Esta programación por computadora tiene varias ventajas:
Usa un lenguaje simbólico, y ya varios programas han sido desarrollados.
Tiempo reducido de programación. Es capaz de acomodar una gran cantidad de datos y
variables del proceso como potencia, velocidades, alimentación, herramienta, cambio de
herramienta, uso de la herramienta, deflexiones y refrigerantes.
Reducción de la posibilidad de error humano, que puede ocurrir operando manualmente.
Habilidad para ver las secuencias de la máquina en pantalla para depurar.
La selección de un lenguaje de programación depende de los siguientes factores
Nivel de experiencia del personal
Complejidad
Tipo de equipamiento y disponibilidad de computadoras
Tiempo y costo envueltos en programación
2.2.6. Control adaptivo
El sistema de Control Adaptivo (CA, o AC en inglés) para procesos de mecanizado es una
extensión lógica de un CNC. En estos sistemas, la posición relativa entre la herramienta y la pieza es
controlada. Sin embargo, el programa debe especificar la velocidad de corte y la alimentación. La
determinación de esos parámetros requiere experiencia y conocimiento según cómo sea la pieza
(geometría y material), y qué herramienta se está utilizando, además de conocer las características
de la máquina, refrigerante, y demás elementos. Esa determinación afecta directamente factores
económicos, como pueden ser precisión dimensional de la pieza, superficie, velocidad de remoción
de material, o vida útil de la herramienta. El foco principal del CA es la mejora de la producción,
obteniendo mejoras en todo lo mencionado anteriormente. Esto es llevado a cabo con la medición y el
control de ciertas variables del proceso en tiempo real. Un esquema de una configuración típica del
CA se puede observar en la Figura 2.6. Está claro que el CA representa un sistema de control del
proceso que opera en conjunto con los sistemas de control ya explicados anteriormente.
Figura 2.6. Esquema de un sistema de control adaptivo incorporado a una máquina con CNC
El AC usa una gran variedad de sensores y estrategias de control. Dependiendo de esos
factores, el CA puede ser clasificado:
Control Adaptivo con Optimización (CAO, o ACO en inglés), en el cual se usa un índice
económico de perfomance para optimizar los procesos de corte usando mediciones on-line.
Control Adaptivo con Restricción (CAR, o ACC en inglés), en el cual el proceso es controlado
usando mediciones on-line para mantener un proceso particular restringido.
Control Adaptivo Geométrico (CAG, o GAC en inglés), en el cual el proceso es controlado usando
mediciones on-line para mantener la geometría deseada.
El CAO es el más usado, sin embargo, como es dificultoso implementarlo, los otros dos
también son bastante usados. El sistema CAR es conveniente para procesos de desbaste, mientras
que el CAG es usado típicamente para operaciones de terminado.
Los beneficios del CA pueden ser significativos, particularmente bajo condiciones de corte
variables. Sin embargo, el objetivo principal es la mejora de la producción, por ejemplo,
incrementando la velocidad de remoción de metal (VRM, o MRR en inglés). Esto es ilustrado en la
Figura 2.7., para una operación de fresado con el ancho o la profundidad como variables de corte.
Con CA, la alimentación puede ser aumentada cuando la profundidad o el ancho de corte es
pequeño, y reducida si alguna de esas dos variables se hacen más grandes. En contraste, con un
fresado convencional, se deberá seleccionar la menor alimentación basada sobre la peor condición.
Figura 2.7. Comparación de la alimentación con control adaptivo y convencional cuando el corte
varía. (a) Variable profundidad. (b) Variable ancho
Algunos resultados típicos demostrando los beneficios del CA son mostrados en la Figura 2.8.
Se compara costos de maquinado para CA y convencional y muestra que una mejora en la
producción del 20% al 80% se puede esperar usando el sistema de CA. Otro beneficio es el tiempo
de programación reducido porque la alimentación y corte se ajustan on-line.
2.2.6.1. Control adaptivo con optimización
Se describen dos sistemas, una fresadora y una amoladora, basado con el sistema CAO.
Sistema de CAO para fresadora: Se usan varias mediciones de variables del proceso (momento
torsor, temperatura de la herramienta, y vibraciones de la máquina) y un índice económico de
perfomance para ajustes on-line de la velocidad de corte y alimentación. El objetivo de este
sistema es maximizar ese índice, sujeto a restricciones en la velocidad de la herramienta, máximo
momento torsor, máxima alimentación, máxima temperatura de la herramienta, y máxima
amplitud de vibración. Esta optimización es resuelta on-line usando métodos de gradiente, con
incrementos en la velocidad de alimentación de 0,003 mm/rev e incrementos en la velocidad de la
herramienta de 10 rev/min. El principal problema es que necesita un sensor de vida útil de la
herramienta. El cálculo de ésta con mediciones de temperatura y de momento torsor no es
satisfactorio para todos los rangos de alimentación y velocidad de corte, y una medición de
temperatura confiable es difícil de obtener en una producción.
Figura 2.8. Comparaciones del costo de mecanizado con CA y convencional. (a) El maquinado de
acero dulce con 0,05 mm (0,002”) de tolerancia, una profundidad de corte de 0,75 mm (0,003”) y un
ancho de 25 mm (1”), y (b) el maquinado de acero inoxidable con 0,25 mm (0,01”) de tolerancia, una
profundidad de corte de 2,5 mm (0,1”) y un ancho de 25 mm (1”). (c), (d) y (e) en un ejemplo la
variable es la profundidad de corte y en el otro es a 1 mm de profundidad de corte. Las condiciones
de mecanizado son las siguientes: (c) acero SAE 4140 con herramienta de acero rápido, (d) acero
SAE 4140 con herramienta de carburo, y (e) acero inoxidable con herramienta de acero rápido.
Sistema de CAO para amoladora: Se basa en la medida de la potencia en el disco de amolar.
Esta potencia medida es comparada con la máxima potencia permitida, y el error de potencia
generado, es usado para ajustar la velocidad de avance de la pieza. Entonces, el sistema es
designado para operar cerca de la potencia máxima.
2.2.6.2. Control adaptivo con restricción
En general, los sistemas de CA comerciales usados hoy en producción para fresado y
torneado de desbaste son del tipo CAR. Esto es porque los sistemas de CAO son más complejos y
requieren más cantidad de conocimiento antes de que sean totalmente instalados. Los sistemas de
CAR pueden proveer muchos de los beneficios del CAO y son relativamente fáciles de implementar.
2.2.6.2.1. Fundamentos de los sistemas con CAR
Típicamente, estos sistemas se basan sobre la medición de una variable del proceso, como
fuerza, torque, o corriente del motor, e intenta mantenerla en un predeterminado valor de referencia.
Si este valor es determinado para garantizar una alta velocidad de producción relativa sin un excesivo
uso acelerado de la herramienta, provee una buena, aunque no tan óptima, perfomance. Muchos
sistemas de CAR intentan maximizar la VRM maximizando una de las variables del mecanizado,
como por ejemplo, operando a la máxima alimentación pero manteniendo una carga constante en la
herramienta, como se vio en la Figura 2.7. En este caso el promedio de la alimentación con el sistema
CAR es mayor que con la programada, particularmente si hay variaciones significantes en la
profundidad o el ancho de donde se está maquinando. Los que más comúnmente se restringen son la
fuerza de corte, el momento torsor, y la potencia de la máquina. Para que ello ocurra, se manipulan
variables como alimentación y velocidad de la herramienta.
Figura 2.9. Un sistema CAR para torno
Un sistema CAR para un torno se muestra en la Figura 2.9. La fuerza de corte se mide
típicamente cada 1 s, y el valor de la fuerza se compara con un valor de referencia. El error de la
fuerza es un dato de entrada del controlador del CAR, que produce un cambio en la alimentación. Un
error positivo incrementa dicha velocidad y consecuentemente incrementa además la fuerza actual.
Por varios experimentos se determinó que la profundidad de corte varía de la forma en que se
muestra en la Figura 2.10.
Sin embargo, un sistema CAR puede tener problemas por poca perfomance, y hasta rotura de
herramientas. Los resultados mostrados en la Figura 2.11., ilustra la inestabilidad que ocurre por el
cambio en los parámetros del proceso de corte (por ejemplo, profundidad de corte, velocidad de la
herramienta, y hasta alimentación). Este proceso de corte, como se muestra en la Figura 2.9., es
parte del lazo de control, y a menos que el controlador varíe para compensar las variaciones de las
variables del proceso, la perfomance de un lazo cerrado no se puede obtener. Entonces, se requiere
el uso de técnicas de teoría del control adaptivo. En otras palabras, el controlador debe ser adaptado
on-line para los cambios de los parámetros del proceso.
Figura 2.10. Experimentos de torneado con un CAR con una escala de tiempo grande y saltos en los
cambios de la profundidad de corte. Los gráficos muestran el efecto de los cambios en (a)
profundidad de corte, (b) alimentación y (c) fuerza de corte con aumento del tiempo.
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