Información esencial que debe conocer antes de entender o aprender programación CNC

Antes de comprender o aprender la programación CNC, debemos aclarar qué conocimientos necesitamos dominar.

¿Qué habilidades o conocimientos debe adquirir antes de entender o aprender la programación CNC?

1. Contar con una sólida base mecánica y conocimientos sobre la geometría de las piezas y el diseño de utillajes puede resultar beneficioso, ya que permite comprender mejor los procesos de mecanizado y los componentes que se están programando.

2. La programación CNC abarca tanto la programación manual como la programación automática. La programación manual suele implicar escribir código directamente, lo que requiere una base en matemáticas y una comprensión clara del sistema de coordenadas cartesianas y de las direcciones de los ejes (X, Y, Z y sus valores negativos). Estos conocimientos son fundamentales para una programación precisa.

3. Mientras aprendes a dibujar rápidamente en 2D y Modelado CAD (El diseño en 3D) puede ayudar a comprender los aspectos visuales de la programación CNC, pero no es necesariamente un requisito previo.

4. Sentir pasión por la maquinaria y estar interesado en el rendimiento y el funcionamiento de marcas concretas de máquinas (como Mitsubishi, FANUC, Siemens y Haas) puede aumentar la motivación y el compromiso. Sin embargo, la experiencia práctica en el manejo de las máquinas no es estrictamente obligatoria para empezar a aprender la sintaxis de la programación CNC.

5. Observar el funcionamiento real de las máquinas CNC in situ, incluidos aspectos como la velocidad de la herramienta, el avance y la profundidad de corte, puede proporcionar valiosas perspectivas y conocimientos prácticos que pueden mejorar las habilidades de programación CNC.

6. El aprendizaje diligente, el pensamiento crítico, tomar notas minuciosas y aprender de los errores son esenciales para el aprendizaje eficaz y el dominio de la programación CNC o de cualquier habilidad.

¿Qué herramientas de software se utilizan en la programación CNC?

Programación manual y programación automática en la programación CNC

Como ya se ha mencionado, en la programación CNC existen dos enfoques principales para crear programas: manual y automático.

Programación manual:

La programación manual consiste en escribir directamente el código del programa CNC utilizando un editor de texto o un software especializado. El programador debe conocer las capacidades de la máquina CNC y el lenguaje de código G (estandarizado según el formato RS-274 ^[1]), y la sintaxis específica que requiere el controlador de la máquina.

El proceso de programación manual suele implicar:

Escribir líneas individuales de instrucciones de código G para definir los movimientos de la herramienta, las velocidades del husillo, los avances y otros parámetros.

Cálculo de coordenadas precisas para trayectorias de herramientas basadas en la geometría de la pieza mediante cálculos matemáticos y trigonometría.

Tener en cuenta los cambios de herramienta, la configuración de la pieza de trabajo, las compensaciones de la herramienta y otros factores para garantizar operaciones de mecanizado precisas y eficientes.

La programación manual permite un control preciso del proceso de mecanizado, posibilitando la personalización y el ajuste fino del código. Suele utilizarse en aplicaciones de mecanizado complejas o únicas en las que la programación automática puede no ser adecuada o eficaz.

Programación automática:

La programación automática, conocida universalmente como fabricación asistida por ordenador (CAM), consiste en utilizar un software especializado para generar automáticamente programas CNC. El software genera el código del programa a partir de datos como la geometría de la pieza, la información sobre las herramientas, las operaciones de mecanizado y otros parámetros.

El proceso de programación automática suele incluir lo siguiente:

Importar o crear un modelo 3D o un archivo CAD de la pieza a mecanizar.

Definir las operaciones de mecanizado, las herramientas y los parámetros de mecanizado dentro del software CAM.

El software genera automáticamente el código del programa CNC, incluidas las trayectorias de las herramientas, las velocidades, los avances y otras instrucciones.

La programación automática ofrece varias ventajas, como el aumento de la productividad, la reducción del tiempo de programación y la posibilidad de simular y optimizar las trayectorias de las herramientas antes del mecanizado. Suele utilizarse en industrias con grandes volúmenes de producción o tareas de mecanizado repetitivas.

Tanto la programación manual como la automática tienen sus propios méritos. Se utilizan en función de los requisitos específicos del proyecto, la complejidad de la pieza, la experiencia del programador y otros factores. Muchos programadores de CNC utilizan técnicas de programación manual y automática para conseguir los mejores resultados.

Pasos de la programación CNC

Flujo de trabajo de la programación manual

1. Análisis del plano de la pieza y planificación del proceso Esto implica analizar el plano de la pieza, comprender las dimensiones y los requisitos técnicos, determinar el plan de procesamiento y secuenciar las operaciones, diseño de instalaciones si es necesario, seleccionar las herramientas adecuadas y planificar la trayectoria de la herramienta y los parámetros de corte.

2. Procesamiento matemático: Se establece un sistema de coordenadas de la pieza basándose en sus características geométricas. La trayectoria de la herramienta se calcula dentro de este sistema de coordenadas, teniendo en cuenta los puntos inicial y final de los elementos geométricos, los centros de los arcos circulares y las intersecciones o puntos tangentes entre los elementos geométricos. En el caso de los perfiles 2D estándar, se aplica trigonometría básica para hallar los puntos de intersección. (Nota: el cálculo manual de puntos discretos para superficies 3D complejas ha quedado prácticamente en desuso hoy en día y se gestiona exclusivamente mediante software CAM).

3. Escribir la lista del programa de pieza: La ruta de procesamiento y los parámetros de proceso determinados se traducen al código de comandos del sistema CNC y al formato de segmento de programa. El programa de pieza se escribe línea por línea, siguiendo la sintaxis y las convenciones de programación especificadas.

4. Entrada de programas: mientras que las generaciones anteriores utilizaban cintas de papel perforadas, las máquinas CNC modernas cargan los programas principalmente a través de memorias USB, redes Ethernet, Wi-Fi o conexiones de control numérico directo (DNC), y solo utilizan el teclado MDI de la máquina para realizar modificaciones menores.

5. Verificación del programa y primer corte de prueba: El programa escrito debe verificarse y probarse antes del mecanizado. La verificación consiste en comprobar la trayectoria de movimiento de la máquina ejecutando el programa sin cortar la pieza de trabajo, un proceso de validación estándar conocido comúnmente como “prueba en seco” (corte en vacío). Si la máquina CNC dispone de pantalla gráfica, se puede utilizar la simulación para visualizar el proceso de corte con la herramienta. Sin embargo, el primer corte de prueba en la pieza real es fundamental para evaluar la precisión de las piezas mecanizadas y realizar los ajustes necesarios en los parámetros de corte y las trayectorias de la herramienta.

Flujo de trabajo de la programación automática

1. Importación o creación de modelos CAD

El primer paso es importar un modelo 3D de la pieza que se va a mecanizar al software de CAM. El modelo 3D puede importarse del software CAD o crearse directamente en el software CAM.

2. Definir las operaciones de mecanizado

A continuación, el programador define las operaciones de mecanizado que se deben realizar en la pieza. Esto incluye especificar Fresado CNC operaciones como el desbaste, el acabado, el taladrado, el contorneado y el fresado de cavidades. Cada operación tiene parámetros específicos, como la selección de la herramienta, las velocidades y avances de corte, las profundidades de corte, los pasos laterales y los márgenes de seguridad.

3. Generación de sendas

A partir de las operaciones de mecanizado definidas, el software CAM genera una trayectoria de herramienta que representa el movimiento de la herramienta y la estrategia de mecanizado en las superficies de la pieza. Las trayectorias de herramienta se calculan teniendo en cuenta factores como la geometría de la herramienta, su orientación, la prevención de colisiones y algoritmos avanzados de optimización cinemática. ^[2].

4. Simulación y verificación

Una vez generadas las sendas, el programador puede simular el proceso de mecanizado dentro del software CAM. Esta simulación permite visualizar el movimiento de la herramienta, detectar posibles colisiones o errores y garantizar que la trayectoria de la herramienta está optimizada y es adecuada para la pieza.

5. Tratamiento posterior

Una vez finalizada y verificada la trayectoria de la herramienta, el software CAM realiza el postprocesado. Esto implica convertir la trayectoria de la herramienta en instrucciones de código G específicas de la máquina que la máquina CNC pueda entender. El postprocesador adapta la salida del código G para que coincida con los requisitos particulares de sintaxis y formato del controlador de la máquina CNC de destino.

6. Transferencia a la máquina CNC

El programa de código G generado se transfiere a la máquina CNC a través de una conexión directa o de medios de almacenamiento externos como unidades USB o transferencias de red. El programa se carga en el controlador de la máquina, listo para su ejecución.

7. Configuración y ejecución de la máquina

La máquina se configura antes de ejecutar el programa CNC con los útiles de sujeción, las herramientas de corte y la alineación de la pieza de trabajo adecuados. Una vez que todo está en su sitio, se ejecuta el programa CNC y la máquina realiza las operaciones de mecanizado programadas en la pieza.

código diferente en la programación CNC

Códigos G (códigos preparatorios)

Códigos G Se utilizan para definir diversas funciones y operaciones preparatorias. Estos códigos especifican el movimiento de la herramienta, los modos de mecanizado, los sistemas de coordenadas y otros parámetros. Algunos códigos G habituales son G00 (posicionamiento rápido), G01 (interpolación lineal), G02/G03 (interpolación circular), G17/G18/G19 (selección de plano) y G90/G91 (posicionamiento absoluto/incremental).

Códigos M (Códigos varios)

Los códigos M se utilizan para controlar funciones diversas de la máquina, como el funcionamiento del husillo, refrigerante encendido/apagado, cambios de herramienta y paradas de la máquina. Varían en función de la marca y el modelo de la máquina. Algunos ejemplos de códigos M son M03/M04 (husillo en sentido horario/antihorario), M05 (parada del husillo), M06 (cambio de herramienta) y M08/M09 (encendido/apagado del refrigerante).

Códigos T (selección de herramientas)

Los códigos T se utilizan para especificar el número de herramienta o el corrector de herramienta que debe utilizarse para el mecanizado. Estos códigos indican qué herramienta del almacén de herramientas o del portaherramientas debe engranarse para una operación determinada. Por ejemplo, T01 selecciona la herramienta número 1, T03 selecciona la herramienta número 3, y así sucesivamente.

Código S (velocidad del husillo)

El código S se utiliza para definir la velocidad del husillo deseada para la operación de mecanizado. El valor que sigue al código S representa la velocidad del husillo en RPM (revoluciones por minuto). Por ejemplo, S1000 establece la velocidad del husillo en 1000 RPM.

Código F (velocidad de avance)

El código F se utiliza para especificar el avance al que se desplaza la herramienta por la trayectoria programada. El valor que sigue al código F representa el avance en unidades por minuto. Por ejemplo, F200 establece el avance en 200 unidades por minuto.

Códigos X, Y, Z y otros ejes

Estos códigos especifican las coordenadas y posiciones de la herramienta a lo largo de diferentes ejes. El código X representa la posición a lo largo del eje X, el código Y representa la posición a lo largo del eje Y y el código Z representa la posición a lo largo del eje Z. Se pueden utilizar códigos de eje adicionales para máquinas con más ejes, como A, B, C, etc.

Códigos Dwell

Los códigos de pausa detienen la máquina en una posición concreta o durante un tiempo determinado. El tiempo de pausa se especifica mediante el código P, que indica el tiempo de pausa en segundos. Por ejemplo, G04 X2,0 (o G04 P2000, ya que la dirección P suele utilizar milisegundos en los controles estándar de Fanuc) haría que la máquina se detuviera durante 2 segundos.

Entre los distintos códigos que se utilizan en la programación CNC, el código G es el más habitual. Los códigos G son fundamentales para la programación CNC, ya que definen el movimiento de la máquina (regido por la norma ISO 6983) y controlan diversos aspectos del proceso de mecanizado.

Palabra final

La programación CNC implica numerosas consideraciones cruciales que merecen una cuidadosa atención. Dada la oportunidad, tengo la intención de dedicar un artículo en el futuro a discutir exhaustivamente los aspectos clave que requieren atención en la programación CNC.

Referencia

[1] Kramer, T. R., Proctor, F. M. y Messina, E. R. (2000). El intérprete NIST RS274NGC – Versión 3. Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST). https://doi.org/10.6028/NIST.IR.6556

[2] Altintas, Y. (2012). Automatización de la fabricación: mecánica del corte de metales, vibraciones de las máquinas-herramienta y diseño CNC (2.ª ed.). Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511843723