el reinicio como en el caso de la opción de Feedhold ya que la interrupción abrupta del maquinado no permite volver a ubicar el origen con exactitud, esta opción se maneja en los casos de emergencia, en los que se debe detener inmediatamente el maquinado de una pieza.

Close G-Code: este botón elimina del Mach 2/3 el código G-Cargado, permitiendo cargar uno nuevo.

5. velocidad de husillo: en este caso no aplica en la máquina de CNC de la universidad, la tarjeta de control no tiene la opción de controlar la velocidad de la herramienta de corte, esta es  encendida y apagada a manualmente al igual que su velocidad

Feed Rate: es la velocidad de mecanizado la cual podemos variar  hasta un 300%.

Unidades de alimentación por minuto: aumenta o disminuyela tasa de alimentación en las unidades actuales (milímetros por minuto) variando la velocidad como la tasa real del movimiento coordinado de la herramienta a través del material. Los motores a si como su configuración tiene una velocidad máxima permitida, al aumentar demasiado la velocidad se puede llegar a perder los pasos del motor por aceleración, es importante trabajar a una velocidad  media.

Configuración de parámetros del Mach 2/3 

Todos los pasos descritos a continuación  se realizan desde el cuadros de dialogo del menú Config.

Paso 1

Config > Ports and Pins

Foto Nº 88 Configuración del Mach2/3

Una vez dentro del la ventana de configuración, se accede a la pestaña de Port Setup and Axis Selection, escogemos la frecuencia de  25000Hz, todas las demás opciones las dejamos predeterminadas.

Foto Nº 89 Configuración de puertos y pines

Paso 2
 Control de los motores
Pestaña > “Motor Outputs”
Pines de la Interfaz de 3 ejes Para el CNC

En la segunda pestaña se configuran las señales de los motores, se habilitan los ejes a utilizar, en este caso X, Y, Z; luego se asignan el número del PIN de cada señal correspondiente al eje, cada eje trabaja con dos señales (Paso y Dirección)  los cuales están indicados en la tabla a continuación:

Tabla Nº 3 Configuración de señales

Definidos los Pines de señales, se procede a indicarlos en la ventana del Mach2/3 como se muestra a continuación:

Foto Nº 90 Configuración de puertos y pines

Los dos últimos renglones se debe especificar por cual  puerto serán enviadas estas señales, previamente se había escogido el Port#1, toda señal de paso y dirección se harán a través de este, hay que indicarlos asignando el número 1 en cada renglón de la derecha en cada eje.

Dir LowActive: (activo por bajo) nos permite cambiar el sentido del giro del motor, una prueba permitió determinar que el caso de Y es necesario activar esta función ya que los diseños estaban saliendo invertidos.

Finales de carrera y parada de emergencia:

Pestaña > “Inputs signals”

En la pestaña Inputs Singals se configuran las entradas, en esta ventana se pueden configurar más de una entrada, se puede colocar limites para cada eje tanto positivo negativos (+/-X, +/-Y, +/-Z) de igual forma se pueden asignar home de eje y botón de parada, Stop.

Para la máquina de la universidad, solo utilizaremos una señal de entrada, la cual será a través del PIN#15 y tendrá la función de parada, o botón de emergencia, también será conectado a esta entrada los finales de carrea de todos los ejes en paralelo activados en Bajo (Active Low) como se muestra a continuación

Foto Nº 91 Configuración del botón de parada y FC

Selección de la curva y resolución del motor:

Menu: Config > Motor Tuning

Foto Nº 92 Configuración del los motores Paso a Paso

Fuente: Contreras (2014)

En esta ventana se configura la resolución de pasos por unidades y la velocidad de los motores, se configura de manera independiente por cada eje la relación avance, velocidad y aceleración, esta opción nos permite usar distintos motores, distintas relaciones de avance dependiendo del tipo de motor y los grados que tengan estos, como en el caso del motor del eje rotativo, que es diferentes a los de los demás ejes de la maquina.

Primero se configuran los ejes X, Y, Z, con la misma relación de avance, velocidad y aceleración. Con los siguientes valores:

1. seleccionamos el botón X Axis

2. en la casilla inferior izquierda que son los pasos por unidad, colocamos Steps per: 170.

3. En la segunda casilla asignaremos el valor de la velocidad de unidades por milímetro se colocara Velocity/mm: 49.998. Esta velocidad máxima que no necesariamente es la velocidad de mecanizado de la maquina, es la velocidad de los movimientos rápidos (desplazamiento de un eje) del comando G0. Es recomendable no darle valores muy altos por que se podría llegar a perder el paso. Esto depende de la fuente, del driver y del motor, en las pruebas se tomo como valor ideal 50. 

4. Se asigna el valor de la aceleración por unidades de segundos al cuadrado, esta va a depender de la maquina, las pruebas demostraron trabajar de forma optima con un valor de aceleración de 1 para compensar la inercia por el peso. 

5. Step Pulse: en esta casilla se asigna el valor del ancho del pulso lo tomamos con el valor de 4 al igual que el de pulso de dirección Dir Pulse.

6. Una vez llenados todos los campos, se salva la configuración y se hace clic en aceptar.

En la siguiente imagen se muestra la configuración del eje X con todos los valores asignados.

Foto Nº 93 Configuración de los pasos y la aceleración 

Fuente: Contreras (2014)

Este procedimientos anteriormente descrito es aplicable a los ejes Y, Z, la configuración debe ser igual para todos los ejes ya que estos trabajarán de forma sincronizada.

Selección de la curva y resolución del motor para el eje rotativo:

En el caso de utilizar el eje rotativo de la maquina, es necesario configurar el motor del eje donde va hacer la rotación, en el diseño del eje rotativo se escogió como eje de rotación X, por esta razón es necesario solo cuando se desee utilizar el eje rotativo cambiar la configuración del motor del eje X. una vez terminado de usar, se desee nuevamente usar la fresadora en 2D y 2.5D es necesario volver a restablecer las configuraciones anteriores.

Eje de rotación X

Los valores que se deben establecer en la configuración solo cambian los pasos por unidad Steps per: 11, quedando las demás casillas iguales como se  muestran a continuación.

Foto Nº 94 Configuración para el uso del eje rotativo

Fuente: Contreras (2014)