Alejandro Beltrán O. Memoria Ingenieria MECATRONICA.pdf

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE HERMOSILLO, SONORA INGENIERÍA MECATRÓNICA

“Actualización de CNC Didáctico DUET” (Universidad Tecnológica de Hermosillo)

Presenta:

Alejandro Beltrán Ontiveros

Hermosillo, Sonora, México Abril, 2015.

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE HERMOSILLO, SONORA “Actualización de CNC Didáctico DUET” MEMORIA Para obtener el título de Ingeniería en Mecatrónica Presenta: Alejandro Beltrán Ontiveros Asesor Académico: M.C. Marco Fabricio Islas Sánchez Asesor Metodológico: L.C.E. Alejandra Guadalupe Dávila Rendón Asesor Industrial: Ing. Jesús Abel Ponce Ríos

Hermosillo, Sonora, México Abril, 2015.

AGRADECIMIENTOS A la hora de agradecer a quienes te apoyaron en un proyecto de vida, siempre es fácil pensar en los padres, los amigos, y una que otra persona que ahí estuvo apoyándote y dándote gritos de ánimo, ponerse a pensar y dedicarle una palabra a toda persona que participó es difícil y tal vez un poco extenso, pero en fin seria lo justo mencionarlo aunque sea de un modo general, para empezar si me gustaría agradecer a mis padres que fueron quienes me dieron la vida y a lo largo de ella me han enseñado que todo lo que aprenda día a día es para mi futuro, sus palabras de aliento, regaños diarios, uno que otro castigo pero aquí sigo a punto de finalizar otro ciclo en la vida, también quiero agradecer a mis amigos cercanos que desde que decidí completar esta tarea han estado pendientes de mí, y empujándome cada vez a ser mejor persona, por último y no menos importante tengo que agradecer a todas aquellas personas que sin ser conocidas son cómplices y autores de mi éxito diario.

ATENTAMENTE

ALEJANDRO BELTRAN ONTIVEROS

ÍNDICE RESUMEN

1

INTRODUCCIÓN

2

CAPÍTULO I ANTECEDENTES 1.1 Antecedentes Históricos

4

1.2 Aspectos Generales

5

1.3 Misión, Visión y Objetivos

6

1.4 Políticas y Reglas

7

1.5 Organigrama

9

1.6 Recorrido por Áreas

10

CAPÍTULO II PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2.1 Antecedentes del Problema

12

2.2 Identificación del Problema

12

2.3 Objetivo del Proyecto

13

2.4 Justificación del Proyecto

13

2.5 Planeación del Proyecto

14

CAPÍTULO III MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL 3.1 Opto acoplador

15

3.2 Potenciómetro

16

3.3 Relevador

17

3.4 Puerto Paralelo

18

3.5 Placa Tb6560

18

3.6 Tacómetro

19

3.7 LM7805

20

3.8 Motor de Pasos

21

3.9 Control Numérico por Computadora

21

3.10 Control Numérico por Computadora DUET

22

3.11 Investigación de un Caso Semejante

23

CAPÍTULO IV PROPUESTA DE SOLUCIÓN 4.1 Metodología

24

4.2 Desarrollo del Proyecto

25

CONCLUSIÓN

35

FUENTES CONSULTADAS

37

GLOSARIO

38

ANEXOS

40

RESUMEN

El presente trabajo de Estadía, se realizó en la Universidad Tecnológica de Hermosillo, ubicada en el Parque Industrial de Hermosillo, Sonora, durante el periodo comprendido de Enero y Abril del año 2015, en el Área de Laboratorios. El proyecto titulado "Actualización de CNC Didáctico DUET", básicamente consistió en implementar un proyecto, donde se instaló una tarjeta a un equipo obsoleto, para lograr hacerlo funcionar, equipo que se encuentran en los laboratorios de la carrera de Mecatrónica. El trabajo se justificó porque posee valor teórico suficiente en llevarlo acabo, utilidad práctica del diseño del proyecto, es conveniente para la realización de prácticas de los alumnos y personal docente que se encuentran en la Universidad. Se sustentó en las teorías, se aborda de acuerdo al tipo de estudio observador en la recolección de datos y el diseño. Concluyéndose el presente trabajo de Estadía en los beneficios esperados, como es el obtener un equipo funcional para los alumnos y así seguir con el ahorro que desea la Universidad, así evitando el retraso en la entrega de prácticas.

1

INTRODUCCIÓN

Este trabajo, fue realizado en la Universidad Tecnológica de Hermosillo como parte del proyecto “Actualización de CNC Didáctico DUET”, el cual, tuvo como objetivo el de restaurar y actualizar los tornos didácticos que se encontraban obsoletos dentro del laboratorio de Mecatrónica. El motivo que llevó a elaborar este plan, fue el de ver a los estudiantes esperando una gran cantidad de tiempo para poder elaborar sus prácticas en las máquinas de Torno existentes, ya que la cantidad de alumnos es mayor al del equipo dentro del laboratorio. Al observar la presencia de maquinaria antigua, pero reparable, se ideó el diseño, reparación y reconstrucción de dichos Tornos para mejorar el aprendizaje y aprovechamiento de tiempo de los mimos alumnos. Se consultaron fuentes en su mayoría en páginas de internet, para la obtención de manuales y diagramas del equipo ya que por el tiempo que tiene en las instalaciones no se cuenta con los mismos de manera física. En el primer capítulo, se describen los aspectos generales, objetivos, políticas, misión, visión, recorrido por áreas y organigrama de la empresa. En el segundo capítulo, se plantea el problema y se presenta una solución al proyecto. El tercer capítulo, contiene información acerca de los componentes utilizados en el proyecto.

2

Por último, el capítulo cuatro expone los pasos para la realización del proyecto e incluye, una referencia del funcionamiento del producto obtenido.

3

CAPÍTULO I ANTECEDENTES 1.1 Antecedentes Históricos. Las Universidades Tecnológicas, creadas en 1991 a partir de sistemas educativos internacionales y nacionales, representan actualmente una opción con futuro a nivel superior para aquellos estudiantes de educación media superior que se encuentran interesados a incorporarse al mercado laboral en un periodo corto, dos o tres años. Este modelo educativo, se determinó llevarlo a la práctica por primera vez en los Estados de Aguascalientes, México e Hidalgo, con la puesta en marcha de una institución en cada uno de ellos. Para el estudio de factibilidad en el estado de Sonora, se realizaron trabajos de campo que incluyen el diseño estadístico del muestreo, encuestas, análisis de resultado, así como entrevistas con expertos y funcionarios de instituciones especializadas, autoridades educativas federales, estatales y municipales y representantes de organizaciones empresariales de la región. Es así y gracias a la gestión del Lic. Armando López Nogales, Gobernador Constitucional del Estado, que se autoriza la creación en Sonora de dos Universidades Tecnológicas, de las doce autorizadas para 1998; la UT de Hermosillo y la UT de Nogales, y en el 2002 la UT del Sur de Sonora, en ciudad Obregón.

4

El 30 de Abril de 1998, se firma el convenio para la creación de la Universidad Tecnológica de Hermosillo. Durante el mes de Junio; se emprendieron las primeras acciones para el eficaz funcionamiento de la universidad, tales como la promoción de la nueva opción educativa ofrecida entre las instituciones de Educación Media Superior. La U.T. Hermosillo, instalo sus oficinas administrativas provisionales, donde inicio con el trabajo capacitación de alumnos para el periodo Septiembre -Diciembre 1998. La oferta inicial de la Universidad fue e cuatro carreras: Electrónica y Automatización, Mecánica, Mantenimiento, y Telemática. Las clases dieron inicio el siete de Septiembre de 1998, fungiendo como coordinador de la Universidad el Ing. Francisco Alberto Curiel Montiel. 1.2 Aspectos Generales. Razón Social: Universidad Tecnológica de Hermosillo, Sonora. Giro: Educación Técnica Superior. Dirección: Boulevard de los Seris Final s/n Parque Industrial, Hermosillo, Sonora. Teléfonos: (662) 251-11-00 al 04. Página Web: http://www.uthermosillo.edu.mx

5

1.3 Misión, Visión y Objetivos. Misión: Formar técnicos superiores universitarios con conocimientos, habilidades y valores, mediante un modelo educativo de calidad que permite participar activamente como agentes de cambio en el desarrollo de la sociedad. Visión: Será una institución de educación superior de calidad en constante mejora e innovación, reconocida por su modelo educativo y contribución al desarrollo de la sociedad. Objetivos: 

Ofrecer a los estudiantes que hayan terminado la educación media superior una Formación intensiva que les ayude incorporarse, en corto tiempo, al trabajo productivo o continuar estudios de especialización.



Impartir estudios de calidad y de forma polivalente que permitan al egresado desempeñarse profesionalmente en una amplia gama de actividades productivas.



Combinar estudios en el aula, taller y laboratorio, con prácticas y estadías en la planta productiva de bienes y servicios.



Impulsar las aptitudes conocimientos y habilidades del estudiante para que pueda desempeñarse profesionalmente en el mercado laboral, prestar sus servicios libremente o instalar su propia empresa. 6



Formar profesionales de alto desempeño, conscientes de su contexto histórico y de valores humanos, con una actitud de mejora continua, de liderazgo e iniciativa.



Proporcionar el desarrollo integral de los alumnos y la sociedad con calidad.

1.4 Políticas y Reglas. La intuición de la Universidad Tecnológica de Hermosillo, posee un propio reglamento que tiene como propósito precisar, clasificar y definir los criterios que norman las actividades académicas de los alumnos pertenecientes a la universidad. Este reglamento abarca desde la selección y aceptación de candidatos a cursar alguna de las carreras, así como, los derechos y obligaciones que los alumnos tienen en las distintas áreas que conforman esta universidad. En este reglamento se encuentran las medidas de seguridad tanto en laboratorios como en talleres y a las sanciones a las que está sujeto en caso de incumplimiento. Este mismo contiene el buen uso de la biblioteca como los requisitos necesarios para la estadía y la titulación, así mismo, las actividades culturales y deportivas que el alumno deberá cumplir para la culminación de la carrera. A continuación, se menciona cada uno de los reglamentos que posee la Universidad Tecnológica de Hermosillo: 

Académicos para alumnos.



Laboratorios y Talleres.



Laboratorios de Idiomas.

7



Laboratorios de Informática.



Reglamento de la Biblioteca.



Becas y Crédito Educativo.



Reglamento de Estadías.



Reglamento de Titulación.



Reglamento de Actividades Culturales y Deportivas.



Reglamento de Servicio Social.

8

1.5 Organigrama.

9

1.6 Recorrido por Áreas. Haciendo un recorrido dentro del campo universitario destacan varios edificios, algunos dedicados a talleres y laboratorios, otros para impartir la asignatura. Cada edificio cuenta con la asignación de una de las letras del abecedario para su pronta localización. A continuación se mencionan los edificios que componen la universidad: Edificio A: Rectoría, Secretaría Académica, Dirección de Extensión Universitaria, Dirección de Administración y Finanzas, Dirección Jurídica, Contraloría, Subdirección de Servicios Escolares, Subdirección de Difusión y Divulgación Universitaria, Subdirección de Servicios Administrativos, Subdirección de Planeación y Evaluación, Departamento de Actividades Culturales y Deportivas, Servicios Médicos, Prensa y Difusión, Programación y Presupuesto, Departamento de Contabilidad, Recursos Humanos,

Recursos

Materiales

y

Servicios

Generales,

Mantenimientos

e

Instalaciones, Información y estadística. Edificio B: Secretaría de Vinculación, Departamento de Investigación y Desarrollo, Departamento de Prácticas y Estadías, Educación Continua, Seguimiento a Egresados. Edificio C: Biblioteca. Edificio D: Laboratorio de Mecánica. Edificio E: Carrera Tecnologías de la Información y la Comunicación.

10

Edificio

F:

Carreras

T.S.U.

Mantenimiento

área

industrial,

Ingeniería

en

Mantenimiento Industrial y T.S.U. Procesos Industriales, área Artes Gráficas, Ingeniería en Sistemas Productivos. Edificio G: T.S.U. Desarrollo de Negocios, área Mercadotecnia, Ingeniería Desarrollo e innovación Empresarial y T.S.U. Administración, área Administración y Evaluación de Proyectos, Ingeniería en Gestión de Proyectos. Edificio J: Laboratorios de Mecatrónica y Química. Edificio K: Carreras de T.S.U. Mecatrónica, Ingeniería Mecatrónica y T.S.U. Mecánica, Ingeniería Metal-Mecánica. Edificio L: Carreras de Paramédico, Ingeniería en Protección Civil y Emergencias y Gastronomía. Edificio Q: Laboratorio de Mantenimiento y Artes Gráficas. Edificio P: Cocina Fría, Cocina Caliente, Servicio al Cliente, Laboratorio de Cómputo, Laboratorio de TIC, Laboratorio de Matemáticas (EDULAB), Laboratorio de Idiomas, Laboratorio de Informática, Ampliación Cocina. Edificio R: Almacén General. Gimnasio. Comedor.

11

CAPÍTULO II PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

2.1 Antecedentes del Problema.

En las instalaciones del laboratorio de Mecatrónica de la Universidad Tecnológica de Hermosillo, se encuentran tres equipos de CNC (Control Numérico por Computadora) DUET marca BOXFORD, los cuales se adquirieron desde que en la Universidad se empezaron a dar clases en 1998, los cuales por causa del paso del tiempo y el constante uso de los mismo, fueron quedando obsoletos, pero los mismos pueden ser usados nuevamente, para que los alumnos puedan realizar sus prácticas dentro de la universidad.

A causa que la institución se encuentra actualmente en plan de ahorro de recursos, no se ha podido comprar equipo nuevo, lo que ha llevado a muchos de los alumnos a retrasar la entrega de sus trabajos o prácticas a causa de tener que esperar que los otros equipos terminen, lo cual produce molestia, distracción, inclusive ha llevado a repercutir en las calificaciones de estos.

2.2 Identificación del Problema.

¿De qué manera se pueden volver a aprovechar los equipos obsoletos y actualizarlos para que satisfaga las necesidades académicas actuales?

12

2.3 Objetivo del Proyecto.

Actualizar y dejar funcionales los equipos de CNC DUET marca BOXFORD, para uso de los alumnos de la universidad y para el ahorro en gastos de la misma.

2.4 Justificación del Proyecto.

Realizar este proyecto es conveniente tanto como para la institución, los alumnos y los docentes, ya que se cumplirían satisfactoriamente las necesidades académicas, en el actual plan de reducción de gastos se ahorrarían bastante ya que no se tiene que comprar equipo nuevamente, ya que este es muy costoso.

Los alumnos serán beneficiados ya que podrán terminar sus prácticas en tiempo y forma, ya que será posible trabajar en varios equipos y no tendrán que esperar a que otros terminen o su tiempo de clase termine sin haber realizado ningún avance.

Por parte de los docentes estarán satisfechos con resultados, a su vez evitando el desorden en hora de laboratorios, y evitaría el ausentismo de alumnos por motivo de que no podrán realizar las prácticas requeridas.

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2.5 Planeación del Proyecto.

DIAGRAMA DE GANTT MES ACTIVIDADES

ENERO SEMANA 1 2 3 4

FEBRERO SEMANA 1 2 3 4

Desmantelar el equipo Servicio del equipo Cotización de la tarjeta Adaptación de la tarjeta Programación de Software Periodo de prueba Corrección de fallos Pruebas finales

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MARZO SEMANA 1 2 3 4

ABRIL SEMANA 1 2 3 4

CAPÍTULO III MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL

3.1 Opto acoplador

El opto acoplador es un dispositivo que permite la conexión entre dos señales pero manteniendo un aislamiento entre ellas (Figura 1); esto quiere decir que al ingresar la señal del controlador, se emite una luz por medio de un diodo LED que satura un componente opto electrónico, de este modo se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un foto emisor y un foto receptor cuya conexión entre ambos es óptica. De este modo se puede activar el Husillo, controlar en qué dirección girar y cuando apagarse.1

Figura 1: Opto acoplador

Al ingresar la señal desde el Puerto DB25 es necesario separar la tierra de la señal de la computadora y de la tierra del relevador que activará el movimiento del

1SaccoMario.

Opto acopladores (electrónica básica).[Citado 10 Marzo 2015].Disponible en: http://www.neoteo.com/optoacopladores-electronica-basica

15

Husillo, ya que de no hacer esto se produce un error o ruido, causando que no se pueda controlar el apagado del reley.

3.2 Potenciómetro

Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable (Figura 2), de esta manera, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito, lo que convierte a este dispositivo indispensable para controlar la velocidad de giro.2

Una diferencia de potencial fija aplicada entre los extremos de la resistencia continua da como resultado una diferencia de potencial variable entre el contacto deslizante y un extremo de la resistencia continua; la cantidad a la salida está, entonces, indicada por la posición del cursor a lo largo de la resistencia continua.

William Bolton

Figura 2: Potenciómetro

2Ingeniatic.Potenciómetro. [Citado 10 Marzo 2015].Disponible en:http://ingeniatic.euitt.upm.es/index.php/tecnologias/item/556-potenci%C3%B3mmetro

16

Es necesario controlar manualmente la velocidad en la que el Husillo va a realizar el giro, ya que dentro del software, no es posible.

3.3 Relevador Es un interruptor operado magnéticamente (Figura 3). El relé se activa o desactiva cuando el electroimán es energizado. Se utiliza para llevar el control de la dirección del Husillo. Al activarse el opto acoplador, se le manda una señal de activado al reley y este permite el giro (ya sea izquierda o derecha dependiendo de que reley es activado) del husillo. Esta operación causa que exista conexión o no, entre dos o más terminales del dispositivo (el relé).3

Figura 3: Relevador de 24VCD.

Funcionamiento del Relé:

Si el electroimán está activo jala el brazo (armadura) y conecta los puntos C y D. Si el electroimán se desactiva, conecta los puntos D y E. De esta manera se puede conectar algo, cuando el electroimán está activo, y otra cosa conectada, cuando está inactiva (Figura 4).

3JMMR14.Relé

o relevadores. [Citado 11 Marzo 2015].Disponible en:http://www.slideshare.net/jmmr14/rel-

o-relevadores

17

Figura 4: Componentes del Relé

3.4 Puerto Paralelo

Es el medio por el cual se transmite toda la información desde la computadora hasta la tarjeta lógica del controlador de CNCTb6560. Este conector cuenta con 25 pines, los cuales se dividen entre entradas, salidas y tierra (como muestra la figura 5).4

Figura 5: Puerto dv25

3.5 Placa Tb6560

La placa Tb6560 es la placa de potencia para los motores de coordenadas X, Y, Z (Figura 6). En esta placa concentramos toda la información que llega desde el

4Ronald

Mijail Dueñas D.Programación y configuración puerto DB25. [Citado 15 Marzo 2015]. Disponible en: http://puerto-paralelo-db25.blogspot.mx/

18

ordenador. Dependiendo que señal sea la que se mande desde la máquina, esta tarjeta lee y actúa poniendo en marcha ya séase el eje X, Y ó Z. Funciona con un voltaje de 12 v. y es enfriada por un dispositivo de dispersor de calor en conjunto con su respectivo abanico disipador. En cada salida cuenta con un conector para cada movimiento de motor.5

Figura 6: Placa de Control

3.6 Tacómetro.

Esta pequeña tarjeta es la encargada de leer las revoluciones a las que gira el Husillo (Figura 7). Dentro del husillo se encuentra un plástico que está dividido en dos partes: la primera tiene perforaciones continuas, por donde mandan varios pulsos que pueden ser interpretados para leer cuantos grados de posición fue movido el husillo y

5

Cncgeeker. User Guide for 3 axis TB6560 driver board.[Citado 15 Marzo 2015]. Disponible en:http://www.cncgeeker.com/images/manual/CNC/3axisTB6560cncdriveCNCGeeker.pdf

19

la segunda parte solamente contiene una perforación, la cual solo manda la señal para cada giro completo de éste, lo que permite determinar las revoluciones por minuto.6

Figura 7: Tacómetro

3.7 Regulador de voltaje LM7805

El LM7805 es un dispositivo electrónico diseñado para mantener un nivel de voltaje constante (Figura 8).Se encarga de reducir el voltaje de entrada a 5v. Es necesario utilizarlo para mandar los 5v requeridos por el tacómetro.7

Figura 8: LM7805

6Oocities.

Tacómetro. [Citado 15 Marzo 2015].Disponible en:http://www.oocities.org/mecanicoweb/ln2.htm Reguladores de voltaje 7805. [Citado 16 Marzo 2015]. Disponible en:http://www.automatismos-mdq.com.ar/blog/2008/06/regulador-de-voltaje-7805-para-su-diseo.html 7Automatismos.

20

3.8 Motor de Pasos Es un actuador o transductor electromagnético incremental que convierte pulsos eléctricos en desplazamientos angulares de un eje (Figura 9). Este motor es en sí mismo un conversor digital-analógico, ya que convierte una señal eléctrica digital en un desplazamiento angular del rotor. “Los motores de pasos pueden girar en el sentido o contra sentido de las manecillas del reloj, dependiendo de la secuencia de los pulsos que se apliquen a los devanados.”8

Figura 9: Motor de Pasos

3.9 Control Numérico por Computadora

Es un sistema que permite controlar en todo momento la posición de un elemento físico (figura 10), normalmente una herramienta que está montada en una

8

Ing. Osvaldo Luis Mosconi.Área Electrotecnia y Máquinas Eléctricas. [Citado 16 Marzo 2015].Disponible en:http://www.ing.unp.edu.ar/asignaturas/maqeinstelectricas/MOTOR%20PASO%20A%20PASO.pdf

21

máquina. Mediante un software y un conjunto de órdenes, se controla las coordenadas de posición de un punto respecto a un origen (0, 0,0 de máquina).9

Figura 10: Control Numérico por Computadora (CNC)

3.10 Control Numérico por Computadora DUET Esta es una pequeña máquina CNC (Figura 11) y se puede utilizar para maquinar madera, plásticos y aluminio. En la industria, las máquinas CNC pueden ser extremadamente grandes. El DUET es uno delos CNC más pequeños y es ideal para su uso en las escuelas.10

Figura 11: Control Numérico por Computadora (CNC) DUET

9Cosmocax.

¿Qué es el CNC? [Citado 17 Marzo 2015]. Disponible en:http://cadcamcae.wordpress.com/2007/06/14/el-control-numerico-por-computadora-el-cnc/ 10 V. Ryan.CNCWORK. AN INTRODUCTION. [Citado 18 Marzo 2015]. Disponible en: http://www.technologystudent.com/cam/cnc1.htm

22

3.11 Investigación de un Caso Semejante Título: “Actualización de Torno Didáctico DUET” El proyecto realizado por Héctor Moreno Cano y Jesús Manuel Peralta Ruiz, cuyo objetivo fue “Actualización de Torno Didáctico DUET” consistió en la implementación de una Tarjeta necesaria para la actualización de equipos obsoletos que se encontraban en los laboratorios de la Universidad, tratando de cubrir la necesidad de la escuela, al estar en un modo de ahorro, y poner en modo funcional los equipos que no se usaban en los laboratorios de prácticas.11 Tras la implementación de la actualización se obtuvieron resultados satisfactorios debido a que el equipo volvió a quedar de manera funcional y por ende, se efectuó una reducción del gasto que se otorga en los presupuestos para inversión de equipos.

La similitud del anterior proyecto presentado en este documento, es la actualización de equipos DUET de la universidad que se encuentran obsoletos, instalando tarjetas y dando el servicio adecuado a los equipos. La diferencia entre ambos proyectos, es que a pesar de usar tarjetas de la misma serie, la utilizada en este proyecto es más actual y viene con mayor protección contra cargas de voltaje, se instaló con mayor precaución, evitando el así que se dañara la tarjeta al instalarse en los gabinetes del equipo.

11

Moreno Cano Héctor, Peralta Ruiz Jesús Manuel. (2013). Actualización de Torno Didáctico DUET. Universidad Tecnológica de Hermosillo.

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CAPÍTULO IV PROPUESTA DE SOLUCIÓN

Dentro del laboratorio de Mecatrónica, se encuentran tres equipos de CNC (Control Numérico por Computadora marca BOXFORD), cuyo uso causó el deterioro y mal funcionamiento de estos, llevándolos casi al punto inutilizables, trayendo como consecuencia falta de equipo para prácticas de los alumnos y el atraso de aprendizaje.

Los cuales en un intento por hacerlos funcionar se le instaló y adapto una tarjeta tb6560 de color azul a un equipo, esta tarjeta se instaló mal y se terminaron quemando o quedando sin funcionar tres de los cuatro microcontroladores de la tarjeta, motivo por el cual se remplazará la tarjeta por una de la misma serie.

4.1 Metodología.



Se desmantelará el equipo por completo, separando así, las piezas obsoletas y haciendo un rencuentro de las piezas faltantes y/o dañadas. Se le dará servicio (limpieza y engrasado) a los motores de los ejes X, Y, Z y al motor de husillo. Esta actividad será realizada por una persona y se estima un tiempo de dos semanas.



Se cotizará las piezas necesarias para completar el módulo, dependiendo de lo que hace falta para cada uno (motores, tarjeta lógica, tornillos sin fin, etc).

24

Esta actividad será realizada por una persona y se estima un tiempo de una semana.



Una vez obtenido el equipo nuevo de trabajo, se procederá a la lectura de los manuales de funcionamiento del software y conexión de hardware para realizar las adaptaciones correspondientes. Esta actividad será realizada por una persona y se estima un tiempo de una semana.



Se programará el software mediante los cálculos que se efectuarán para concordar los pulsos enviados por la computadora, para mover los motores en la distancia deseada. Esta actividad será realizada por una persona y se estima un tiempo de una semana.



La restauración de cada uno de los equipos, tomará alrededor de un mes, ya que el tiempo de entrega de equipo comprado varía según el método de envío.

4.2 Desarrollo del Proyecto

Al desarmar el equipo CNC, se encontró que las tarjetas lógicas originales del equipo estaban quemadas y se procedió a la búsqueda de tarjetas actualizadas como la Placa Tb6560, que es la que puede controlar los ejes de ese equipo en específico debido al número de motores a pasos que el módulo maneja.

25

Se realizó la compra de la pieza, cuyo costo fue de $1,300 MN. La entrega al laboratorio se demoró una semana.

Se desarmó por completo todos los componentes del módulo (Figura 12). Los motores de los ejes se desmantelaron utilizando llaves Allen, se les limpió primeramente los restos de basura de los materiales previamente usados para prácticas, como acrílicos y pedazos de metal.

Figura 12: Componentes del CNC

Se engrasaron los motores para mejorar el desempeño y movilidad de los engranes que mueven los tornillos sin fin y dan lugar al movimiento por el carril de guía (Figura 13).

Figura 13: Motor de Pasos

26

Después se ensamblaron los motores en su lugar correspondiente (Figura 14) y se identificó cada cable que salía de cada uno de los motores; esto se hizo a través del manual de usuario que correspondía al módulo.

Figura 14: Motores Ensamblados

4.2.1 Adaptando el Equipo

Al llegar la Placa Tb6560 al laboratorio, se buscó la manera de conectar los cables de los motores con las entradas de la tarjeta (Figura 15). Cada motor tiene cuatro cables que corresponden a corriente positiva, negativa y de dirección que permiten la movilidad hacia adelante y atrás.

Figura 15: Placa Tb6560

27

A través de la fuente de potencia del módulo, se obtuvieron los 12v necesario para la placa Tb6560.

Una vez conectados los motores, se procedió a programar el software MACH3 para poder tener el control de los movimientos correctos (Grados por pulso) de los Motores a Pasos (Figura 16) (Ver Anexo A).

Figura 16: Programación en MACH 3

Los tres motores paso a paso de accionamiento del eje, son iguales y tienen circuitos de control idénticos. Cada motor acciona un husillo de 2,0 mm directamente y tiene una resolución de 400 pasos / media revolución, dando una resolución de los ejes de 0.005mm:

400 pasos = 2,0 mm

28

Resolución de los ejes = 2,0 = 0.005 mm

Las conexiones requeridas por la Placa Tb6560, para poder controlar los ejes X, Y, Z son: P1

P2

P3

P 4

P5

P6

P 7

P 8

P 9

P10

Z/C Enabl e

C

Z Ste p

X

X

Y

Y

Z

C

Spindl e

Dir

Enabl e

Enabl e

Dir

Dir

Dir

Ste p

P1 1

P1 2

P13

P1 4

P15

Y

X

STO P

GND

5V/vd d

Step

Step

motor

Dentro de MACH 3, estas configuraciones necesitan ser dadas de alta para que la computadora pueda mandar la señal PWM a los ejes, lo cual es explicado dentro del manual de configuración (Ver Anexo A).

Dentro de la fuente de potencia, existe una tarjeta controladora (Figura 17), que activa la dirección y velocidad del Husillo. TB2

TB1

Transistor K851

Figura 17: Tarjeta Controladora de Husillo

29

La Placa Tb6560 no soporta el control del Husillo y la tarjeta controladora recibía señales de una de las tarjetas originales de control del CNC que estaban dañadas, por lo que se realizó un diseño para una tarjeta nueva que se encarga de recibir y distribuir las señales provenientes de la computadora. (Figura 18). Opto acopladores

Pin 10 IN Ground 5v OUT

12v IN

Transistor LM7805

Conexión desde Pc Conexión a Placa TB6560

Conexión a Fuente de Potencia

Figura 18: Diseño de Tarjeta para Control Husillo

El diseño de la tarjeta fue en base a que dentro de la fuente de potencia, existe un conector DB25 Macho. Se diseñó especialmente para que aquí se concentren las conexiones que vienen desde la computadora y sean distribuidas hacia la placa TB6560 y a la misma Fuente de Potencia (Figura 19).

30

Figura 19: Tarjeta Nueva.

Dentro del diseño de la Tarjeta nueva, se acomodaron los opto acopladores y a su vez se colocaron 4 conexiones de señal: 5v OUT, GROUND, 12V IN y PIN 10 IN. En la entrada del PIN 10, se conecta la señal PWM que viene directamente del Tacómetro. Para reducir el voltaje de 12v a 5v necesarios para que el Tacómetro pudiese funcionar, fue colocado un Transistor LM7805. Este Transistor fue instalado debido a que dentro de la Fuente de Potencia, no existe una salida con 5v directamente.

Los 12v fueron obtenidos desde la tarjeta controladora del Husillo, por la conexión TB1.

31

Los PINS requeridos dentro de la fuente de potencia fueron los siguientes:

PIN PC

CONECTADO A PIN FDP*

UTILIDAD

2

5

GIRO IZQUIERDA

9

6

GIRO DERECHA

25

12,4

ENABLE, TIERRA

Se realizó una conexión entre el PIN 4 y el PIN 12, para que pudiese estar siempre activa la entrada ENABLE y que al llegar la señal de la computadora hacia el PIN 5 y PIN 6, se efectuara la activación de los reley R3 y R2 (Figura 20).

R3 R2

Figura 20: Fuente de Potencia

32

La señal que entra por el PIN 5 y PIN 6, es recibida primeramente por los opto acopladores que se instalaron en la tarjeta nueva, separando así, la tierra de la señal de computadora y la tierra de la fuente de potencia, lo que evitó ruidos y fallas al accionar y desactivar los reley R3 o R2.

Una vez activado el opto acoplador, la señal es mandada directamente al reley R3 o R2, y estos a su vez, mandan una señal a la tarjeta de control del Husillo entrando por las conexiones TB2, activando el Transistor K851, el cual se encarga de mandar un pulso PWM al Husillo.

Se utilizó un Potenciómetro (Figura 21), para poder controlar manualmente la velocidad del husillo, ya que dentro del software MACH 3 no es posible controlarla. El potenciómetro va conectado a la tarjeta original del control de Husillo, en la conexión TB1.

Figura 21: Conexión de Potenciómetro

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Al imprimirse el diseño de la tarjeta controladora de husillo, se procedió a soldar los componentes y conectar los cables correspondientes de control.

Una vez terminando el ensamblado de todos los componentes dentro de la fuente de potencia (Figura 22), se procedió a realizar las pruebas correspondientes para verificar que el funcionamiento fuese correcto (Figura 23).

Figura 22: Ensamblado de Componentes.

Figura 23: Ensamblado Final de Potencia.

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CONCLUSIONES El proyecto “Actualización de CNC Didáctico DUET”, que se llevó a cabo durante el cuatrimestre de estadías tuvo un resultado exitoso. Al terminar de reparar el CNC DUET BOXFORD, se logró que la máquina estuviera en funcionamiento normal. Se lograron todos los objetivos que se plantearon al inicio.

La experiencia de analizar parte por parte del mecanismo y ver más a fondo el funcionamiento de una máquina que comúnmente usamos y no preocupamos por el uso de la misma, te lleva a pensar y analizar más a fondo sobre el cuidado de los equipos que usamos durante nuestra vida, que de alguna u otra nos ayudan a cumplir nuestras metas o trabajos requeridos.

Como recomendación para un proyecto similar al desarrollado aquí, es que efectúen primeramente una lista con los pasos que necesitan ser culminados primero. Es necesario cumplir con cada uno de los puntos de su lista antes de continuar con el siguiente paso y verificar que se realiza la función adecuada, ya que puede ocurrir que al final del ensamblado, algún componente no funcione correctamente.

Durante el desarrollo del proyecto aprendí a detectar fallas dentro de una tarjeta lógica, el funcionamiento y la programación de un CNC DUET BOXFORD, verificar e identificar cada elemento dentro de un sistema y verificar su funcionamiento correcto.

El proyecto se cumplió satisfactoriamente, obteniendo resultados favorables.

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FUENTES CONSULTADAS

Manual Mach3castellano aLatham. Installation and User: Manual. Duet CNC Trainig Machine. WorldReference. (Citada 22 Marzo 2015). Disponible en: www.wordreference.com SaccoMario. Opto acopladores (electrónica básica). [10 marzo 2015].Disponible en: http://www.neoteo.com/optoacopladores-electronica-basica Ingeniatic. Potenciómetro. [10 marzo 2015].Disponible en: http://ingeniatic.euitt.upm.es/index.php/tecnologias/item/556-potenci%C3%B3mmetro JMMR14.Relé o relevadores. [11 marzo http://www.slideshare.net/jmmr14/rel-o-relevadores

2015].Disponible

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Ronald Mijail Dueñas D. Programación y configuración puerto DB25. [15 marzo 2015]. Disponible en: http://puerto-paralelo-db25.blogspot.mx/ Cncgeeker. User Guide for 3 axis TB6560 driver board. [15 marzo 2015]. Disponible en: http://www.cncgeeker.com/images/manual/CNC/3axisTB6560cncdriveCNCG eeker.pdf Oocities. Tacómetro. [15 marzo http://www.oocities.org/mecanicoweb/ln2.htm

2015].Disponible

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Automatismos. Reguladores de voltaje 7805. [16 marzo 2015]. Disponible en: http://www.automatismos-mdq.com.ar/blog/2008/06/regulador-de-voltaje-7805-parasu-diseo.html Ing. Osvaldo Luis Mosconi. Área Electrotecnia y Máquinas Eléctricas. [16 marzo 2015].Disponible en: http://www.ing.unp.edu.ar/asignaturas/maqeinstelectricas/MOTOR%20PASO%20A% 20PASO.pdf

36

Cosmocax. ¿Qué es el CNC? [17 marzo 2015]. Disponible en: http://cadcamcae.wordpress.com/2007/06/14/el-control-numerico-por-computadorael-cnc/ V. Ryan.CNCWORK. AN INTRODUCTION. [18 marzo 2015]. Disponible en: http://www.technologystudent.com/cam/cnc1.htm

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GLOSARIO

Acrílicos: [Fibra o material] plástico que se obtiene por polimerización del ácido acrílico o de sus derivados.

Aislamiento: m. Separación de una persona, una población o una cosa, dejándolas solas o incomunicadas.

Electroimán: m. Barra de hierro dulce imantada artificialmente por la acción de una corriente eléctrica.

ENABLE: Permitir.

GROUND: Tierra.

Hardware: Conjunto de los componentes que conforman la parte material.

Husillo: m. Tornillo de hierro o de madera que se usa en el movimiento de algunas máquinas.

Magnéticamente: Fenómeno físico por el que los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales.

Módulo: Pieza o conjunto unitario de piezas que se repiten o encajan en una construcción de cualquier tipo.

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PIN: Patilla para conexiones eléctricas.

PWM: Modulación por ancho de pulsos.

Revoluciones: Giro o vuelta completa que da una pieza sobre su eje.

Semiconductor: Material cuya capacidad de permitir el paso de la corriente eléctrica disminuye al aumentar la temperatura y cuerpo cuyas propiedades eléctricas tienen un valor intermedio entre el de los metales y los aislantes.

Software: Conjunto de programas, instrucciones y reglas informáticas que permiten ejecutar distintas tareas en una computadora.

Voltaje: Magnitud física que, en un circuito eléctrico, impulsa a los electrones a lo largo de un conductor.

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ANEXOS Anexo A

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE HERMOSILLO, SONORA

MECATRÓNICA ÁREA AUTOMATIZACIÓN “MANUAL DE CONFIGURACIÓN DE MATCH 3 MILL PARA TORNO Y MILL DUET” (Universidad Tecnológica de Hermosillo) Presenta:

Alejandro Beltrán Ontiveros

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MANUAL DE CONFIGURACIÓN DE MATCH 3 PARA TORNO Y MILL DUET Instalación del programa mach3

La instalación se ejecuta automáticamente. Después de la instalación del programa Mach3 se comienza con la configuración del software. Para la configuración abrimos el programa Mach3Mil Aparecerá la ventana del programa (fig. 1), visualizamos la barra de menús y seleccionamos config.

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Configuración de pines del puerto paralelo en mach3

Fig. 1 Pantalla de inicio a mach3 mill

Después se nos abrirá una paleta para configurar varias opciones, nosotros seleccionaremos la configuración de ports and pins (fig. 2)

42and Pines Fig. 2: Elegir Ports

Al pulsar en ports and pins se nos abrirá una paleta de configuraciones (fig. 3) en esta paleta se pueden configurar los pines de control del puerto paralelo

Fig. 3: Pantalla principal de configuración de pines

Al aparecer la ventana seleccionamos el menú de motor outputs para configurar los pines de salida del puerto paralelo (fig. 4).

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Fig. 4: Ventana que muestra las salidas a los ejes y que es para es para configurarlos.

En la figura anterior vemos que tenemos habilitados los enables de los ejes x, y, z; también hay que habilitar el del spindle ya que no está habilitado (fig. 5).

Fig. 5 Figura que muestra cómo deben quedar habilitados los ejes y el spindle

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Ahora le asignaremos un pin del puerto paralelo a las casillas step dir# y dir pin# de cada eje y también al .Estos pines son configurados según los requerimientos de la tarjeta HY-TB4DV-M_4Axis_Driver lo cual según la configuración de esta tarjeta los pines son los siguientes. PIN2

PIN4

PIN1

PIN16

PIN17

PIN7

PIN14

PIN5

PIN6

PIN3

PIN5

PIN8

Spindle motor

X Enable

X Dir

X Step

Y Enabl e

Y Dir

Y Step

Z Enab le

Z Dir

Z Step

C Enab le

C Dir

Después de la configuración de los pines quedara de esta forma (fig. 6)

Fig. 6: Configuración de pines del puerto paralelo para el control de los ejes.

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Para poder leer las rpm del husillo (spindle) iremos a la paleta de imput signals, Donde en esa paleta buscaremos la señal de Triming de la casilla signal y habilitaremos el Enalbe de esa señal y después le asignamos el número del pin en la casilla port# y la casilla pin number de entrada que utilizaremos en el puerto paralelo que son los siguientes (fig. 7). SINGNAL

PORT#

PIN NUMBER

Triming

1

10

Fig. 7: Activación de lectura de rpm de spindle

Control de spindle (husillo) Para el control del spindle se necesita de una tarjeta de interface adicional por motivos de que la tarjeta HY-TB4DV-M_4Axis_Driver no puede controlar el sentido de giro ni leer las revoluciones por minuto del spindle. Para esto se 46

aprovechó una tarjeta original del torno pero se necesita de la tarjeta de interface hablada anteriormente el diagrama de la tarjeta de interface (fig. 8) y en la (fig. 9) se muestra la tablilla terminada.

Fig. 8: Diagrama explicado de tarjeta de interface

Fig.9: Tarjeta de interface terminada 47

Configuración de velocidad de motores de cada eje. Esta configuración se hará ya con los motores conectados y funcionales. Para esta configuración iremos a la paleta de seleccionamos Motor tuning.

Después aparecerá la ventana siguiente.

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config y

Esta configuración debe estar basada en los pasos del motor por milímetro q recorre el eje los pasos por milímetro son los siguientes. 400 steps = 2.0mm Esta información se le agrega a la casilla de Pasos per.

Control de velocidad del Spindle La tarjeta HY-TB4DV-M_4Axis_Driver no tiene la posibilidad de controlar la velocidad del Spindle por este motivo este control se hizo manual con un Potenciómetro de 5k homs este se conectó en la tarjeta de control del Spindle en el bloque TB1 donde el Potenciómetro va conectado de la siguiente manera. (fig. 10)

Fig. 10: conexión de potenciómetro a bloque TB1 de la tarjeta de control del spindle.

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