DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA MAQUINA ROUTER CNC PARA USO DIDÁCTICO

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TABASCO

DIVISIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES

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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA MAQUINA ROUTER CNC PARA USO DIDÁCTICO

PROFESOR:

Trinidad Cruz Sánchez

INTEGRANTES:

Rafael Lemus Vidal

2 “A” ING. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Contenido

Introducción3

Objetivo General4

Objetivos específicos4

Alcances4

Planteamiento del problema5

Justificación6

Antecedentes7-11

MARCO TEÓRICO12

CNC (Control Numérico Computarizado)12

Control Numérico por Computadora en Fresadoras13

Router CNC 13

Justificación13

Sistema mecánico y estructura del router14

Sistema de automatización y control15

Maquinaria de corte15

CAD/CAM16

SOFTWARE QUE SE UTILIZAN PARA HACER LAS PRÁCTICAS17

Inkscape:17

SketchUp18

Materiales y Equipo a Utilizar para la Realización del Proyecto19

MARCO APLICATIVO20

Proceso para el mecanizado de una pieza20-22

Ficha Técnica23-24

ANEXOS25-33

Conclusión34

INTRODUCCIÓN

A nivel industrial en los procesos de manufactura para el mecanizado de moldes, circuitos impresos en pcb, entre otros mecanizados, las máquinas de control numérico computarizado (CNC), han tenido un gran auge desde los sesenta y setentas con la invención del microchip y la implementación de este y los procesos de mecanizado, actualmente las tendencias de automatización en la industria, exigen empleo de equipo especial para controlar y llevar a cabo los procesos de fabricación, donde prevalece que los automatismos sean de fácil operación y mayor exactitud.

El proyecto se encuentra enfocado básicamente a la necesidad que existe de la automatización a menor costo, que los alumnos, técnicos, ingenieros, personas con el entusiasmo de saber, tengan la oportunidad de conocer el funcionamiento de una CNC en la práctica a menor costo.

Para poder mejorar esta situación se pretende utilizar la técnica del reciclado y el internet con los que podemos crear una fresadora didáctica desde cero hasta llegar a ser de alta calidad y de óptimo desempeño.

OBJETIVO GENERAL

Rediseñar e implementar una máquina router CNC para uso didáctico, mediante la utilización de equipo y herramienta convencional.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Realizar investigaciones
• Construir el chasis de la máquina.
• Elaborar la parte electrónica y programación.
• Unir los componentes mecánicos, eléctricos y electrónicos al chasis.
• Verificar el correcto funcionamiento de interfaz entre software-hardware.

ALCANCES

• La máquina estará destinada para trabajar con materiales blandos como madera y plásticos, no obstante será la base para diseñar y construir máquinas más accesibles.

• La operación de maquinado tridimensional se limitara a 2.5D, que implica que se trabajara con trayectorias en el plano XZ con la posición en el eje Y constante.

• El control de la máquina CNC se hará por medio de software libre.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la actualidad existen fresadoras CNC pero el costo es muy alto, al implementar nuevas tecnologías y utilizar la ya conocidas, podremos mejorar lo que hoy en día es prácticamente inalcanzable.

Gracias a la técnica del reciclado y el internet podemos crear una fresadora didáctica des de cero hasta llegar a ser de alta calidad y de optimo desempeño

Se usaran los recursos de open source y conocimientos básicos de electrónica para rediseñar lo que se nos ha negado por ser de alto costo.

JUSTIFICACIÓN

Esta máquina ya existe en el mercado pero con altos precios, garantía limitada, además de que en nuestro país no se fabrican. Nuestro proyecto estará fabricado con un material ecológico y un precio más accesible para el usuario.

Con el Router CNC se podrá tallar perforar y cortar en madera, metal y plástico podemos tomar cualquier dibujo de internet y plasmarlo en el material que queramos. Incluso podemos hacer los circuitos impresos o PCB de una forma más ecológica y más sana ya que el cloruro férrico es tóxico.

ANTECEDENTES

El termino control numérico por computador fue introducido en la década de 1950, cuando los comandos de programación eran códigos numéricos. El operario escribía manualmente dichos códigos para la máquina.

Desde entonces se han desarrollado lenguajes simbólicos para comunicar instrucciones a las maquinas herramientas. Por ejemplo, las aplicaciones de diseño asistido por computador (CAD) y de fabricación asistida por computador (CAM) con las cuales puede dibujar una pieza como una serie de líneas y curas, que se denominan geometrías de la pieza. Las geometrías se utilizan para generar automáticamente instrucciones de código NC para la máquina herramienta.

• En 1770 Su inicio fue en la revolución industrial en 1770 las maquinas eran operadas a mano, al fin se tiende más a la automatización ayudo el vapor, electricidad y materiales avanzados.

• En 1818 La primera máquina de fresar se construyó en 1818 y fue diseñada por el estadounidense Eli Whitney con el fin de agilizar la construcción de fusiles en el estado de Connecticut.
• En 1848 el ingeniero americano Frederick. W. Howe diseñó y fabricó para la empresa Robbins & Lawrence la primera fresadora universal que incorporaba un dispositivo de copiado de perfiles. Por esas mismas fechas se dio a conocer la fresadora Lincoln, que incorporaba un carnero cilíndrico regulable en sentido vertical. A mediados del siglo XIX se inició la construcción de fresadoras verticales. Concretamente, en el museo Conservatoire National des Arts et Métiers de París, se conserva una fresador

• En 1853La primera fresadora universal equipada con plato divisor que permitía la fabricación de engranajes rectos y helicoidales fue fabricada por Brown & Sharpe en 1853, por iniciativa y a instancias de Frederick W. Howe, y fue presentada en la Exposición Universal de París de 1867. En 1884 la empresa americana Cincinnati construyó una fresadora universal que incorporaba un carnero cilíndrico posicionado axialmente.

• En 1874, el constructor francés de máquinas-herramienta Pierre Philippe Huré diseñó una máquina de doble husillo, vertical y horizontal que se posicionaban mediante giro manual.
• En 1894 el francés R. Huré diseñó un cabezal universal con el que se pueden realizar diferentes mecanizados con variadas posiciones de la herramienta. Este tipo de cabezal, con ligeras modificaciones, es uno de los accesorios más utilizados actualmente en las fresadoras universales.
• En 1938 surge la compañía Bridgeport Machines, Inc. en Bridgeport, Connecticut, la cual en las décadas posteriores se hace famosa por sus fresadoras verticales de tamaño pequeño y mediano.
• En 1940 El primer desarrollo en el área del control numérico por computadora (CNC) lo realizó el inventor norteamericano John T. Parsons junto con su empleado Frank L. Stulen, en 1940. El concepto de control numérico implicaba el uso de datos en un sistema de referencia para definir las superficies de contorno de las hélices de un helicóptero. La aplicación del control numérico abarca gran variedad de procesos.
• Hacia 1942 surgió lo que se podría llamar el primer control numérico 
  verdadero, debido a una necesidad impuesta por la industria aeronáutica para la realización de hélices de helicópteros de diferentes configuraciones. Desarrollo Histórico del Control Numérico. Los primeros equipos de CN con electrónica de válvulas, relés y cableados, tenían un volumen mayor que las propias máquinas-herramientas, con una programación manual en lenguajes máquina muy complejo y muy lenta de programar.
• En 1945 al fin de la 2 guerra mundial se desarrolló la computadora electrónica.
• En 1949 el principal objetivo en el desarrollo de las máquinas de control numérico fue la precisión. Para 1949 la idea ya tenía 500 años en la mente del hombre.
• En 1950 Valvulas electronicas y reles.
• En los 50´s se uso la computadora en una maquina herramienta. No paso mucho tiempo hasta que la computación fue incorporada masivamente a la producción.

Máquinas de control numérico.

• 1952.- John C. Parsons y el Instituto Tecnológico de Massachusetts desarrollaron la primera máquina fresadora de control numérico, construida con bulbos, usando un código binario y cinta perforadora.
• 1954.- Se desarrolló un lenguaje simbólico llamado APT Automatically Programmed Tool, Programación automática de la herramienta.
• En 1955 Las primeras máquinas CNC comerciales se presentaron en la feria       Nacional Machine Tool Show de 1955. 
• En 1956 La primer máquina CNC que redujo la producción de 8 horas a 15 minutos fue desarrollada por John Runyon. En 1956, la Fuerza Aérea de Estados Unidos aceptó la propuesta para producir el lenguaje de programación de control numérico.
• 1957.- La Bendix Co. Comenzó a construir máquinas en forma comercial, usadas primeramente por la fuerza aérea de E.U.
• En 1958 El lenguaje estándar G-Code se desarrolló en el Laboratorio de Servomecanismos del MIT en 1958, siendo adoptado por muchos fabricantes de maquinaria. 
• En los 60´s con los chips se reduce el costo de los controladores
• En 1960 Transistores
• 1971.- Hasta este año la AIA (Aerospace Industry Association) el MIT y el ITRI (Illinois of Technology Research Institute) trabajaron en el desarrollo del lenguaje APT. El lenguaje APT inicial era suficiente para operaciones de taladrado, torneado o fresado recto, sin embargo estas no son suficientes para las operaciones de maquinado.
• 1975 Microprocesadores A principios de los setentas se empezó a aplicar mas pequeño y económico apareciendo asi el CNC ( Control Numerico Computarizado), que permite que un mismo control numerico pueda aplicarse a varios tipos de máquinas distintas sin mas que programar las funciones de control para cada máquina en particular. Las tendencias actuales de automatización total y fabricación flexible se basan en máquinas de CNC conectadas a un ordenador central con funciones de programación y almacenamiento de programas.
• Cuando en 1976 se aplicó el microprocesador a las computadoras, se dio un enorme salto en el desarrollo del CNC, haciéndose posible las interpolaciones rectas y curvas entre ejes.
• 1982.- Se desarrollaron los primeros sistemas flexibles de manufactura FMS
• 1985 Circuitos integrados A finales de los sesentas nace el control numérico por ordenador. Las funciones de control se realizaban mediante programas en la memoria del ordenador de forma que pueden adaptarse fácilmente con solo modificar el programa. En esta época los ordenadores eran todavía muy grandes y costosos, la única solución práctica para el CN era disponer de un ordenador central conectado a varias máquinas-herramientas que desarrollaban a tiempo compartido todas las funciones de control de las mismas.
• 1986.- Se desarrollaron los primeros sistemas de manufactura integrada. CIM
• 2017 CNC actual Gracias al creciente uso de las máquinas fresadoras de control numérico CNC, en nuestro país y en el mundo han aumentado las operaciones de fresado, a tal punto que muchos industriales consideran este método polivalente, dada la gran variedad de mecanizados que se pueden adelantar en estos equipos; la gran evolución que han tenido las herramientas (fresas) también ha influido en el incremento de la productividad, calidad y exactitud en diferentes operaciones de la industria metalmecánica.[pic 2]

De 1960 hasta la actualidad, para la mayoría de las empresas dedicadas a la fabricación, los procesos de optimización, basados en acortar tiempos de mecanizado y ampliar la vida de servicio de la herramienta, son las claves de una mayor eficiencia. Estrategias de fresado inteligente, como el proceso de fresado son la solución.

A pesar de estos avances histórico-tecnológicos fundamentales e importantes, en mexico no han existido soluciones eficientes y aplicables a nano empresas, talleres independientes y por supuesto para uso didáctico, por sus costos tan altos, por no estar al tanto de esta tecnología y no estar a la vista del público en general, su venta en este país no es muy conocida.

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