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Introducción.
Introducción.
En este apartado vamos a mostrar cómo se fabrica un engranaje, a partir de una probeta de resina de poliuretano y mi sistema CNC, controlado deste un teléfono móvil Android. El uso de piezas de resina de poliuretano me permite mecanizar en mi domicilio sin provocar demasiado ruido.
La probeta tiene diámetro 29,5mm y espesor 9mm
Para poder llevar a cabo este trabajo, he necesitado fabricar un soporte en barra de latón. La probeta se atornilla a este soporte, lo que me permite cambiarla con facilidad.
En el eje giratorio se coloca el soporte de latón, y en él se atornilla la probeta. Esta forma de sujección no aporta precisión en el centrado, por lo que el plato de sujección ha de ser de garras independientes. Como sabemos, este tipo de plato permite centrar cualquier pieza por muy descentrada que esté.
Equipo CNC empleado.
En cuanto al equipo CNC, vamos a utilizar dos de los desarrollos que se muestran en mi página web:
- Placa de potencia. Se encaga de alimentar el motor de la fresadora.
https://sites.google.com/site/controlofmachines/proyectos-completos/unidad-v-desarrollo-de-proyectos
- Sistema CNC. Se encarga de controlar los 4 motores paso a paso de la fresadora CNC.
https://sites.google.com/site/controlofmachines/proyectos-completos/control-maquina-4-ejes
En esta imagen se muestra el teléfono móvil Samsung Galaxy utilizado para ejecutar la app de fabricación que desarrollé para mi sistema CNC.
Dos posibles formas de tallar un engranaje.
Dos posibles formas de tallar un engranaje.
Este sistema CNCy su app Android soportan dos formas diferentes de fabricar el mismo engranaje:
Fabricación de engranajes basada en fresa con perfil de involuta, del tipo "involute gear".
Fabricación de engranajes basada en fresa en V, con el perfil del diente en su filo.
El primer sistema es el estándar en máquinas pequeñas o medianas, como a las que va destinado este hardware. Se usan fresas circulares, cuyos laterales siguen el perfil de un diente (una evolvente de círculo).
El segundo sistema es muy básico, y la calidad obtenida en el perfil del diente no es muy buena. Sirve para engranajes de plástico, nylon, etc. Su principal ventaja es la facilidad con la que se pueden fabricar engranajes helicoidales.
Estas son las interfaces de usuario, en la que podrá introducir los datos del engranaje a fabricar:
Fabricación con fresa de perfil de involuta
Fabricación con fresa en V
Los datos Módulo, Nº Dientes, Diámetro Exterior, Profundidad total Y están interrelacionados, de forma que, si se modifica uno de ellos, los otros dos valores habrán de ser reajustados. La app hace esta tarea de forma automática, actualizando los nuevos valores en la pantalla:
Si modifico el Modulo: La app recalcula el Nº dientes y la Profundidad total Y.
Si modifico el Nº Dientes: La app recalcula el Diámetro Exterior.
Si modifico el Diámetro Exterior: La app recalcula el Nº Dientes.
Verificación del sentido del desplazamiento de los ejes.
Verificación del sentido del desplazamiento de los ejes.
La primera operación a realizar es verificar si los ejes se mueven en la dirección esperada por el software, o si se mueve en sentido inverso.
Ejecutamos el proceso de fabricación, y vemos cómo se mueve la fresa respecto de la pieza. Ha de coincidir con los movimientos indicados en la imagen.
En función del resultado, llevar a cabo los cambios necesarios en la pantalla de configuración de cada motor, hasta conseguir que la fresadora se comporte como el proceso de fabricación espera.
Preparación del trabajo.
Preparación del trabajo.
Antes de comenzar a mecanizar, es necesario preparar la máquina, mediante el uso del “modo continuo” ofrecido en la app Android, de forma que los ejes X, Y, Z queden posicionados correctamente. Consultar el manual del sistema CNC para obtener más información.
Fabricación con fresa de perfil de involuta, en fresadora universal.
Fabricación con fresa de perfil de involuta, en fresadora universal.
Este proceso de fabricación es mucho más común, y se obtienen resulados suficientemente profesionales para muchas situaciones.
En esta imagen la fresadora está terminado su trabajo, con los 57 dientes ya tallados.
Vídeo del proceso, paso a paso.
Éste es un vídeo detallado del proceso de tallado del engranaje. Consta de tres partes, con diferentes perspectivas y grados de zoom, para mostrar una visión completa del proceso.
El proceso de fabricación mostrado en esta sección ha ido bien. En esta imagen final se ve el resultado.
A pesar de estar trabajando con resina, en vez de metal, el perfil de los dientes y su distribución a lo largo de la cirfunferencia, es correcto.
Fabricación de engranajes con fresa en V.
Fabricación de engranajes con fresa en V.
Como ya hemos dicho, es un sistema muy básico, pero que nos permite ajustar el equipo. He usado este "Movimiento Complejo" para verificar que mi software funciona correctamente.
Ya hemos explicado que el software se compone de un sistema operativo específico para sistemas embebidos CMSIS-RTOS, y sobre él he implementado una capa de funciones que permiten mover cada eje con órdenes sencillas.
Fresadora CNC utilizada. Vemos que estamos empleando un cabezal de fresado rápido, muy útil cuando trabajamos con fresas rectas de perfil en V.
Ajuste de la pieza en el eje giratorio.
Ajuste de la pieza en el eje giratorio.
El primer paso es ajustar la probeta de resina, hasta lograr que esté perfectamente centrada con el eje. En la imagen mostrada a continuación, se ha empleado un micrómetro Mitutoyo montado sobre un soporte Starrett y el accionamiento se ha llevado a cabo mediante la app Android de control de mi sistema CNC, que incluye una funcionalidad para gestionar un indexador.
La imagen muestra el proceso de ajuste del centrado de la pieza. Al emplearse un plato de cuatro garras, es posible centrar cualquier pieza, por descentrada que quede al atornllarla al soporte.
Proceso de fabricación.
Proceso de fabricación.
En este apartado vamos a fabricar un engranaje utilizando una fresa recta, terminada en punta. Idealmente, esta punta ha de tener el perfil de los dientes de engranaje, a ambos lados. Esto es difícil de conseguir, por lo que el método no es muy preciso, y se emplea generalmente como una solución sencilla cuando no disponemos de fresas con perfil de involuta, y no nos merece la pena hacer esa inversión. Sería el caso de la reparación de un juguete, etc.
El objetivo de este trabajo es fabricar un engranaje helicoidal, con 15 grados de inclinación.
Resultado obtenido.
Resultado obtenido.
Finalmente se han mecanizado los 47 dientes del engranaje helicoidal, con 15 grados de inclinación.
Al finalizar el último diente, la fresa se separa de la pieza.
Detalle del engranaje que hemos obtenido
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