Diseño y simulación de una CNC con 3 ejes de movimiento adaptable a diferentes herramientas, para la producción de diferentes productos.

Abstract

Las máquinas de control numérico por computadora (CNC) son componentes esenciales en la automatización industrial, especialmente en la manufactura. Operadas mediante lenguajes de programación especializados, estas máquinas ofrecen niveles de eficiencia, precisión y consistencia que superan al trabajo manual. Los modelos más avanzados utilizados en plantas y talleres incluyen fresadoras, tornos, enrutadores y cortadoras de plasma. Actualmente, la mayoría de estas máquinas funcionan en tres ejes (X, Y, Z), utilizando herramientas similares a grippers para realizar diversas tareas como cortar, estampar, moldear y sujetar. Generalmente, la herramienta se posiciona en el eje Y y se mueve hacia arriba y abajo mediante un sistema mecánico. Existen también modelos más complejos con cinco o más ejes de trabajo. Las CNC están compuestas por varios componentes, como tornillos sin fin, correas, servomotores, piñones de sistemas síncronos, perfiles de aluminio y tubos lisos. Es fundamental entender la metodología necesaria para desarrollar una máquina CNC adaptable a diferentes herramientas o grippers, especialmente en el contexto peruano. A continuación, se explicarán los cálculos necesarios para un tornillo sin fin, considerando los tornillos de potencia como cilindros roscados con una tuerca que se desplaza en un plano horizontal o vertical. Luego, se discutirá el uso de correas dentadas para evitar el deslizamiento entre la correa y el piñón, asegurando un movimiento preciso entre dos ejes. La selección de motores paso a paso Nema se basará en su modelo, torque y corriente fase, proporcionando un control preciso de la posición angular, aceleración y velocidad del eje. Con el objetivo de asistir a futuras generaciones de ingenieros interesados en el desarrollo de máquinas CNC para uso personal, académico o profesional.

Computer numerical control (CNC) machines are essential components in industrial automation, especially in manufacturing. Operated through specialized programming languages, these machines offer levels of efficiency, precision, and consistency that surpass manual labor. The most advanced models used in plants and workshops include milling machines, lathes, routers, and plasma cutters. Currently, most of these machines operate on three axes (X, Y, Z), using gripper-like tools to perform various tasks such as cutting, stamping, molding, and clamping. Generally, the tool is positioned on the Y axis and moved up and down by a mechanical system. More complex models also exist with five or more working axes. CNCs are composed of various components, such as worm gears, belts, servomotors, synchronous system sprockets, aluminum profiles, and smooth tubes. It is essential to understand the methodology required to develop a CNC machine adaptable to different tools or grippers, especially in the Peruvian context. First, a summary of the theoretical framework used will be presented, such as a worm gear, considering power screws as threaded cylinders with a nut that moves in a horizontal or vertical plane. Then, the use of toothed belts will be discussed to prevent slippage between the belt and the pinion, ensuring precise movement between two axes. The selection of Nema stepper motors will be based on their model, torque, and phase current, providing precise control of the angular position, acceleration, and speed of the axis. Additionally, controllers and drivers from other projects will be evaluated, with the goal of assisting future generations of engineers interested in developing CNC machines for academic, professional, or industrial use.