Diseño e implementación de un CNC compacto de 5GDL para un volumen de trabajo de 600*600*300mm

Abstract

La importancia de tener 5 grados de libertad se basa en maquinar piezas complejas que no se pueden realizar con solo 2, 3 o 4 ejes como, por ejemplo, los álabes de turbinas para submarinos, piezas de submarinos, armamentos avanzados y entre otras piezas. Los cuales, necesariamente se deben utilizar ruteadores CNC de 5 axis para obtener estas piezas, haciéndolas costosas o poco rentables para empresas pequeñas o medianas. Por ello, el presente artículo plantea el diseño de un ruteador Control Numérico Computarizado de 5 grados de libertad, es decir, tendremos tres ejes convencionales (XYZ), un eje rotativo “Z” de 360° y un eje rotativo “X” de -45° a +45°. Incluso, tiene un espacio de trabajo de 600*600*300 mm, lo que es una gran ventaja comparándolo con el rango del área de trabajo de los ruteadores investigados. Asimismo, este artículo demuestra cómo se realizaron los cálculos matemáticos para el soporte de la estructura, engranajes y movimiento del diseño mecánico, así como los diagramas eléctricos, simulaciones de deformaciones estructurales hechas en Inventor, simulaciones de perturbaciones, fundamento teórico de las razones por la que se eligió este tipo de diseño comparado a otros ya existentes y así lograr este nuevo diseño mecánico. Finalmente, se logró construir una máquina CNC con las características mencionadas, se demostró el motivo por el cual se eligió cada pieza para este proyecto, demostrar que fueron los acertados con respecto a calidad, precio y facilidad de manejar ya que será controlado de un interfaz mach 3, resultados de las piezas trabajadas y la estabilidad que se logró a pesar de perturbaciones internas o externas con este nuevo diseño.

The importance of having 5 degrees of freedom is based on machining complex parts that cannot be made with only 2, 3 or 4 axes, such as turbine blades for submarines, submarine parts, advanced weapons and among other parts. Which, necessarily, 5 axis CNC routers must be used to obtain these parts, making them expensive or unprofitable for small or medium-sized companies. For this reason, this article proposes the design of a Computerized Numerical Control router with 5 degrees of freedom, that is, we will have three conventional axes (XYZ), a 360° rotary axis "Z" and a rotary axis "X" of - 45° to +45°. Even, it has a working space of 600*600*300 mm, which is a great advantage compared to the working area range of the investigated routers. Likewise, this article demonstrates how the mathematical calculations for the support of the structure, gears and movement of the mechanical design were made, as well as the electrical diagrams, simulations of structural deformations made in Inventor, simulations of disturbances, theoretical foundation of the reasons why that this type of design was chosen compared to other existing ones and thus achieve this new mechanical design. Finally, it was possible to build a CNC machine with the mentioned characteristics, the reason why each part was chosen for this project was demonstrated, to demonstrate that they were the right ones with respect to quality, price and ease of handling since it will be controlled from an interface mach 3, results of the worked pieces and the stability that was achieved despite internal or external disturbances with this new design.