CONSTRUCCIÓN
DE PROTOTIPO DE UNA MÁQUINA CNC APLICANDO TOLERANCIAS DIMENSIONALES Y
GEOMÉTRICAS.
PROTOTYPE CONSTRUCTION OF A CNC MACHINE APPLYING
DIMENSIONAL AND GEOMETRIC TOLERANCES.
Ortega Ponce Edwin Gonzalo2
Zabala Barragán Leticia Aurelina 3
Zavala Angamarca Mariano Martin4
1 Instituto Superior
Tecnológico “Carlos Cisneros”, Ecuador, javi.jaramillo1981@gmail.com
2 Instituto Superior
Tecnológico “Carlos Cisneros”, Ecuador, edwinortegatec@gmail.com
3 Instituto Superior
Tecnológico “Carlos Cisneros”, Ecuador, leticiazabala1983@gmail.com
4 Instituto Superior Tecnológico “Carlos Cisneros”, Ecuador, mmzavala@yahoo.com
El presente artículo, detalla la construcción de una máquina prototipo CNC router que es utilizada en el sector metal mecánico, debido a que permite contornear grabados en materiales blandos. El objetivo de estudio es la construcción del prototipo CNC utilizando ajustes y tolerancias ISO 286 e ISO 2786 para ser usado como un módulo de enseñanza y aprendizaje de manufactura lo cual permite implementar puestos de trabajos en la educación tecnológica para la gran cantidad de estudiantes cubriendo el déficit de máquinas de control numérico.
La CNC es construida bajo metodología del mecanizado, estableciendo ajustes en cada uno de los pares móviles que aseguren un funcionamiento adecuado y comprobada mediante metrología dimensional. El prototipo recibe órdenes del computador a través de un software libre el mismo que permite que la máquina realice el mecanizado por el movimiento de motores a pasos híbridos permitiendo el movimiento de los ejes X, Y, Z. La mini CNC es ensayada y puesta en marcha en base a geometrías básicas como líneas y polígonos regulares utilizando materiales como MDF y acrílico, lo cual nos permite obtener excelentes resultados de grabado en relación a los ejes X, Y y un parámetro aceptable en el eje Z.
Palabras clave: CNC, CAM, ISO 286, ROUTER CNC, manufactura.
ABSTRACT (negrita, cursiva, tamaño 10, centrado)
This
article details the construction of a prototype CNC router machine, which is
used in the mechanical sector; meanwhile it allows contouring engravings in
soft materials. The study objective is the construction of the CNC prototype
using ISO 286 and ISO 2786 dimensional and geometrical product specifications
and verification to be used as a manufacturing teaching and learning module,
which allows implementing bench work in technological education for the large
number of students covering the numerical control machines deficit.
The CNC
is built under the machining methodology, establishing adjustments in each of
the moving pairs that guarantee proper operation and verified by dimensional
metrology. The prototype receives orders from the computer through free
software, which allows the machine to execute the machining by the movement of
hybrid stepper motors, allowing the movement of the X, Y, and Z-axes. The mini
CNC is tested and commissioned. It works based on basic geometries such as
lines and regular polygons using materials such as MDF and acrylic, which
allows us to obtain excellent engraving results in relation to the X, Y-axes
and an acceptable parameter in the Z-axis.
Keywords: CNC, CAM, ISO 286, ROUTER CNC, manufacture.
Recibido: (dejar en blanco) Aceptado: (dejar en blanco)
Received: Accepted:
La máquina
de control numérico computarizado (CNC) son utilizadas en múltiples ramas de la
manufactura para mecanizar piezas de acrílico, madera, entre otros. Esta
máquina ejecuta varias operaciones de mecanizado como contorneados, fresado y
taladros [1]. En la actualidad este tipo de maquinaria
resulta costosa, pero al implementar una que sea accesible utilizando la
complejidad y exactitud de un sistema CNC industrial, resulta beneficioso para
la enseñanza en la educación técnica [2], esto se consigue ya que los materiales utilizados son fáciles de
mecanizar en máquinas herramientas convencionales con accesorios de fácil
acceso en el mercado local. Esta tecnología puede realizarse en un laboratorio
especializado de Instituciones de enseñanza tecnológica, ya que debido a su
alto precio es imposible implementar varias del tipo industrial.
El amplio
uso de esta tecnología favorece a fortalecer la educación técnica siendo el
principio de programación y operación similar a una del tipo industrial. Actualmente
este tipo de tecnología usa simuladores para el aprendizaje, sin embargo esta
tipo de experiencias no proveen la satisfacción y sensación de operar maquinas
herramientas reales con limitaciones como uso de hardware, fluctuación de
energía, cuidado en choques del herramental, además de experimentar con la
introducción de parámetros de corte, ajuste de velocidades, encerado de piezas[2] [3]
Según Aktan
[4] mejora el aprendizaje para el
alumnado en un 27.36% en relación a problemas reales que con la comprensión
verbal, además de acostumbrar al estudiante al desarrollo en el puesto de
trabajo. Es importante promover la cultura de la innovación y el emprendimiento
desarrollando en los estudiantes habilidades blandas y digitales que le
permitan al estudiante desenvolverse en la industria combinando lo mejor de los
humanos y las máquinas de control numérico computarizado [5].
A este
campo o actividad se lo ha llamado facilidad de manufactura y también facilidad
de producción, con el fin de ayudar a los estudiantes a adquirir destrezas para
el manejo del software de programación tipo CAM y en el proceso operativo de la
máquina (sistema de sujeción, centrado de la pieza) [3]. La producción ecuatoriana tiene un
déficit, esto debido al proceso de fabricación de productos como lo dice la Red
Ecuatoriana de Aseguramiento de la Educación Superior: “Ecuador no ha logrado
aún poner en marcha un plan nacional que desarrolle las capacidades y
potencialidades en investigación y desarrollo tecnológico” “se evidencia la
necesidad de fortalecer activos fundamentales para el desarrollo del país, su
productividad y competitividad tales como la innovación” [6] .
El maquinado
mediante CNC moderno tiene alta precisión y fiabilidad para obtener formas
complejas [7]. Por lo tanto, se ha proyectado la
construcción de módulos de aprendizaje con mini máquinas CNC que en su
construcción cumplan normas para tolerancias dimensionales y geométricas ISO
286 y 2786 [8], [9], para diseño de productos.
Con este
nuevo cabezal se espera que haya oportunidades de aprendizaje realizando
trabajos de mecanizado de precisión [10]. De esta manera, la construcción de
una máquina CNC facilitará el desarrollo de proyectos utilizando una nueva
herramienta de trabajo conocida como CAD/CAM. El diseño y desarrollo de esta
máquina CNC se medirá la eficiencia mediante un control dimensional de
desplazamiento de los tres ejes para determinar la calidad del corte,
considerando parámetros de mecanizado.
Mediante el
diseño de marco cerrado usando un diseño tipo pórtico [4] [10] [11] [12], simétrico con estabilidad y construcción del CNC se pretende realizar
una máquina que sea rígida, resistente y que tenga estabilidad y una porta
herramienta con facilidad de extraer y cambiar el útil de mecanizado. Debido a
que se dispone de una mesa soporte estructurada en el cual se ensambla el
cabezal.
Por lo tanto, el objetivo de estudio es de: Diseñar y construir una máquina de control numérico computarizado empleando tolerancias ISO 286 y 2786 dimensionales y geométricas capaz de realizar, taladros, contorneados, mecanizados lineales, de forma en materiales de acrílico, madera y PCB, además de ser utilizados como módulos de aprendizaje y cubrir el déficit de puestos de trabajo.
La máquina tiene
la capacidad de desplazarse en los ejes X, Y, Z con movimientos sincronizados
que permitan el grado de precisión, Se mecanizará logotipos, figuras
geométricas, mecanizados paralelos, lo que nos permite hacer un control de
metrología dimensional y determinar el grado de precisión. Aprovechando todos
los beneficios que otorga los materiales normalizados en estado de suministro
para la mecanización de elementos en máquinas CNC aplicando metodologías que
propicien minimizar tiempos [13].
En base a
la bibliografía analizada, la metodología empleada en diversas máquinas CNC. Se
plantea como hipótesis: al construir una máquina router CNC utilizando Normas
ISO con tolerancias geométricas y dimensionales si mecanizan contorneados
geométricos que cumplan exigencias de la Norma ISO 286 y 2786.
Varios
estudios se han realizado con máquinas que poseen diseños para fabricación
similares [4] [10] [11] [12] [14] usando los mismos elementos de
transmisión y sujeción, sin embargo los materiales a utilizarse en la
estructura son MDF y solo en el [12] se utiliza un kit de armado en ninguno de los casos se ha tomado normas
de tolerancia dimensional y geométrica. La Universidad Nacional de Colombia con
sede en Bogotá realiza el diseño mediante ingeniería aplicada, obteniendo
excelentes resultados mediante el uso de MDF y perfilería de Aluminio [15].
Según Pahl
& Beitz [16], las metodologías de diseño en
ingeniería son una secuencia concreta de acciones para el diseño de sistemas
técnicos que derivan su conocimiento de la ciencia del diseño, de la psicología
cognitiva y de la experiencia práctica en diferentes campos.
La máquina
se modeló en un software tipo CAD. En base a la potencia requerida, se
seleccionó el tipo de motor, estos fueron anclados a la estructura y a los
tornillos de potencia en los ejes.
Se
utilizará un driver para el software que controlara los motores, Este programa
estará ingresado en un micro controlador ARDUINO, que actuara como cerebro de
los mecanismos. La construcción de la máquina CNC se realizó en tres etapas:
montaje mecánico (bastidor, pórtico, mesa de trabajo) Montaje eléctrico
(cerebro, motores, sensores de final de carrera) y la instalación del sistema
de control (software). El drive precisa la cantidad de avance por revolución
requeridos por el motor. Para ello las características del tornillo definirá el
avance de desplazamiento para cada eje. Debido a que se utilizaran los mismos
motores y tornillos en los tres ejes manteniendo la misma configuración para
todo el sistema. La cantidad de revoluciones por pulso se obtiene calculando el
paso del tornillo por el número de entradas.
Tras el
montaje del dispositivo se debe comprobar que no haya efectos de retroceso que
afectaran la precisión de la máquina. Para evaluar la precisión de mecanizado
se efectuará seguimiento en geometría básica como una línea recta, un cuadrado
y un círculo. Se realizarán los dibujos en un software para modelado.
Posteriormente con ayuda de un software tipo CAM proporciona parámetros máximos
de mecanizado como profundidad de corte y velocidad de avance, revoluciones por
minuto y tipo de herramienta esto con la finalidad de establecer los límites de
la máquina,
Los códigos
de programación G se los puede obtener en forma manual o por ayuda de software
especializado, los mismos que llevará a cero los tres ejes y se correrá el
programa. Una vez realizado el mecanizado, se evaluará las dimensiones de las
líneas de seguimiento de mecanizado con instrumento de medición lineal un micrómetro
de 0.01 mm usando técnicas de metrología dimensional y se comparará con las
cotas mencionadas en el dibujo
En la etapa de
diseño se detalla los procesos de fabricación utilizados, materiales
disponibles, la metodología de mecanizado, aplicación de normas ISO de
fabricación mecánica, resistencia mecánica de los materiales y costos de todo
el proceso de diseño y construcción de una máquina CNC, con mayor influencia
sobre las etapas iniciales. El equipo se desarrolló realizando una
investigación de las tecnologías disponibles y la demanda de los diferentes
sectores locales, tales como fabricantes de carteles, moldes, maquetas prototipos,
decoraciones, ornamentos, entre otros.
En base a los
resultados obtenidos se procedió a realizar el diseño mecánico, electrónico, y
la lógica del control de un equipo cuyas características técnicas pudiera
satisfacer a la mayoría de estos sectores y sea accesible.
Cabe destacar que
el diseño contempló la provisión de componentes de fabricación en máquinas herramientas.
Este análisis se considera de importancia para el éxito del proyecto. En la
figura 1 se muestra las partes constitutivas del router CNC
Figura 1 Partes del CNC Router
En la fase del
diseño ha de establecerse las especificaciones técnicas del sistema de
movimiento como son:
Ø Altura 300 mm
Ø Largo 300 mm
Ø Ancho 300 mm
Ø Material de la maquina: acero A36
Ø Peso aproximado de la máquina 13.5
kg.
Ø Área de trabajo de trabajo de la máquina de 150 mm x 150 mm x 20mm.
Control dimensional de la altura de la
máquina teniendo en cuenta la tolerancia admisible de 0,2 mm/m es posible
realizar con pie de rey de 1/50 de mm o un micrómetro de 0.01mm de precisión, permitiendo
ajustarse al planteamiento del diseño.
En diseños de manufactura se debe considerar
métodos alternos para fabricar una pieza o un producto o para efectuar una
operación individual, los costos varían en relación con materiales, esta
variable puede ser considerada y detallada para evaluar a fondo su efecto en
los costos unitarios. El empleo de materiales de fácil disponibilidad y de
piezas comerciales permite lograr los beneficios de la producción. El empleo de
componentes estándar, simplifica los procesos de fabricación, facilita las
compras, evita las inversiones en herramientas y equipo y acelera el ciclo de
manufactura. [13]
Al ser un prototipo se usó materiales que
faciliten la mecanización en máquinas herramientas convencionales como torno y
fresadora además puedan ayudarnos a cumplir con tolerancias dimensionales y geométricas,
estas se detallan a continuación.
Acero
ASTM A36 (Estructura base)
Acero laminado en caliente se produce en una
gran variedad de secciones transversales, se utiliza en la estructura de la
máquina para brindar rigidez y evitar pernos de anclaje. Su costo es de un 30 %
más bajo que el acero acabado en frio. [17]
Nylon 6 extruido. (Soporte de rodamientos lineales)
Se utiliza en los soportes que unen a la
mesa de trabajo (eje X) y a la torre eje (Y-Z), ya que posee una elevada
resistencia al choque y a la fatiga, es de baja densidad esto con el objetivo
de disminuir la potencia de los motores. Su elasticidad permite la absorción de
las vibraciones o impactos, por lo que en los cojinetes trabajan de forma
silenciosa. [17]
Aluminio 1060-O. (Mesa de trabajo)
Al tener una mesa que tenga plenitud en el
mecanizado y que además ofrezca una elevada relación resistencia /densidad lo
vuelve un material ideal para este funcionamiento, además de ser resiste la
corrosión. [17]
Acero AISI 1045. (Base)
Al necesitar rigidizar las bases se utiliza
un acero para construcción mecánica que ante esfuerzos tenga pequeñas
deformaciones, que en estado de suministro tiene una resistencia mecánica a la
fluencia de 505 MPa y una elongación a la rotura del 12%. [17]
Acero SAE 1018 (Cajera de
rodamientos)
Se utiliza para alojamiento de rodamientos lo que garantiza un
funcionamiento adecuado en la rodadura de estos. Viene con tolerancias: h9 – h11
que se aplica en piezas con carga mecánicas no muy severas y con grados de
tenacidad importantes. [17]
Acero DIN
X4CrNiCuNb164 (Guías de los ejes X, Y, Z)
Para disminuir la flecha de deformación en
las guías se utiliza este tipo de acero con una resistencia mecánica a la
fluencia de 127 MPa y una elongación a la rotura del 10% con acabado brillante
y tolerancia ISO h8. [17]
Tornillería de acero inoxidable
M5,
M3, M8 de alta resistencia para el ensamblaje de las partes mecanizadas.
Acrílico de alto impacto (Estructura eje Z)
Con la finalidad de disminuir peso en la
torre que lleva los ejes Y y Z se utiliza acrílico y al ser resistente al
impacto. Posee características mecánicas, resistencia a la compresión de 1020
Kg/cm2, resistencia a la flexión de1020 Kg/cm2, resistencia
a la tracción 700 kg/cm2 y resistencia mecánica mínima de 200 gr/cm2.
[17]
Para el mecanizado se aplica las normas ISO 286 y 2785 de fabricación mecánica, como ajustes,
tolerancias geométricas, calidades superficiales y grados de rugosidad
normalizados, que son fabricados en laboratorios de mecanizado convencional
utilizando torno y fresadora con visualizador electrónico CN. Además de
instrumentos de medida como calibrador de 1/20, micrómetros de 0-25 mm,
25-50mm, micrómetro de interiores 0-25mm y 25-50mm, reloj comparador de
carátula de 0.01mm, goniómetros.
Base estructurada
Cuatro Placas, acero ASTM A36 de 300 x 70 x 6mm
Operaciones de
mecanizado
Mecanizado de componentes de la base con tolerancias de elementos
asociados mediante
Paralelismo entre caras, calidad IT5 y, perpendicularidad con
tolerancias de 0,1 mm/m como se muestra en la figura 2
Figura 2 Paralelismo
y perpendicularidad de base
Soporte de la
torre del eje Y-Z
Dos placas de acero A36 de 295 x 70 mm x 6mm, paralelismo entre caras,
calidad IT5 perpendicularidad en extremos 0,1 mm/m, como se muestra en la
figura 3.
Figura 3 Perpendicularidad
y paralelismo para toree eje Y-Z
Mesa de trabajo de
la máquina
Que consta de una placa de aluminio240 x 205
x 9mm, con paralelismo entre caras IT5, cuatro vértices 90°, ocho agujeros para
anclaje de pernos M6x1 como se muestra en la figura 4.
Figura 4 Tolerancias
geométricas en mesa de trabajo
Soportes para
rodamientos lineales
Mecanizado con tolerancias de elementos asociados, concentricidad entre
agujeros de 0.02 mm con ajuste Ø15J7, rodamiento Ø15h6, de
igual manera se muestra la tolerancia para la tuerca H7 y tornillo h6, como se
indica en la figura 5.
Figura 5 Tolerancias dimensionales y geométricas para rodamientos lineales
Cuatro guías acero inoxidable calidad h8 Ø 8mm de 320 mm de
longitud para el desplazamiento de rodamientos lineales como se indica en la
figura 1
Tres Tornillos de rosca trapecial Ø 8
mm, cuatro entradas con tratamiento térmico, para desplazamiento de la torre
con guías Y-Z y la mesa de trabajo eje X
Para el giro de los tornillos roscados de cuatro entradas se utiliza un
rodamiento rígido de bolas FAG 608 con calidad IT4 al agujero y al eje como
muestra en la figura 6
Figura 6 Tolerancia geométrica para alojamiento de rodamiento y rodamiento.
Cajera
de alojamiento de rodamientos
Mecanizado de cajeras con ajuste indeterminado para alojar el eje del rodamiento J7/h6 y el alojamiento a los soportes del eje z H7/h6 como se muestra en la figura 6.
En la figura 7 se muestra el mecanizado y montaje de los soportes, torre de desplazamiento del eje X y Y junto a la base estructurada.
Figura 7 Mecanizado
y montaje de partes para CNC router
La potencia necesaria del motor se calcula considerando la estructura
general del sistema y el peso de los ejes [18]
Donde:
P = Potencia
del motor durante el corte (W)
Tt = Momento
total durante el corte (N*m)
Nm =
Velocidad del motor (rpm)
Pa =
Potencia del motor sin carga (W)
JL = inercia
total (kg-m2)
ta = tiempo
de aceleración (s)
La potencia mínima para cada eje se muestra en
la tabla 1.
Tabla 1 Requerimientos de
la potencia de los motores
|
|
Eje X (watt) |
Eje Y (watt) |
Eje Z (watt) |
|
Potencia durante el corte |
0.7W |
1.4 W |
1.7 W |
|
Potencia sin carga |
0.6 W |
0.25 W |
0.3 W |
Para integrar el control pertinente a la mini maquina CNC, se establece las características técnicas para los motores pasos a paso que se integran en los ejes X, Y, Z y que se detalla en la siguiente tabla según el datasheet del fabricante.
Tabla 2 Características técnicas del motor
|
Motor |
Bipolar paso a paso Nema 17 |
|
Modelo |
Ks42STH40 |
|
Amperaje |
1.2 A |
|
Torque |
4000g.cm |
|
Pasos |
1.8° Por cada mm (200 pasos por revolución). |
Para el control de los motores se utiliza el driver A4988 debido a su fiabilidad y robustez, de acuerdo a datos de su hoja técnica permite manejar una tensión máxima de 2A, MicroStep 35V como se muestra en la figura 8.
Figura 8 Diver para motor
Nema 17 [19]
El driver para un control eficiente del motor necesita que se calibre la resistencia que detecta su corriente regulada de PWM. Para ello utilizamos la fórmula IMAX = VREF / (8 × RS) y se calcula el voltaje de referencia
RS es la resistencia RSMD que trae el driver y puede ser de (50 o 100) SMD, antes de utilizar este valor lo transformamos en OHM.
El motor se maneja con pasos completo por ende el motor va a consumir el 70% de la corriente dato obtenido de la tabla de la secuencia de pasos, por lo tanto, el voltaje de referencia debe estar limitado al 70% de 0,96 que equivale a 0.762 V
Para el manejo de los tres motores se utiliza una shield CNC que se conecta al ARDUINO 1, con un voltaje de alimentación de 12 voltios, uno vez insertados los drivers, se ubica el multímetro un pin a tierra y el otro sobre sobre el potenciómetro el que se regula hasta tener el nuevo voltaje de referencia conectamos los motores y cargamos el software GRBL (software libre).
Se realizan pruebas para establecer los
valores máximos de mecanizado en relación a velocidad de avance, profundidad de
corte y revoluciones por minuto de la herramienta que se muestra en la tabla 2.
Tabla 3 Parámetros máximos de mecanizado en Router CNC
|
Parámetros |
Madera |
Acrílico |
|
Velocidad
de avance (m/min) |
5 |
5 |
|
Profundidad
de corte (mm) |
1.5 |
0.5 |
|
Revoluciones
por minuto (RPM) |
1200 |
800 |
Los resultados son
validados mediante el mecanizado de tres geometrías básicas en MDF de
dimensiones 200 x 200 x 5 mm con los parámetros máximos de mecanizado como
velocidad de avance, profundidad: una línea recta, un cuadrado y una
circunferencia, los mismos que servirán para verificar la tolerancia geométrica
de rectitud, paralelismo, redondez y planitud lo que establecerá la tolerancia
de la máquina construida.
Para establecer la
tolerancia de rectitud, paralelismo, circularidad y planitud se utiliza metrología
dimensional con un micrómetro de exteriores con apreciación de 0.01mm entre el
punto cero de pieza asignado en la máquina y el mecanizado como se muestra en
la figura 9.
Figura 9 Geometría para verificación
de rectitud, circularidad y paralelismo
Los códigos G para cada geometría se muestra en la tabla.
Tabla 4 Programación para mecanizado de geometrías en router CNC
|
Códigos
G para recta |
|
O0001
(Recta) N100
G21 N102
G0 G17 G40 G49 G80 G90 N104
T1 M6 N106
G0 G90 G54 X-62.5 Y0. A0. S2000 M3 N108
G43 H210 Z25. N110
Z10. N112
G1 Z-1. F5 N114
X62.5 F5 N116
G0 Z25. N118
M5 N120
G91 G28 Z0. N122
G28 X0. Y0. A0. N124
M30 % |
|
Códigos
G para cuadrado |
|
N100
G21 N102
G0 G17 G40 G49 G80 G90 N104
T210 M6 N106
G0 G90 G54 X62.5 Y62.5 A0. S2000 M3 N108
G43 H210 Z25. N110
Z10. N112
G1 Z-1. F5 N114
X-62.5 F5 N116
Y-62.5 N118
X62.5 N120
Y62.5 N122
G0 Z25. N124
M5 N126
G91 G28 Z0. N128
G28 X0. Y0. A0. N130
M30 % |
|
Códigos
G para circunferencia |
|
N100
G21 N102
G0 G17 G40 G49 G80 G90 N104
T210 M6 N106
G0 G90 G54 X62.5 Y0. A0. S2000 M3 N108
G43 H210 Z25. N110 Z10. N112 G1 Z-1. F5 N114 G3 X0. Y62.5 I-62.5 J0. F5 N116 X-62.5 Y0. I0. J-62.5 N118 X0. Y-62.5 I62.5 J0. N120 X62.5 Y0. I0. J62.5 N122
G0 Z25. N124
M5 N126
G91 G28 Z0. N128
G28 X0. Y0. A0. N130
M30% |
Los valores de cada uno de los mecanizados se registran en la tabla 4, 5, 6, 7 y han sido encontrados usando la metrología dimensional.
Tabla 5 Tolerancia de rectitud en
mecanizado de Router CNC construida.
|
Diseño del modelo (mm) |
Metrología dimensional (mm) |
Tolerancia Geométrica (mm) |
|
|
X0 |
Y0 |
Y1 |
Y2 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
125 |
0 |
0,01 |
0,0125 |
Tabla 6 Tolerancia de rectitud en
mecanizado de Router CNC construida.
|
Diseño del modelo |
Metrología dimensional (mm) |
Tolerancia Geométrica (mm) |
|||
|
X0 |
Y0 |
X1 |
ΔX |
X1 |
ΔX |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
125 |
0 |
125,01 |
0,005 |
125,01 |
0,005 |
Tabla 7 Tolerancia de
rectitud en mecanizado de Router CNC construida.
|
Diámetro nominal (mm) |
Metrología dimensional (mm) |
Tolerancia Geométrica (mm) |
|
|
Φ min. |
Φ máx. |
Δ Diámetro |
Δ Diámetro |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
124,995 |
125,01 |
0,015 |
0,02 |
Para la planicidad se analiza la profundidad de corte, en todos los
mecanizados, esto con respecto al eje Z, los resultados se muestran en la tabla
8.
Tabla 8 Tolerancia de rectitud en mecanizado de Router CNC construida
|
Diseño del modelo (mm) |
Metrología dimensional (mm) |
Tolerancia Geométrica (mm) |
|
|
X0 |
Z0 |
Y |
Y |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0,02 |
0,001 |
En la figura s 10,11 y 12 se muestra que la tolerancia de la máquina
construida está dentro de los parámetros según Norma ISO para tolerancia
Geométricas.
Figura 10 Comparación de valores para el diseño, metrología y tolerancia geométrica de la rectitud.
Figura 11 Comparación de valores para el diseño, metrología y tolerancia geométrica de paralelismo
Figura 12 Comparación de
valores para el diseño, metrología y tolerancia geométrica de circularidad.
Figura 13 Comparación de
valores para el diseño, metrología y tolerancia geométrica de planitud.
El funcionamiento fue
ratificado mediante pruebas, interpolación lineal, contorneados de grabado,
corte fresado de materiales de baja y mediana resistencia mecánica al viruteado
como la madera y el acrílico, logrando resultados muy satisfactorios para los
sectores descritos, estos se muestran en la figura 14.
Figura 14 Pruebas
de mecanizado en madera y acrílico
Las pruebas de
funcionamiento del prototipo construido muestran que se realizó un adecuado
diseño y construcción de un módulo de aprendizaje el cual es muy práctico y
útil para el uso en los talleres de metal mecánica.
Para la validación de los resultados, los ensayos realizados muestran
una pequeña inexactitud en la alineación, pero que cumplen con las tolerancias
establecidas inicialmente, estos se deben a errores en el ensamblaje de la
máquina e imprecisión del componente de la máquina, este prototipo contiene una
inclinación de 4.58 E-03° en el eje X y una inclinación de 2.29E-03 ° en el eje
Y. Estos dos cumplen con normas de fabricación. En el eje Z hay una variación
mayor a lo requerido en normas como se muestra en la figura 13, esto puede ser
por el valor de la flecha de deformación debido al fenómeno de flexión. A pesar
de esto se considera un buen prototipo ya que posee una interfaz fácil de
operar, alta velocidad, menor consumo de energía, fácil de programar, mayor
flexibilidad para la creación rápida de prototipos ya que la inversión es mucho
inferior a una industrial.
[1] S.
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