Un controlador o control CNC (Computer Numerical Control) es un dispositivo digital de control numérico (CNC) que cumple la función controlar máquinas herramientas y sus procesos. Ofrecen capacidades que van desde el control de una simple relación de movimiento de punto a punto, hasta el control de algoritmos muy complejos, con múltiples ejes de control. Los controladores CNC se utilizan para equipar a muchos tipos de maquinaria en un taller o planta fabril.
Algunos ejemplos incluyen Centros de Mecanizado Verticales y Horizontales (Vertical Machining Center y Horizontal Machining Center), tornos, Rectificadoras, equipos de Mecanizado por Descarga Electrostática (EDM), Routers, Pantógrafos de Oxicorte y Plasma-Corte, Patógrafos LASER y dispositivos para la inspección de equipos.
Hoy en día se ofrecen controladores CNC en forma de kits, para la modificación o conversión de una máquina herramienta manual a una máquina automática por CNC. El proceso de recambio de un sistema analógico NC
De esta forma, es posible prolongar la vida útil de una máquina usada, en buenas condiciones generales, dotándola de los medios tecnológicos más modernos, que le permitirán ofrecer mejores prestaciones en cuanto a velocidad y precisión. Estos kits incluyen componentes comunes, tales como el software, el cableado, y uno o varios generadores de señales, controladores y los motores.
Los motores pueden ser del tipo de Pasos Incrementales, también conocidos como Paso a Paso o Stepper. También pueden instalarse los más sofisticados servomotores. Tanto los primeros, como los segundos ofrecen ventajas y desventajas, que responden a las características de su solución técnica, que obviamente tienen implicancias directas en sus prestaciones y como es de esperar, también en sus valores de mercado.
Tanto los motores Stepper como los servomotores pueden ser controlados con extrema precisión y más aún si los mismos adoptan el uso motores de retroalimentación de posición, conocidos como codificadores o encoders. Aquí es oportuno aclarar que los encoders cumplen el mismo propósito que los resolvers, pero los primeros responden a una arquitectura electrónica digital, en cambio los segundos son de índole analógica y por esta razón existe una insalvable incompatibilidad entre ellos.
Los motores de pasos incrementales proporcionan el movimiento (pasos) en respuesta a la alternancia de los pulsos de corriente, que cambia la polaridad de los polos del estator.
La más relevante característica técnica o especificación de los controladores CNC está determinada por el número de ejes, que son capaces de gestionar, pero también entra en consideración la Interface Hombre-Máquina o HMI (Human Machine Interfase) y el entorno gráfico que habitualmente estas ofrecen, también referida como Interface Gráfica de Usuario o GUI (Graphical User Interfase), su flexibilidad de configuración y la plataforma informática sobre la cual opera.
Hoy en día es moneda corriente los controladores CNC configurados como paneles computarizados de control, instalados en el mismo gabinete o chasis de la máquina herramienta que controla. Otros están alojados en gabinetes independientes y separados de la misma. También hay controladores “de escritorio”, los cuales permiten a los operadores controlar los equipos y procesos de forma remota o desde oficinas separadas y próximas al entorno de trabajo. Existen alternativas que responden a necesidades de mejor ergonomía, los cuales adoptan la forma de paneles “colgantes”. En estos, los controladores cuelgan de un brazo articulado fijado al chasis de la máquina herramienta, permitiendo así su fácil reubicación de acuerdo a las necesidades del trabajo. Es también habitual encontrar controladores de “pedestal”, los cuales se asientan en la parte superior de un brazo fijo conectado a la máquina.
En estos últimos años se han generalizado los controladores con pantalla integral, pantallas táctiles y teclados en pantallas táctiles. Algunas de las características ofrecidas por los modernos controladores CNC incluyen alarmas y monitoreo de eventos, almacenamiento de datos en disco rígido, almacenamiento en dispositivos de memoria no volátil tipo “Flash”, tales como “Pen-Drives”, con conector Bus en Serie Universal (Universal Serial Bus o USB), “Memory Stick” con conexión tipo SD o Micro SD, así como también programas de almacenamiento de múltiples trabajos y su control simultáneo.
Los controladores CNC también se diferencian en términos del protocolo de comunicación industrial que adoptan. Los tipos más comunes son: Red de Recursos de Computador Conectado (ARCNET), Bus de Area de Control de Red (CAN-Bus), Red de Control (ControlNet), Data Highway Plus (DH +), DeviceNet, Ethernet 10 Base T o 100 Base-T, y el Proceso de Bus de Campo (PROFIBUS ®). También se emplean protocolos de comunicación por puertos paralelos, incluidos en la normativa IEEE 1284, nivel bi-direccional del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) de Estados Unidos de América del Norte.
Algunos controladores se conectan por medio de interfaces en serie, que realizan la transmisión de datos un bit a la vez y son el RS232, RS422 y RS485. También hay controladores CNC que utilizan el Bus en Serie Universal (USB) para su conexionado, el cual consta de 4 cables y velocidad de transmisión de 12 Mbps. Este por lo general se emplea para conectar a velocidades bajas o medias, dispositivos periféricos o computadoras personales (PC).
El lenguaje y modos de operación son consideraciones importantes a la hora de seleccionar el controlador CNC. Las opciones de lenguaje de un controlador CNC son: mapa de bits (entre ellos los más comunes son los que responden al formato BMP, JPG, TIF, PCX), programación conversacional, dibujo de intercambio de formato (DXF), código G (funciones preparatorias y de control G, M, F, S, T y otras varias más), lenguaje gráfico de Hewlett-Packard (HPGL, HP-GL ®) y la lógica de escalera.
Código G es el nombre común del lenguaje de programación de máquinas herramientas más utilizado, para la ejecución autónoma de de operaciones por control numérico (NC). Sin embargo este lenguaje tiene otras muchas implementaciones.
Este sentido general del término adoptado para su identificación, en referencia al lenguaje en su totalidad (haciendo un uso genérico de la palabra "código"), es imprecisa, porque se trata metonímicamente al sentido literal del término. Esta forma de llamar a este lenguaje toma como referente la instrucción preparatoria propia del mismo, no obstante es sólo uno de los muchos comandos que conforman este lenguaje (G es un comando preparatorio y va asociado a otros códigos específicos para dar forma completa a su sentido.
De hecho, cada letra del alfabeto Inglés es utilizada en algún lugar de este lenguaje, aunque el uso de algunas de estas es menos común que otras. La G es el carácter más profusamente repetido y relevante en los programas que responden a esta normalización y precisamente es por esta razón, establecido como el nombre común del lenguaje.
En décadas posteriores a su creación, muchas
implementaciones fueron desarrolladas por muchas organizaciones comerciales y
no comerciales. La primera implementación de un control numérico se desarrolló
en el Laboratorio de Servomecanismos del Massachusets Institute of Technology
(MIT) en la década de 1950. La versión estándar más utilizada en los Estados
Unidos fue establecida por la Alianza de Industrias Electrónicas (EIA). Una
revisión final fue aprobada en Febrero de 1980 como RS274D.
En Europa, es usual que en su lugar se adopte la norma del International
Organization For Standarization ISO
6983, aunque son varios los estados de esta región que siguen la norma del Deutsches
Institut für Normung DIN 66025, entre los que se destaca Alemania.
Varias extensiones y variaciones se añadieron de forma independiente por los fabricantes de controladores CNC y por fabricantes de máquinas herramientas, por esta causa los operadores de un controlador específico, deben tener conocimientos conscientes con las diferencias que presentan cada producto según su fabricante. Existe una versión estandarizada del código G, conocido como BCL, pero el mismo no logró su propósito ya que únicamente se usa en algunas máquinas hoy en día.
Algunos fabricantes de máquinas CNC han intentado superar las dificultades de compatibilidad mediante la estandarización de los controladores, integrando en sus máquinas herramientas dispositivos de control CNC construidos por la firma Fanuc o que sean compatibles con este. Esta semi-estandarización se puede comparar con las registradas en otros sectores industriales en los cuales existe una clara dominación del mercado, tal es el caso de lo que ocurre en el ámbito de la informática con IBM, Intel o Microsoft.
Existen pros y contras, y una gran variedad de
alternativas disponibles. Algunas máquinas herramientas CNC hacen un uso
"coloquial" de la programación, poniendo a disposición del operador
un asistente “virtual”, que se muestra gráficamente en la GUI. De este modo
evita por completo el uso de G-código en la instancia de programación, no
obstante el mismo subyace detrás de la presentación gráfica, que se exhibe en
la pantalla gráfica del controlador. Este recurso es conocido como “modo de
programación conversacional” y tiene la particularidad de adoptar herramientas
y procedimientos originarios del ámbito de la informática, resumidos en el
concepto de “programación orientada a objetos”. Algunos ejemplos
más populares son ProtoTRAK del fabricante Southwestern Industries, Mazatrol de Mazak, Haas Intuitive
Programming System o IPS, WinMax de Hurco y el software Mori-AP
System, de Mori Seiki, todo estos orientados
hacia la programación conversacional.
El código G comenzó como un tipo limitado de lenguaje, que carecía de construcciones tales como lazos o loops, los operadores condicionales y variables de programación declaradas, con empleo de palabras naturales (o las expresiones en las que los utilizan). Fue por lo tanto incapaz de codificar la lógica, sino que era esencialmente sólo una manera de "conectar puntos" en el espacio de coordenadas cartesiano, en la que muchos de los parámetros indispensables para la adecuada interpretación y ejecución de la instrucciones requerían la escritura a mano del programador.
Las últimas implementaciones del código G son tales construcciones, que crean un lenguaje más cercano a un lenguaje de programación de alto nivel. Cuanto más es la medida, que le permita a un programador indicarle a la máquina lo que desea como resultado final, dejando los cálculos intermedios a esta, mayor es la utilización del poder computacional del controlador, para el máximo provecho.
Las opciones de modos para la operación del controlador CNC son: comandos de coordenadas polares, compensación de corte, interpolación lineal o circular, interpolación helicoidal, memorización del error de posicionamiento y su compensación, ciclos fijos o enlatados, rigid tapping o roscado rígido y auto-escalamiento.
Los comandos de coordenadas polares referencian todas las coordenadas a una recta llamada “eje” y a un punto específico del sistema de coordenadas cartesiano, llamado “polo”. Para fijar la posición de un punto se determina la distancia de éste al polo y el ángulo que éste forma con la dirección positiva del eje. Si los sistemas un sistema de coordenadas cartesiano y un sistema de coordenadas polar se disponen de modo que el origen cartesiano coincide con el polo y además el sentido positivo del eje polar se hace coincidir con la dirección positiva del eje de las abscisas, la equivalencia de valores de un sistema a otro se logra mediante la aplicación de fórmulas matemáticas.
Los comandos de interpolación lineal y circular, son los algoritmos más comúnmente utilizados en el programa de trabajo, para administrar la tasa de alimentación o velocidad de avance de la herramienta durante la tarea de cortado del material. El programa especifica los puntos inicial y finales, y el controlador calcula automáticamente por interpolación los puntos intermedios por los cuales deberá pasar la herramienta, dando lugar así a una trayectoria en línea recta o una trayectoria curva o en arco según sea el caso (de ahí se habla de "interpolación lineal" o “interpolación circular”). El controlador luego calcula la velocidad angular a la cual deben ser girados los tornillos actuadores, engranajes, poleas o cualquiera sean los elementos dispuestos para la transmisión mecánica de los movimientos, en la máquina herramienta. Estas operaciones requieren la realización de miles de cálculos por segundos, de parte de la computadora a cargo del controlador CNC.
La memorización de la compensación por error de
posicionamiento (backlash) mejora la precisión de la máquina, mediante la
corrección de huelgos originados en el o los tornillos actuadores, engranajes y
cremalleras, poleas dentadas y correas o cualquier otro posible error de
posicionamiento causado por los elementos de transmisión mecánica, que accionan
los elementos móviles de la máquina herramienta. La interpolación helicoidal se
utiliza para hacer agujeros de gran diámetro en piezas de trabajo.
Los ciclos enlatados son rutinas de trabajo propias
de la máquina en cuestión, tales como la perforación, taladrado profundo,
fresado, roscado, alesado y mandrinado que implican una serie de operaciones
estandarizadas, que se agrupan y se especifican por medio de un solo programa
de código G, con los parámetros adecuados.
La mayoría de los controladores modernos de máquinas
herramientas CNC ofrecen ahora la capacidad de roscado rígido (rigid tapping),
como una característica estándar. Un ciclo de roscado rígido sincroniza el eje
de rotación de la máquina y el de alimentación, para que coincida con un paso
de rosca específico, mientras el macho es rápidamente conducido dentro o fuera
del agujero. Puesto que la alimentación en el agujero está sincronizado, en
teoría, se puede utilizar un porta-herramientas sólido, sin ningún tipo de
compensación de tensión.
Robaq Automación. Buenos Aires. Argentina.
E-Mail: info.robaq@gmail.com
Traducción y adaptación: Robaq Automación
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