Autores: Edgar Pérez, José Antonio País, José Padilla, Misael Coste. Centro de Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial (CIMECDI). FIIIDT.
Introducción
El Código G es el lenguaje utilizado en la programación de los controles numéricos computarizados (CNC) de máquinas herramientas tales como tornos, fresadoras, rectificadoras, punzonadoras, cortadoras laser etc. Fue desarrollado por el laboratorio de servo mecanismos del Instituto de Tecnología de Massachusetts en la década de los 50, posteriormente se estandarizó en las siguientes normas: EIA RS 274D, ISO 6983 y DIN 66025. Los comandos de programación en dichas normas presentan algunas diferencias entre sí, adicionalmente, cada fabricante ha introducido modificaciones y ampliaciones en función del tipo de máquina a controlar. Por ejemplo el fabricante FANUC, con más del 50% del mercado mundial, posee tres modelos de lenguaje denominados: Código Modelo A, B y C, los cuales, también presentan diferencias según su aplicación en tornos o fresadoras.
El lenguaje de programación Código G se divide principalmente en dos grupos de comandos o funciones: comandos M (Misceláneos) y comandos G (Geométricos). El primer grupo controla el encendido o apagado de los distintos dispositivos de la máquina. El segundo grupo controla los movimientos de la herramienta.
A continuación describiremos la aplicación de los comandos básicos de este lenguaje que son comunes a tornos y fresadoras de distintos fabricantes de controles numéricos.
- Comandos o funciones Misceláneas (Comandos M)
El formato de los comandos misceláneos o de máquina está compuesto por la letra M seguido de 2 o más números enteros, los números del cero al nueve se pueden escribir, en la mayoría de los controles, sin el cero que precede al entero que define la función. Ejemplo: M03 se puede abreviar M3.
Comandos más usados:
M0. Parada de programa hasta que se vuelva a tocar la tecla del inicio.
M2. Fin del programa y salida del modo de ejecución de programas.
M3. Giro del husillo (Spindle) en el sentido de la agujas del reloj, visto desde arriba en la fresadora o desde la parte atrás del husillo o plato en el torno.
M4. Giro del husillo en el sentido contrario a las agujas del reloj.
M5. Parada del husillo.
M8. Enciende la aplicación del líquido refrigerante a la herramienta.
M9. Apaga la aplicación del líquido refrigerante.
M6. Cambio de Herramienta. Ejemplo: T2 M6 cambia la herramienta actual por la herramienta número 2 (Tool 2).
M30, Fin del programa y regreso al inicio.
- Sistemas de referencia de las máquinas control numérico.
En las fresadoras control numérico se define la posición de la herramienta en el espacio por medio de un sistema de coordenadas cartesiano con tres ejes perpendiculares X, Y, Z. donde el eje Z, es por defecto, el eje del husillo y el eje X el de mayor desplazamiento. En las máquinas con cabezales o mesas rotatorias se utilizan las letras A, B y C para definir la rotación de la herramienta alrededor de los ejes X, Y, Z respectivamente.
Utilizando la regla de la mano derecha nos podemos orientar sobre la posición y direcciones de los ejes coordenados. El dedo medio apunta hacia el eje Z positivo (eje del husillo), el dedo índice hacia el eje Y positivo y el dedo pulgar apunta hacia el eje X positivo. En el caso de los ejes rotatorios podemos determinar su sentido de giro apuntando con el dedo pulgar de la mano derecha en el sentido positivo del eje (+X,+Y,+Z), cerrando ésta, en forma envolvente, se obtiene el sentido positivo del correspondiente eje rotatorio (+A,+B,+C).
Es necesario destacar que el sentido de desplazamiento, positivo o negativo, es para la herramienta o cabezal. Las mesas o platos giratorios se mueven en sentido contrario. En la imagen siguiente se muestra el sistema de coordenadas de las fresadoras más comunes con husillo vertical.
En los tornos control numérico la herramienta se desplaza en un plano definido con un sistema de coordenadas XZ. En el cual, Z es el eje del husillo y X el eje perpendicular. El eje X se expresa normalmente en diámetros para facilitar su comprobación con un calibrador (Vernier). En la figura siguiente se muestran como son los movimientos de la torreta porta herramientas en un torno – fresadora donde se pueden instalar herramientas de corte rotativas y el eje del husillo funciona como un plato giratorio. Observando las flechas indicadoras +C y -C vemos que el sentido de giro de éstas es contrario al de la herramienta como lo indicamos en el párrafo anterior.
- Punto de referencia, Cero de Máquina, Cero de Pieza.
Punto de referencia.
El punto de referencia de una máquina control numérico es la posición donde se calibra el sistema de medición. Al encender la máquina y activar la búsqueda de referencia, el cabezal y las mesas se desplazan sobre sus ejes hacia unos interruptores que le indican al control la llegada al punto de referencia, en ese momento se muestran en pantalla las coordenadas de ese punto almacenadas en los parámetros de la máquina.
En la mayoría de las máquinas el punto de referencia se ubica en los máximos valores de los ejes coordenados. Las máquinas de grandes dimensiones poseen los interruptores en puntos intermedios. Otras, disponen de marcas en las regletas de medición que calibran el sistema a corta distancia del área de trabajo.
Cero de Máquina. Es el punto donde se encuentra ubicado el origen del sistema de coordenadas de la máquina. En algunas máquinas el punto de referencia es a su vez el cero de máquina, es decir, el control le asigna el valor cero a las coordenadas de los ejes cuando se realiza la búsqueda de referencia.
Cero de Pieza. Es un punto ubicado sobre la pieza, en el cual, se fija el origen del sistema de coordenadas de donde parten todas las dimensiones que definen su geometría. El cero de pieza es la referencia que se utiliza en los distintos comandos geométricos del programa para la elaboración de una pieza.
En la figura del apartado anterior podemos observar el cero de máquina (M) y el cero de pieza (W) para un torno, en la figura siguiente se muestra un ejemplo para una fresadora.
- Velocidad de corte, velocidad de giro y avance de corte.
Velocidad de corte
Se define como la velocidad tangencial relativa entre el filo de corte de la herramienta y el material, normalmente se expresa en las unidades de metros por minuto (m/min). Sus valores se obtienen en los catálogos de las herramientas a utilizar en el mecanizado.
Velocidad de giro. Es la velocidad angular de rotación de la herramienta en el caso de las fresadoras, y de la pieza, en el caso de los tornos. Viene expresada en las unidades de revoluciones por minuto (rpm) y se programa con el comando S. La calculamos con la siguiente fórmula:
Donde:
S:velocidad de rotación de la herramienta o husillo en el caso del torno (rpm).
Vc: velocidad de corte en m/min.
D: diámetro de la herramienta o diámetro de la pieza a mecanizar en el torno.
Avance de corte. Se define como la velocidad de traslación de la herramienta sobre el material y se expresa generalmente en milímetros por minuto (mm/min) en las fresadoras y milímetros por revolución (mm/r) en los tornos. Se programa con el comando F.
En las fresadoras se calcula con la siguiente fórmula:
Donde:
F:velocidad de avance (mm/min).
S:velocidad de rotación de la herramienta (rpm) o (r/min).
nz: número de filos de corte de la herramienta (fresa).
fz: avance de corte de cada filo de la herramienta (fresa) en una revolución (mm/r).
En los tornos el avance F en milímetros por revolución es igual a fz. Los valores de fz se obtienen de los catálogos de las herramientas, manuales de las máquinas y manuales de taller.
- Comandos o funciones Geométricas (Comandos G)
El formato inicial de los comandos geométricos está compuesto por la letra G seguido de 2 o más números enteros, los números del cero al nueve se pueden escribir sin el cero que precede al entero que define la función. Ejemplo: G01 se puede abreviar G1.
Comandos más usados:
G0. Movimiento lineal rápido a la velocidad establecida en los parámetros del control, se puede regular porcentualmente con botones o perillas en el tablero de la máquina. G0 es un comando modal, lo cual significa que permanece activo hasta que aparezca un comando que lo anule. Ejemplo:
G0 X25 Y50 Z5
Trasladará la herramienta en línea recta desde su posición actual hasta el punto X25 Y50 Z5.
G1. Interpolación lineal al avance programado. Ejemplo:
G1 Z-1 F 50
X10 Y20 F120
Baja la herramienta desde la posición actual a Z-1 con un avance de 50 mm/min, luego traslada la herramienta en línea recta hasta el punto X10 Y20 con avance de 120 mm/min. En la segunda línea no es necesario escribir G1 por ser un comando modal.
G2. Interpolación circular en el sentido de las agujas del reloj.
G3. Interpolación circular en el sentido contrario a las agujas del reloj.
El formato de estos comandos utilizando la posición del centro de la circunferencia es el siguiente:
G2 (G3) X.. Y.. I.. J.. F..
Donde:
X,Y: son las coordenadas del punto final del arco.
I: distancia desde el punto de partida al centro para el eje X.
J: distancia desde el punto de partida al centro para el eje Y.
F: avance de corte.
Los parámetros I, J, K deben definirse siempre, aunque tengan valor 0.
Otro formato utilizando el punto final y el radio del arco es el siguiente:
G2 (G3) X.. Y.. R.. F..
Donde:
X,Y: son las coordenadas del punto final del arco.
R: Radio del arco, Si el arco de la circunferencia es menor que 180º, el radio se programará con signo positivo +R, y si es mayor que 180º, el radio será negativo –R.
F: avance de corte.
Ejemplo de la programación de un arco en sentido horario con punto inicial (X32, Y32) ypunto final (X58, Y58).
Con las coordenadas del centrodel arco:
G2 X58 Y58 I18 J8
Utilizando el radio del arco:
G2 X58 Y58 R18
G90. Programación n coordenadas absolutas. Las cotas X,Y,Z utilizadas en los comandos se refieren al origen del coordenadas o cero de pieza, como se muestra en el ejemplo anterior. Este comando se activa por defecto al encender la máquina.
G91. Programación en coordenadas relativas. Las cotas X,Y,Z utilizadas en los comandos de programación son relativas al punto anterior de la trayectoria, es decir, las diferencias entre las coordenadas del punto final y el punto inicial. El ejemplo anterior se programaría de la siguiente forma:
G91 G2 X26 Y26 I18 J8
Los comandos G90 y G91 son modales y se anulan entre sí.
G41. Compensación del radio de la herramienta a la izquierda del perfil de la pieza según el sentido del mecanizado. En otras palabras, la herramienta pasa por el lado izquierdo de un observador situado en el borde de la pieza, mirando en el sentido de corte.
G42. Compensación del radio de la herramienta a la derecha del perfil de la pieza según el sentido del mecanizado.
G40. Anulación de la compensación del radio de la herramienta, su centro se desplaza sobre el borde o perfil de la pieza.
Los comandos G41 y G42 son modales y se anulan con el G40, este último se activa por defecto al iniciar el control.
Con los comandos descriptos hasta ahora, ya se pueden realizar algunos ejemplos de programación, en las siguientes partes se presentarán algunos programas aplicados a las máquinas existentes en la Fundación Instituto de Ingeniería.
Bibliografía
[1] Manual del centro de mecanizado MAHO MH 800C control Phillips CNC 432.
[2] Manual de programación del control FAGOR 800 M.
[3] Manual de programación del control FAGOR 8055 M.
[4] Manual de las fresadoras EMCO con control FANUC 31i Modelo A.
Contacto: orlandoaco2@gmail.com