Control numérico computarizado: ¿Qué es CNC en realidad?

Los controles numéricos, también conocidos como controles NC, son dispositivos para el control dirigido de máquinas. Convierten los datos codificados proporcionados al control NC en un portador de datos en los comandos de control correspondientes y las secuencias de trabajo y movimiento resultantes. La introducción del ordenador abrió nuevas posibilidades para mejorar los controles NC y hacerlos avanzar integrando el ordenador en los controles CNC. Ambos sistemas se examinan con más detalle en este artículo. Además, trata sobre el control PLC, que también es una estrategia para controlar máquinas y equipos industriales y a menudo se utiliza en combinación con controles (C)NC.

¿Cómo funciona un control NC?

Los primeros controles NC se realizaron en la década de 1970 mediante la instalación de componentes cableados. Había una solución personalizada para cada aplicación. El control NC lee los comandos de control, que se introdujeron previamente como código a través de un portador de datos, y el control convierte estos comandos de control en secuencias de trabajo o movimiento. La adaptación a varios productos es relativamente fácil dentro del alcance de las capacidades de la máquina y los parámetros disponibles, por lo que los controles NC se utilizan principalmente en máquinas herramienta.

La desventaja de los controles NC es que están limitados en términos de capacidad de memoria y comandos de control utilizables. Por lo tanto, los controles NC puros ya casi no se utilizan. En su lugar, se utilizan junto con ordenadores en controles CNC.

Estructura del programa

La norma DIN 66025 define la siguiente estructura de programa para un control NC:

• La primera línea comienza con un carácter % seguido del nombre del programa.
• Las líneas adicionales se inician con N y un número consecutivo, idealmente en pasos de diez.
• El segundo parámetro es un comando iniciado por la letra G.
• La información de ruta se proporciona especificando valores para X, Y, Z, U, V y W. Si se produce un movimiento circular, se añaden valores para I, J y K.
• Otras opciones son: Funciones T para la selección de herramientas, funciones S para la velocidad del husillo y funciones F o M para el avance.
• Siempre hay una función M al final del programa. De este modo se restablece el programa.

Ejemplo:

%MSM

N10 G00 T32

N20 G01 X-10 Y0 Z-10

N30 M20

Es importante tener en cuenta que los comandos permanecen activos hasta que se sustituyen por nuevos comandos:

Por ejemplo, si introduce coordenadas para los ejes X, Y y Z en la línea 2 y si esta alineación también sigue siendo la misma en el futuro, no es necesario repetirla en las líneas siguientes. La nueva coordenada solo se introduce cuando se va a cambiar la orientación guardada.

Avance al control CNC

Con la integración de ordenadores, es posible utilizarlos para controlar máquinas directamente. Los controles CNC permiten una flexibilidad significativamente mayor que los controles NC solos. El software CAD o CAM puede adaptarse fácilmente a los parámetros de procesamiento sin tener que cambiar el hardware de la unidad de control.

Principios del control CNC

Un programa se ejecuta a través de un ordenador o microcontrolador para el control CNC. A continuación, las señales deseadas se envían a través de un circuito eléctrico al sistema de control de la máquina y se implementan allí. Normalmente, un control CNC consta de los siguientes componentes:

• Sistema de accionamiento: Consta de motores y electrónica de control. El sistema de accionamiento sirve para el movimiento de los ejes CNC. Motores de pasos, servomotores, etc. Se utilizan variadores.
• Memoria: La memoria contiene el código G (programa de control) y otra información para el funcionamiento de la máquina CNC.
• CPU: La unidad de procesamiento central procesa comandos y controla movimientos y funciones.
• Interfaz de entrada y salida: Las interfaces permiten la comunicación entre el control CNC y los sensores y otros dispositivos o sistemas.
• Panel de control: El panel de control es la interfaz humana-máquina. Esto permite al usuario establecer parámetros, supervisar el proceso o ejecutar programas.

Durante la implementación física de los comandos en las máquinas, se utilizan varios componentes, como accionamientos de husillo de bolas, actuadores, etc., guías lineales, motores, codificadores y portaherramientas. También puede encontrarlas en una variedad de versiones en MISUMI.

Tipos de controles CNC

Los conceptos de control se pueden dividir en control de punto, control de pista y control de ruta.

Controlado por puntos se refiere al control de un punto específico o al posicionamiento de una máquina individual, por ejemplo, para taladrar o perforar. La herramienta se mueve exactamente a una posición de pieza de trabajo, donde la herramienta comienza con el procesamiento. El posicionamiento se realiza de punto a punto. No es posible influir de forma flexible en, por ejemplo, la velocidad de desplazamiento a la nueva posición.

A diferencia del control de punto, los controles de pista permiten el control de un eje a la vez en términos de velocidad y posición. Esto significa que también se pueden recorrer distancias axiales o paraxiales. Los movimientos se limitan a la izquierda, la derecha, la parte delantera o la parte trasera.

Controlado por trayectoria significa que la máquina mueve varios ejes simultáneamente para seguir una trayectoria con la herramienta. Para el control de trayectoria se utiliza generalmente el control de alimentación. Dependiendo del sistema, las rutas pueden ser cualquier línea recta que corra en cualquier lugar del espacio o curvas y círculos.

Otra opción de diferenciación es el número de ejes controlados. Las posibles variantes aquí son el control de 3, 4 o 5 ejes. Cuanto más compleja sea la pieza de trabajo que se va a procesar, más ejes se utilizarán. Básicamente, los ejes X, Y y Z siempre están controlados. Los ejes giratorios aún se pueden añadir como el cuarto y quinto eje. Cinco ejes permiten el procesamiento de formas espaciales complejas.

Ventajas y desventajas del control CNC

Los controles CNC son muy precisos y permiten la realización de procesos de fabricación complejos. Esto permite la producción masiva y reduce el trabajo humano. Sin embargo, al mismo tiempo, se necesita más personal cualificado. Los altos costes de adquisición también generan altos gastos iniciales. Sin embargo, estos deben compensarse rápidamente mediante la optimización de procesos a largo plazo y el aumento de las cifras de producción.

PLC: El controlador lógico programable

El PLC es otro enfoque para controlar máquinas y sistemas industriales. Sin embargo, los PLC no solo se utilizan para controlar el movimiento, sino que se utilizan principalmente para supervisar y controlar los procesos industriales. Realizan operaciones lógicas complejas y controlan entradas y salidas digitales y analógicas.

El diseño mínimo de un control PLC siempre consta de una unidad de entrada, una unidad de procesamiento y una unidad de salida, el denominado principio EVA. Además, hay indicadores de estado, un medio de almacenamiento y una fuente de alimentación. Por lo tanto, los componentes son similares a los de un control CNC. Las entradas, como los sensores y los escáneres, se comunican con las salidas, como los motores y las luces, a través de una CPU. Las funciones se pueden realizar a través de varios módulos. Para este fin, se utilizan los denominados módulos lógicos.

Modo de funcionamiento y funciones lógicas de un PLC

El PLC realiza fundamentalmente las siguientes funciones: recopilación de datos, procesamiento de datos, toma de decisiones y control del actuador. Por ejemplo, los datos se obtienen de sensores que supervisan el estado del sistema durante la recopilación de datos.

Los parámetros pueden ser: temperatura, información de posición, presión, etc. Estos datos constituyen la base de los siguientes pasos: ¿La temperatura ambiente es demasiado alta? ¿Hubo una caída de presión?

A continuación, el procesamiento de datos compara valores o realiza operaciones lógicas para decidir, en última instancia, qué acciones deben realizarse. La decisión tomada, por ejemplo, cambiar los parámetros de la máquina, ahora se implementa accionando los actuadores. El PLC envía señales de control a los actuadores (por ejemplo, motores, válvulas, etc.), que luego implementan la acción deseada.

Las funciones lógicas que se utilizan y vinculan las entradas pueden ser:

• Operación Y (AND): Si ambos valores de entrada son verdaderos, se indica “verdadero” y se ejecuta la función. Ejemplo: una puerta debe asegurarse automáticamente con una alarma de seguridad activa después de cerrarla. La función de alarma solo se puede activar si la puerta está bloqueada y la alarma de seguridad está activada.
• Operación O (OR): Señala “verdadero”, si al menos un valor de entrada es verdadero. Ejemplo: Tengo una puerta que se puede abrir con una tarjeta llave o un código PIN. Ambas opciones abren la puerta.
• Operación XOR: significa “O (OR) exclusivo” (solo O). Señala “verdadero” cuando exactamente un valor de entrada es verdadero. Es adecuado para comparar múltiples entradas. Ejemplo: Conmutación previa/de retorno de un cabrestante de cable con dos botones. Si no se pulsa ningún botón, no hay señal (motor apagado). Si se pulsa el botón de ejecución previa o de retorno, la señal de ejecución previa o de retorno se reenvía. Si se pulsan ambos botones, no hay señal (motor apagado).
• Operación NO (NON): Invierte el valor de entrada. Ejemplo: El sistema de alarma de una puerta solo debe estar activo si la puerta está cerrada.

La vinculación lógica de las variables de entrada y salida se muestra en un denominado plan de funciones: En este caso, todas las entradas y salidas, los bloques de funciones, así como las conexiones y direcciones se visualizan en un tipo de diagrama de circuito. El plan de funciones admite el diseño, la implementación y el análisis de los sistemas de control PLC.

Ventajas y posibles aplicaciones del control PLC

Muchas aplicaciones industriales pueden beneficiarse del uso del control PLC. En la automatización, se utilizan para controlar máquinas, automatizar líneas de producción y aumentar la eficiencia. También son ideales para el control de procesos debido a las funciones lógicas que se pueden vincular como se desee.

Las ventajas del control PLC incluyen:

• Los cambios y correcciones son fáciles de realizar sin modificaciones
• Los errores se pueden corregir rápidamente, ya que el circuito se puede probar directamente en el dispositivo de programación
• Se pueden observar curvas de señal

Interacción de diferentes modos de control

Para ejemplos de aplicaciones más complejas, los controles PLC y (C)NC se pueden utilizar juntos, por ejemplo, para realizar las siguientes tareas:

• Intercambio de datos y comunicación
• Control principal
• Seguridad y supervisión

Por ejemplo, los controles PLC son muy flexibles y se pueden adaptar fácilmente. A su vez, los controles CNC garantizan un alto grado de precisión y están optimizados para tareas de procesamiento específicas. Juntos, se crea un sistema preciso y simultáneamente flexible para diversas aplicaciones industriales. La combinación de control de procesos (PLC) y máquinas (CNC) crea una coordinación perfecta para una fabricación eficiente.

Ejemplo de aplicación

Los controles NC y PLC se pueden utilizar, por ejemplo, para regular la temperatura. Por ejemplo, una tira bimetálica puede conectarse a un PLC y una caldera. Cuando se alcanza la temperatura correcta, el circuito se cierra y el PLC recibe la señal de que la caldera ahora se puede apagar. Si la temperatura baja, la caldera se volverá a encender de la misma manera.