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CAPITULO II
MARCO TEORICO
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CAPITULO II
MARCO TEORICO
El marco teórico es un elemento fundamental en toda investigación, ya
que el mismo es una recopilación de trabajos realizados con anterioridad,
además de ser banco de información cuya finalidad es definir y aclarar todos
los puntos importantes que se encuentren relacionados con la temática
desarrollada.
1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Esta etapa de la investigación está dedicada a especificar los
antecedentes del problema planteado, para lo mismo se revisó el material
bibliográfico existente el cual está íntimamente ligado al tema en estudio.
Estos serán los cimientos que afianzarán el rumbo que seguirá la
investigación y que ayudarán a tener una mejor comprensión y orientación de
la exploración.
En primer término, Sánchez y Vargas (2004), en su trabajo de grado
titulado “Desarrollo de una mesa digital para la perforación de circuitos
impresos basada en tecnología de control numérico”. Universidad Dr. Rafael
Belloso Chacín, Facultad de Ingeniería, Escuela de Electrónica,
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Maracaibo - Edo Zulia. El propósito de esta investigación fue desarrollar una
mesa digital para perforar tarjetas de baquelita para la elaboración de
circuitos impresos, que permitiera la automatización de este proceso,
constituyendo una alternativa de bajo costo y precisión aceptable, de tal
forma que se obtengan mejores resultados en comparación al procedimiento
manual que se realiza cotidianamente.
La investigación puede considerarse aplicada y descriptiva, y para su
desarrollo se llevó a cabo la recolección de la información a través de la
observación documental. Para el diseño del prototipo, se utilizó la
metodología propuesta por Angulo (1992). Dentro de esta metodología se
contemplan nueve fases, donde se evalúan requerimientos del sistema,
esquema general, ordinograma general y modular, adaptación e integración
de hardware y software, para finalmente llegar a la construcción del prototipo.
El hardware se encuentra constituido por dos elementos principales
conformado cada uno por una guía o riel, un carro, un motor paso a paso y
una correa, entre otras cosas, para permitir el movimiento en el eje X y Y.
Para el eje Z utiliza un motor DC que invierte el sentido de giro, acoplado a
un tornillo sin fin para subir y bajar el taladro, y otro motor DC que hace rotar
la mecha para perforar la tarjeta. El sistema de control utiliza un micro
controlador PIC 16F877, que recibe datos de una computadora a través del
puerto serial, utilizando un MAX232.
La interfaz al usuario de la computadora se realizó utilizando el lenguaje
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de programación Visual Basic, donde se desarrolló una aplicación para
importar datos generados en TraxMaker. Finalmente se alcanzó
satisfactoriamente el objetivo general de la investigación realizando pruebas
finales donde se perforaron tarjetas de baquelita, mostrando un desempeño
adecuado, acorde al esperado durante las fases de diseño.
Entre los aportes presentados más importantes se encuentran los
métodos para realizar perforaciones en baquelitas, los elementos que
contienen el hardware junto a los pasos para construirlo y el manejo del
software que sería un lenguaje de programación llamado Visual Basic.
De igual manera, López J. y Col. (2007), en su trabajo de grado titulado
“Robot cartesiano: seguimiento de trayectoria irregulares arbitrarias mediante
computadoras”. Universidad autónoma de Hidalgo - México. El propósito de
esta investigación es el de reproducir una trayectoria irregular arbitraria, ya
que en muchas ocasiones en este tipo de configuraciones robóticas su
aplicación se encuentra limitada solo a la ubicación de un punto en
específico o bien para el trazo de líneas rectas. Para la realización del
mismo, se utilizaron motores paso a paso para proporcionar una mayor
exactitud al posicionamiento de los ejes, de la misma manera, el control fue
realizado a través de un software programado en un lenguaje de alto nivel
(Visual Basic 6).
Finalmente, se alcanzó satisfactoriamente el objetivo general de la
investigación realizando pruebas finales donde el robot cartesiano fue capaz
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de recibir datos a través del puerto paralelo del ordenador, para así trazar la
trayectoria dibujada en la interfaz gráfica, mostrando un desempeño
adecuado, acorde al esperado durante las fases de diseño.
Entre los aportes generados por esta investigación, resalta la teoría
relacionada con los motores paso a paso para brindar exactitud a la hora de
realizar las tareas de posicionamiento, así como también proporciona un
lenguaje de programación el cual permite realizar una interfaz hombre
maquina.
Otro trabajo de importancia, que sirve para fundamentar la presente
investigación es el presentado por Arenas D. y Col. (2010), titulado
“Autómata CNC para el mecanizado de piezas tridimensionales de bajos
polígonos”. Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín, Facultad de Ingeniería,
Escuela de Electrónica, Maracaibo - Edo Zulia. El presente estudio tuvo
como propósito desarrollar un Autómata C.N.C para el mecanizado de piezas
tridimensionales de bajos polígonos, para atender las necesidades en la
fabricación de piezas observadas en las industrias manufactureras del país.
Esta investigación está sustentada en los fundamentos teóricos de los
autores: Altin (1996), Kalpajian (2002), Pirela (2009), entre otros.
Así mismo el estudio se clasifico como de tipo proyectivo, descriptivo y de
campo considerando la finalidad, el método y la forma de obtener los datos
orientados a analizar las características de las variables cuya fuente de
conocimiento fue la realidad investigada.
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Como técnica de recolección de datos fue utilizado el cuestionario
aplicado a una muestra conformada por 15 operarios que laboran en algunas
empresas manufactureras del Estado Zulia. De igual forma, se utilizó la
entrevista abierta a los gerentes de dichas empresas para conocer la
situación en relación a la temática planteada.
La metodología aplicada fue la de Angulo (1983) estructurada en 9 fases:
definición de conceptos básicos y especificaciones, esquema general de
hardware, ordinograma general de funcionamiento, adaptación entre
hardware y software, implementación del hardware, ordinograma modular y
codificación del programa, integración de hardware y software, depuración
del software, prueba final de funcionamiento.
Para el desarrollo del sistema, se trabajo con un PLC koyo DL06 para la
etapa de control, varias tarjetas periféricas con un PIC16F877A. Los
programas utilizados fueron LABVIEW8.0, DIRECTSOFT5 y QLPRO, para el
protocolo de comunicación se utilizó KEPSERVER 4.0.
Los resultados obtenidos permitieron concluir el desarrollo de una
máquina de herramienta multi posición para el mecanizado de piezas
complejas permitiendo disminuir los accidentes en la fabricación causados
por procesos manuales. Finalmente , se acotó que se debe explotar más los
conocimientos tecnológicos en Venezuela, con la finalidad de minimizar
costos de importaciones, permitiendo el desarrollo científico y tecnológico del
país.
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Entre los aportes más relevantes que ofrece este trabajo de investigación
se encuentra: la metodología de Angulo (1983) estructurada en 9 fases, la
forma de utilizar un PLC koyo DL06 para la etapa de control, el uso de
tarjetas periféricas con un PIC16F877A y finalmente, describe el
funcionamiento de los programas LABVIEW8.0, DIRECTSOFT5 y QLPRO.
En último lugar, se escogió el trabajo presentado por Molina D. y
Col.(2012), titulado “Sistema de control numérico por computador (CNC) para
el posicionamiento de resistencias eléctricas en placas electrónicas”.
Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín, Facultad de Ingeniería, Escuela de
Electrónica, Maracaibo - Edo Zulia. Esta investigación tuvo como propósito
desarrollar un sistema de control numérico por computador (CNC) para el
posicionamiento de resistencias eléctricas en placas electrónicas.
Esta investigación está sustentada en los fundamentos teóricos de los
autores: Cruz (2004), Boylestad (2003), Angulo (2000), entre otros. Así
mismo el estudio se clasificó como de tipo proyectivo, descriptivo, con un
diseño de campo, no experimental y transversal. Todo ello considerando la
finalidad, el método y la forma de obtener los datos orientados a analizar las
características de las variables cuya fuente de conocimiento fue la realidad
investigada.
Como técnica de recolección de datos fue implementada la observación
directa, revisión de manuales de funcionamiento de equipos y la entrevista
estructurada, utilizando a su vez instrumentos como el cuestionario, aplicado
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a una muestra conformada por cinco (5) especialistas que trabajan en un
laboratorio de mecanizado de una universidad.
La metodología aplicada fue la de Montilva (1999), en conjunto con Angulo
(1986), estructurada en 10 fases: análisis de la situación actual, definición de
las especificaciones, esquema general del hardware, ordinograma general,
ordinogramas modulares y codificación del programa, depuración del
software, adaptación entre hardware y software, implementación del
hardware, integración del hardware con el software, pruebas finales del
prototipo.
Para el desarrollo del sistema, se trabajó con un micro controlador
PIC16F877A, los programas utilizados fueron VISUAL BASIC 2008,
PROTEUS ISIS, MPLAB y VIRTUAL SERIAL PORT 7.1. Los resultados
obtenidos permitieron concluir el desarrollo de una máquina CNC capaz de
disminuir el nivel de dificultad al momento de realizar circuitos electrónicos en
el campo universitario. Finalmente, se acotó que se deben implementar más
a fondo los conocimientos de la electrónica en Venezuela con la finalidad de
minimizar costos de importaciones, permitiendo el desarrollo científico y
tecnológico del país.
Los aportes a obtener por este trabajo de investigación son los siguientes:
las características y técnicas para manejar una maquina CNC y el manejo y
funcionamiento de los programas VISUAL BASIC 2008, PROTEUS ISIS,
MPLAB y VIRTUAL SERIAL PORT 7.1.
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2. BASES TEÓRICAS.
A continuación, se presentan los fundamentos teóricos necesarios que
sirven de plataforma fundamental para llegar al análisis de resultados,
brindando un sistema coordinado y coherente de conceptos o proposiciones
los cuales permitan abordar la problemática planteada.
2.1 SISTEMA
Según Ogata (1998, Pag 03) Un sistema es una combinación de
componentes que actúan juntos y realizan un objetivo determinado. Un
sistema no está necesariamente a los sistemas físicos. El concepto de
sistema se puede aplicar a fenómenos abstractos y dinámicos como los que
se encuentran en la economía. Por tanto, la palabra sistema debe
interpretarse en un sentido amplio que comprenda sistemas.
Un sistema es un conjunto de objetos unidos por alguna forma de
interacción o interdependencia. Cualquier conjunto de partes unidas entre sí
puede ser considerado un sistema. Un conjunto de partes que se atraen
mutuamente (como el sistema solar), o un grupo de personas en una
organización, una red industrial, un circuito eléctrico, un computador o un ser
vivo pueden ser visualizados como sistemas.
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2.1.1 CLASIFICACIÓN
El concepto de sistema es muy amplio, razón por la cual se pueden
clasificar en grandes conjuntos de sistemas. La presente investigación
describe la información referente, tomando los conceptos que le son de
utilidad.
2.1.1.1SISTEMA EMPRESARIAL
Ogata (1998, Pág. 05), Explica que un sistema empresarial está formado
por muchos grupos. Cada tarea asignada a un grupo representara un
elemento dinámico del sistema. Para la correcta operación de este sistema
deben establecerse métodos de realimentación para informar a los logros de
cada grupo.
2.1.1.2SISTEMA DE CONTROL
De igual manera, Dorf (1989, Pág. 02) define un sistema de control como
una interconexión de componentes que forman una configuración del sistema
que proporcionara una repuesta deseada del sistema. La base para el
análisis de un sistema es el fundamento proporcionado por la teoría de los
sistemas lineales, la cual propone una relación de causa-efecto para los
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componentes de un sistema. Por tanto un componente o proceso que vaya a
ser controlado puede presentarse mediante un bloque.
La relación entrada-salida representara la relación de causa y efecto del
proceso, la cual a su vez representara el procesamiento de la señal de
entrada para proporcionar una variable de señal de salida, frecuentemente
con una amplificación de potencia.
2.1.1.2.1SISTEMA DE CONTROL EN LAZO CERRADO
Según Ogata (1998, Pág. 06) Es un sistema que mantiene relación
determinada entre la salida y la entrada de referencia. Los sistemas
realimentados no se limitan solo a la ingeniería, sino también a campos
diversos ajenos a ella
2.1.1.2.2 SISTEMA DE CONTROL EN LAZO ABIERTO
Para Ogata (1998, Pág. 07) los sistemas de control en lazo abierto, Son
sistemas en los que la salida no tiene ningún efecto sobre la entrada, es
decir, en un sistema de control a lazo abierto no se mide ni se realimenta la
salida para compararla con la entrada. Ante la presencia de perturbaciones
en el sistema, un sistema a lazo abierto no realiza la tarea deseada.
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2.1.1.2.3 COMPARACIÓN ENTRE LAZO ABIERTO Y CERRADO
En el mismo orden de ideas, Ogata (1998, Pág 07) explica que una
ventaja en sistema de control de lazo cerrado es q mediante la
realimentación vuelve la salida del sistema prácticamente insensible a
perturbaciones y variaciones externas o internas.
Desde el punto de vista de estabilidad, el sistema de lazo abierto es más
fácil de desarrollar debido a que la estabilidad del sistema no es un problema
de importancia mientras q en el de lazo cerrado puede conducir a corregir
errores en exceso que producen oscilaciones de amplitud constantes o
variantes.
Es de señalar que en los sistemas donde no se presentan perturbaciones
es aconsejable utilizar un sistema de control en lazo abierto ya que es la
única ventaja del contrario, por otra parte el control a lazo cerrado necesita
más componentes, por tanto sue le tener costos y potencias más grandes.
Por lo general una combinación de sistemas de control de lazo abierto y lazo
cerrado es menos costosa y ofrecerá un comportamiento satisfactorio para el
sistema global.
2.1.1.3SISTEMA AUTOMATIZADO
Según Albert Mayol en (1992, Pág. 09), consiste en la incorporación de
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un dispositivo tecnológico que se encarga de controlar su funcionamiento. El
sistema que se crea con la incorporación del dispositivo, denominado
genéricamente automatismo, es capaz de reaccionar ante las situaciones
que se presentan, ejerciendo la función de control para la que ha sido
concebido.
2.1.1.4 SISTEMA MECÁNICO.
Reseña Jorge M. Gómez en el (2006, Pág. 01). Que en la mecánica la
máxima información acerca de un sistema de partículas consiste en obtener
las posiciones y velocidades de cada una de ellas en cada instante de
tiempo, respecto a un sistema de referencia dado. Para la solución de
cualquier problema mecánico es necesario: definir un sistema de referencia,
hallar las coordenadas más adecuadas para describir el sistema y plantear
las ecuaciones de movimiento de cuya solución se obtendrán las
coordenadas y velocidades en función del tiempo.
2.1.1.5 SISTEMA ELÉCTRICO.
Francisco Rodríguez (1998, Pág. 06) específica que todo sistema eléctrico
de potencia está dividido en cuatro niveles de tensión
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centralizados entre si, por medio de las estaciones y subestaciones
transformadoras, siendo los siguientes: Generación, transporte e
interconexión, sub-transporte y distribución.
2.1.1.6 SISTEMA CARTESIANO
Es definido por George B. Thomas (2005, Pág. 09) como un sistema de
ejes coordenados que dividen el espacio en regiones llamadas cuadrantes,
numerados en sentido contrario al movimiento de las agujas del reloj
2.1.1.7 SISTEMA ENTRADA/SALIDA
Albert Mayol en (1992, Pág. 39) declara que el control efectivo de una
maquina o proceso se basa en un continuo intercambio de información entre
el equipo de control y dicho proceso. La información que se recoge del
proceso recibe el nombre genérico de entradas, mientras que las acciones
de control sobre la maquina o proceso se denominan salidas. Los
dispositivos de entrada son los iniciadores de las señales de entrada y
corresponden a un amplio conjunto de elementos como interruptores de final
de carrera, pulsadores, presóstatos, detectores de posición, sensores, etc.
Mientras que los dispositivos de salida se encargan
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de aportar potencia a las señales de salida generadas por el sistema de
control y corresponden a relés, contactores, arrancadores de motores,
electroválvulas, etc.
2.1.1.7.1 SISTEMA E/S DISCRETO
Bajo la denominación de E/S discretas (también todo-nada) se agrupan
aquellos componentes del sistema E/S destinados a la captación o
generación de señales de y hacia dispositivos con dos estados diferenciados,
que corresponden a la presencia o ausencia de un nivel de tensión, ya sea
en DC o en AC.
2.1.1.7.2 SISTEMA E/S ANALÓGICO
Son módulos destinados a la conversión de una magnitud analógica
(tensión o corriente) correspondiente a la medida de una magnitud física.
(Temperatura, caudal, presión, etc.) Que varía sin solución de continuidad.
En general al conversión se hace a un código binario de 11 o 12 bits, al que
corresponde un valor numérico, o bien desde el valor numérico al código
binario. Es habitual que en un dispositivo exista un solo convertidor
analógico digital (A/D) y las magnitudes de entrada sean multiplexadas
(tomadas secuencialmente una a una) para su conversión.
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2.1.2 REQUERIMIENTOS DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO
Para que un sistema automatizado sea rentable y sostenible, debe cumplir
con una serie de requerimientos o especificaciones tanto físicas (hardware)
como virtuales (software), de manera que brinde el mayor desempeño a corto
y largo plazo.
2.1.2.1 REQUERIMIENTOS PARA HARDWARE
En (1997, Pág. 453) Josep Balcells especifica que el hardware deberá ser
abierto, para permitir su fácil ampliación o modificación, de funcionamiento
autónomo, aun en el caso de centenares de señales capturadas, y no debe
introducir retardos inaceptables desde la captura de la señal hasta su
entrada en el procesador.
2.1.2.2 REQUERIMIENTOS PARA SOFTWARE
Así mismo, En (1997, Pág. 453) Josep Balcells declara que el software
debe ser intuitivo y configurable, e incorporar unas u otras funciones de
tratamiento y gestión de datos, según la aplicación deseada.
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Asimismo, el software ejecutara un tratamiento informático sobre los datos
para entregar resultados interpretables por el operador: gráficos, evoluciones
temporales, análisis de tendencias, etc.
2.2 AUTOMATIZACIÓN
Dorf (1989, Pág. 07) propone que el control de un proceso industrial
(fabricación, producción y otros) por medios automáticos en vez de humanos
se conoce frecuentemente como automatización. La automatización es
frecuente en las industrias química, de generación de electricidad, papelería,
automotriz y siderúrgica entre otras. El concepto de automatización es central
para nuestra sociedad industrial. Los sistemas automáticos se utilizan para
aumentar la producción de una planta por trabajador, a fin de compensar los
salarios crecientes y los costos inflacionarios. Por esta razón las industrias
están interesadas en la productividad de sus plantas por trabajador.
2.2.1 ELEMENTOS DE LA AUTOMATIZACIÓN
La automatización requiere el conocimiento de los parámetros de los
procesos controlados, para lo que usa los sensores (elementos que le
permitirán adquirir valores y parámetros del proceso). Será preciso que se
actúe sobre el proceso, para lo cual se necesitan los actuadores.
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Así mismo, se necesitan dispositivos que sean capaces de controlar todo
el proceso y tomar decisiones, para dicha tarea se utilizan los micro
controladores, los controladores lógicos programables (PLC) o en su defecto
un ordenador de escritorio.
2.2.1.1 SEÑALES Y SENSORES
Para Domingo, J (2003, Pag. 35),en una automatización industrial es
fundamental conocer, entre otros aspectos, la manera en que se recibe la
información del proceso que hay que controlar, así como la manera en que
se le ha de suministrar la información. De modo que será importante conocer
el tipo de información que se manipula.
Estos tipos de información son los que tienen que permitir al diseñador
tomar las decisiones oportunas en cada caso. La información es recibida y
entregada al sistema controlado por parte del sistema de control, según el
esquema clásico en lazo cerrado.
En general se conocen como sensores a los elementos electrónicos de
medición que permiten a un dispositivo de control conocer las variables de
interés del proceso que controla. En la figura 1 se observan estos
planteamientos
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Figura 1. Sistema de control automatizado clásico.
Fuente: Domingo, J (2003).
2.2.1.2 PRE-ACTUADORES Y ACTUADORES
Según Domingo, J (2003, Pag. 57) los actuadores son aquellos que se
encargan de llevar a cabo las correcciones y acciones sobre la planta. De
igual manera, define los pre-actuadores como los elementos que permiten el
acoplamiento entre dos tipos de energía, o la amplificación de una misma
energía, para así poder controlar actuadores que no se acoplen directamente
con el dispositivo de control.
2.2.1.3 MICRO CONTROLADORES
Es definido por Santamaría, E (1993, Pág. 257 ) como un sistema de
microprocesador que tiene incluido en un mismo chip la CPU, la memoria y
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los elementos periféricos de forma que se pueda realizar todo un sistema de
control simplemente conectando los elementos exteriores.
2.2.1.3.1LENGUAJE MAQUINA ENSAMBLADOR (ASSEMBLER)
Según Steven C. Chaparra (1989, Pág. 41) Un lenguaje de maquina está
compuesto de un número limitado de “palabras” se desarrolla con base en
los bits de la computadora. Estas palabras, a las que se les llama conjunto
de instrucciones de la computadora, permiten al usuario instruir y manipular a
la máquina para formar tareas.
2.2.1.4 INTERFAZ HOMBRE-MAQUINA
Mandado, E (2007, Pág. 673) plantea que cuando la maquina es compleja
el sistema electrónico de control debe proporcionar al usuario la posibilidad
de modificar parámetros, observar el nivel de determinadas variables, etc.
Para ello se dota al controlador de un periférico que sirve de unidad de
acoplamiento (interfaz) entre el usuario y la maquina. Dicho periférico suele
recibir el nombre de HMI (acrónimo brindado en ingles cuyo significado es
Human Machine Interface).
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2.2.1.5 AUTOMATIZACIÓN SECUENCIAL
Para García E (1999, Pág. 09) un automatismo secuencial, es un sistema
cuyo funcionamiento emplea una secuencia de fases claramente
diferenciadas, según un conjunto de reglas preestablecidas. En el caso más
sencillo, el final de cada fase es detectado por un captador apropiado para
dar paso al inicio de la fase siguiente.
2.2.1.6 CAD/CAM
García A (2007, Pág. 185-188) Para empezar a hablar de los sistemas
CAD/CAM, es conveniente saber el significado de las siglas. CAD
(ComputerAidedDesign), CAM (ComputerAidedManufacturing).
Los beneficios que aporta la adopción de técnicas CAD/CAM se pueden
simplificar como sigue: notable aumento de la productividad, disminución del
coste de producción, adaptabilidad rápida de la producción a las
fluctuaciones y exigencias del mercado, mejora considerable de la calidad y
fiabilidad de la producción, promoción profesional del técnico y obrero, y
utilización más eficaz de la maquinaria. A continuación se presenta un
resumen de las funciones que presentan los sistemas CAD/CAM.
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Cuadro 1
Resumen de las funciones de los sistemas CAD
Fuente: Garcia, A. 2007
2.3 PROTOCOLO RS-232
De acuerdo a lo establecido por Briceño, J. (2005), es una interfaz usada
para interconectar dos dispositivos vía un cable multifilar, usualmente una
computadora con un dispositivo periférico. El estándar cumple con los
requerimientos eléctricos y físicos para la transmisión serial de bits. Además,
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define las señales de reconocimiento para el control de equipo estándar para
líneas telefónicas.
Eléctricamente el sistema está basado en pulsos positivos y negativos
de 12 V en los cuales los datos son codificados. Mecánicamente, el estándar
RS-232C tiene conectores de 9 o 25 pines. Las señales principales que
llevan los datos de un terminal a otro son manejadas por las líneas "transmite
data" y "recibe data”.
Esta definición es complementada por Mayol, A (1992, Pág. 58) el cual
especifica que la norma posee un conjunto de 25 líneas y señales pero en la
práctica se precisan solo de 3 a 5 líneas para la mayoría de los terminales,
es el método más difundido, pero tiene la limitación de la distancia máxima
de transmisión, que se limita a 15 metros y la velocidad de transmisión no
puede superar los 20 k baudios (20.000bits/s). Los datos se transmiten a una
frecuencia con una velocidad de transmisión prefijada de 110, 300, 600,
1200, 2400, 9600 o 19.200 baudios. Para que sea posible esta transmisión,
las señales de bit están bajo el control de un reloj y el bloque de bits que se
transmite incorpora un bit de inicio y uno o dos de final, que permiten
sincronizar otro reloj existente en el receptor del mensaje.
2.4 FRESADORA
Según Espeso, J (2007, Pág. 350) Es una máquina-herramienta, su
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principio de funcionamiento es conformar una pieza por arranque de viruta.
Para ello, la pieza se sujeta sobre una mesa de trabajo y puede permanecer
fija o con movimiento rectilíneo. La herramienta efectúa un movimiento
giratorio y al realizar el contacto de herramienta-pieza se produce el
mecanizado con desprendimiento de viruta.
2.4.1 TIPOS
De acuerdo a lo planteado por Rodríguez J. (2006, Pág. 127) los
principales tipos de fresadoras son: fresadoras horizontales, fresadoras
verticales, fresadoras universales, fresadora de 5 ejes, además de XYZ, la
herramienta puede inclinarse girando respecto a 2 planos ortogonales,
finalmente se menciona a la fresadora de tipo hexápodo, son las maquinas
más modernas y un cambio grande en la estructura de las maquinas-
herramientas convencionales, la herramienta está sujeta sobre 6 brazos
extensibles que orientan la herramienta en el espacio, pudiendo ser
horizontales o verticales. En la figura 2 se observa una fresadora vertical
CNC
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Figura 2. Fresadora Vertical CNC de uso Industrial
Fuente: Rodriguez, J (2006, Pág 127)
2.5 FRESADORA DE CONTROL NUMÉRICO (CNC)
Según lo planteado por Somolinos, J (2002, Pág. 218), CNC significa
“control numérico computarizado”. En una fresadora CNC, una computadora
controla el movimiento de la mesa, el carro y el husillo. Gracias a esto, puede
hacer movimientos que no se pueden lograr manualmente, círculos, líneas
diagonales y otras figuras complejas. Una vez programada la máquina, ésta
ejecuta todas las operaciones por si solas, sin necesidad de que el operador
este manejándola, de igual manera la maquina se puede manejar de forma
manual y semiautomática desde el teclado sin necesidad de programar.
El operador puede usar el teclado de la computadora para mover los ejes
como si se emplearan manivelas. Así mismo se puede controlar con una
tecla el uso de líquido de corte, entre otras funciones.
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2.5.1. HARDWARE ASOCIADO
Según las especificaciones, características y definiciones presentadas, se
describe a una fresadora de control numérico como una Herramienta-
Maquina. Razón por la cual, se necesita de un hardware asociado o
dispositivos físicos que integran la totalidad del equipo.
2.5.1.1 SERVO-CONTROLADOR
Para Mayol, Albert (1992, Pág. 47.) Es un modulo el cual permite el control
de posicionamiento de un eje, o multi-eje, proporcionando tiempos cortos de
posicionado, alta precisión, buena fiabilidad, y alta repetitibilidad, y ofrece
una alternativa económica al empleo del control numérico.
2.5.1.2 MOTORES DC
Según lo establecido por Chapman (Maquinas Eléctricas. 3era Edición,
Pág. 483) las maquinas DC son generadores que convierten energía
mecánica en energía eléctrica DC y motores que convierten energía eléctrica
DC en energía mecánica. La mayoría de las maquinas DC son semejantes a
las maquinas AC porque tienen voltajes y corrientes AC dentro de ellas.
Las maquinas DC tienen una salida DC solo porque existe un mecanismo
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que convierte los voltajes AC internos en voltajes DC en sus terminales.
Puesto que este mecanismo se denomina conmutador, la maquinaria DC se
conoce también como maquinaria de colector o conmutada.
2.5.1.3 MOTORES PaP
De acuerdo a lo especificado por Conti, Francisco. (Motores paso a paso,
Pág. 1-3) Los motores paso a paso, también llamados “de movimiento
indexado” o simplemente “de pasos”, constituyen un caso especial de esta
clase de motores, estando diseñados para girar en un determinado ángulo en
función de las señales eléctricas que se les apliquen en sus terminales de
control.
La magnitud o resolución de los pasos que puede ejecutar un motor
dependerá de sus características constructivas, comprendiendo ángulos de
menos de 1º hasta 15º, o más, según el modelo. Este tipo de motores se
emplean a menudo en sistemas de control digital, en los que el motor recibe
órdenes de lazo abierto en forma de un tren de pulsos para hacer rotar su eje
en un ángulo perfectamente definido.
En muchas aplicaciones, se puede obtener una información precisa sobre
la posición del elemento accionado, con tan solo llevar una cuenta de los
pulsos que se mandan al motor paso a paso, no necesitándose sensores de
posición ni control por retro-alimentación; lo que simplifica la instalación.
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La mayoría de los motores giran a una velocidad relativamente constante,
otros se mueven en pasos discretos. Los primeros tienen dos estados:
marcha y parada, activación con el bloque rotor y el movimiento en pasos.
Este movimiento puede ser suave o brusco, dependiendo de la frecuencia y
de la magnitud de los pasos en relación a la inercia del rotor.
2.5.1.4 ELECTRONICA DE POTENCIA
De acuerdo a lo planteado por Chilet, S (2002, Pág. 07) por electrónica de
potencia se entiende, aquella rama de la electrónica que se encarga de
adecuar, controlar y convertir la energía eléctrica disponible. Esta parte de la
electrónica utiliza los dispositivos electrónicos capaces de manejar y
modificar la presentación de la energía eléctrica.
2.5.1.4.1 RELÉS.
Para Domingo, J (2003, Pág. 60) un relé convencional de aplicación
general está constituido por una bobina y un contacto diseñados para
conmutar una corriente continua o alterna.Al aplicar una tensión continua a la
bobina, circula a través de la misma una corriente que crea un campo
magnético en su interior. Este campo atraerá una armadura hacia el núcleo
de la bobina. Puesto que esta armadura esta unida mecánicamente a los
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contactos de maniobra, cuando se desplaza hacia el núcleo de la bobina se
produce la apertura o cierre de los contactos de maniobra.
2.5.1.4.2 RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO (SCR)
De acuerdo con Maloney. (2006, Pág. 162), un rectificador controlado de
silicio (SCR) es un dispositivo de tres terminales utilizado para controlar
corrientes más bien grandes a una carga. Un SCR actúa en gran parte como
un interruptor. Cuando se enciende, se presenta una trayectoria de baja
resistencia para el flujo de corriente del ánodo al cátodo, después actúa
como un interruptor cerrado.
Cuando se apaga, no puede fluir corriente del ánodo al cátodo, entonces
actúa como un interruptor abierto. Debido a que se trata de un dispositivo de
estado sólido, su acción de conmutación es muy rápido.
2.5.1.4.3 TRIAC
Según Boylestad. (2003, Pág. 940) El TRIAC es fundamentalmente un
DIAC con una terminal de compuerta para controlar las condiciones de
encendido del dispositivo bilateral en cualquier dirección. En otras palabras,
para cualquier dirección la corriente de compuerta puede controlar la acción
del dispositivo en una forma muy similar a la demostrada para el SCR.
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2.5.1.4.4 OPTOACOPLADOR
De acuerdo a lo establecido por Boylestad. (2003, Pág. 940) se define
como un dispositivo que se encuentra encapsulado, contiene tanto un LED
infrarrojo como un foto detector, un transistor par Darlington o un SCR. La
respuesta de longitud de onda de cada dispositivo se adapta para ser lo más
similar posible para permitir el mayor nivel de acoplamiento.
2.5.1.4.5 TRANSISTOR MOSFET
Según Chilet, S (2002, Pág. 146) los transistores MOSFET aparecieron en
la década de los 80 en el mercado de los semiconductores de potencia y han
desplazado al transistor bipolar en muchas de sus aplicaciones, sobre todo
en aquellas donde se requerían altas frecuencias de trabajo. Al igual que el
transistor bipolar, es un dispositivo de tres terminales, con uno de ellos, el de
la puerta o GATE, que efectúa el control de la corriente por el dispositivo, que
se efectúa del terminal de drenador (DRAIN) al surtidor (SOURCE).
2.6 CIRCUITOS IMPRESOS
De acuerdo con Josep Balcells (1992, Pág. 27), un circuito impreso es el
soporte físico habitual de los componentes electrónicos, incluidos los
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conductores. En consecuencia, determinan las relaciones de proximidad y
orientación entre componentes.
2.6.1 CARACTERISTICAS
De igual manera Balcells (1992, Pág. 27) resalta las siguientes
características ideales para los circuitos impresos:
A. Desde un punto de vista mecánico, idealmente los circuitos impresos
deberían ser perfectamente rígidos
B. Desde un punto de vista eléctrico, deberían ser totalmente aislantes,
inclusive en condiciones de alta humedad.
C. Se construyen con diferentes sustratos laminados, siendo el más
frecuente el compuesto de fibra de vidrio con resina Epóxica.
D. Se reviste de cobre por una o dos caras, siendo este laminado de 30 a
40 micrómetros.
2.6.2 MÉTODOS PARA LA ELABORACIÓN DE CIRCUITOS IMPRESOS
Los circuitos impresos, son realizados de diferentes maneras tanto a nivel
artesanal como a nivel industrial, existen diversas técnicas, cada una tiene
sus ventajas y desventajas, a continuación se presentan las más utilizadas
para dicha tarea.
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2.6.2.1 MECANIZADO
El primer método es descrito por Bastian, P (2001, Pág.542) donde se
describe que el mecanizado de materiales con laser tiene lugar sin contacto
con la pieza o el material. De esta manera, se pueden cortar, taladrar o
soldar plásticos o metales con gran precisión, utilizando por ejemplo laser de
neodimio o laser de carbono. Además se pueden templar o erosionar
superficies metálicas. En electrotecnia se cortan con laser orificios, por
ejemplo en hileras de diamante para fabricación de alambres o en circuitos
impresos.
2.6.2.2 SERIGRAFÍA.
Según Bastian, P (2001, Pág.546) el proceso de serigrafía permite obtener
de forma económica grandes cantidades de circuitos impresos. En la
serigrafía se utiliza como plantilla una gasa de impresión. Las gasas de
impresión son tejidos de malla muy fina, de género textil, de plástico o de
metal, cerrándose las mallas de la gasa parcialmente con esmalte o lamina.
En los puntos abiertos, es decir en la imagen de los conductores, puede
pasar tinta de imprenta a través de la gasa de impresión sobre la superficie
recubierta de cobre. La tinta de imprenta protege el cobre situado debajo
durante la operación de grabado, de manera que las partes intermedias del
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cobre que no están recubiertas se pueden disolver. Después del grabado se
retira la tinta de imprenta, se limpia la tarjeta y se continua su elaboración
para obtener el circuito impreso.
2.6.2.3 TÉCNICA FOTOGRÁFICA
Este proceso es descrito por Bastian, P (2001, Pág.546), el cual especifica
que en la técnica de fotografía se aplica sobre la superficie de la tarjeta una
capa fotosensible sobre la que se copia la imagen de los conductores, de
esta manera se logra mayor precisión que con la técnica de serigrafía.
De no poseer tarjetas previamente recubiertas sobre el material revestido
de cobre, se puede aplicar un esmalte fotográfico, el fotoresist. La luz
ultravioleta transfiere la imagen de los conductores sobre la tarjeta. Si se
quiere aplicar sobre las pistas conductoras adicionalmente un revestimiento
protector, por ejemplo una aleación de estaño-plomo, se emplea el proceso
negativo. En el proceso negativo, no se tiene la posibilidad de aplicar un
revestimiento de protección adicional.
3. SISTEMA DE VARIABLES
En la presente investigación la variable objeto de estudio es: Sistema
Automatizado.
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3.1 DEFINICION NOMINAL
Sistema Automatizado con base en una Fresadora de Control numérico
(CNC) para la Elaboración de circuitos impresos.
3.2 DEFINICION CONCEPTUAL
Para William Dorf, (1989) el control de un proceso industrial (fabricación,
producción y otros) por medios automáticos en vez de humanos se conoce
frecuentemente como automatización. La automatización es frecuente en las
industrias química, de generación de electricidad, papelería, automotriz y
siderúrgica entre otras. El concepto de automatización es central para
nuestra sociedad industrial. Los sistemas automáticos se utilizan para
aumentar la producción de una planta por trabajador, a fin de compensar los
salarios crecientes y los costos inflacionarios. Por esta razón las industrias
están interesadas en la productividad de sus plantas por trabajador.
3.3 DEFINICION OPERACIONAL
En el mismo orden de ideas, un sistema automatizado puede definirse
como un conjunto de elementos que interactúan entre sí para realizar una
determinada labor sin la intervención del hombre, de manera que se pueda
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evitar riesgo físico para el personal humano así como también incrementar el
factor de productividad debido a la rapidez y exactitud que puede presentar
una maquinaria diseñada para realizar una tarea en especifico. Otro factor
importante a tomar en cuenta es el costo de operación de la misma, ya que a
pesar de que necesitan un mantenimiento periódico, se evita tener un
personal numeroso realizando una tarea, lo que genera un ahorro
considerable.