FMD2021 - Estudio (Pantógrafo)

De Casiopea



TítuloFMD2021 - Estudio (Pantógrafo)
AsignaturaFabricación con Medios Digitales 2021
Del CursoFabricación con Medios Digitales 2021
CarrerasDiseño, Diseño Gráfico, Diseño Industrial
2
Alumno(s)Valentina Dietz, Isadora Aliste, Marisol Cekalovic

Proceso de investigación

¿Que es una máquina de control numérico?

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Las máquinas de control numérico por computadora (CNC) se utilizan ampliamente en la industria manufacturera. Definidos como un sistema de mecanizado que se controla a través de una computadora, permiten a los fabricantes automatizar muchos procesos de fabricación que de otro modo tendrían que realizarse manualmente.

Los principios de funcionamiento de las máquinas de control numérico o CNC son bastante simples. Cuando se quiere mecanizar una pieza se necesitan una serie de herramientas: fresadoras, sierras, taladradoras, etc. Estas herramientas, en vez de ser dirigidas por una persona, ahora pueden programarse mediante sistemas de coordenadas para que puedan operar sobre la pieza de forma precisa.


Además de los motores, toda máquina de control numérico o CNC tiene unos elementos esenciales:

  • Dispositivo de entrada: es el sistema que se usa para poder cargar o modificar los datos.
  • Unidad de control o microcontrolador: es el chip central que es capaz de interpretar los datos introducidos y gestionar el movimiento de los servomotores para que hagan exactamente lo que dicen los datos aportados.
  • Herramienta: es el cabezal que actúa sobre la pieza.
  • Sistema de sujeción/soporte: donde se ancla la pieza para realizar el proceso sin que se mueva. Estos sistemas, dependiendo del tipo de mecanizado podrían tener elementos extra, como recordarás, por ejemplo, de las máquinas de corte por chorro de agua que ya analizamos en un artículo previo. En ese caso, se necesitaba una estructura para recoger el agua y disipar de algún modo la enorme potencia del chorro de agua.
  • Sistema de accionamiento e interfaz: son los controles mediante los que se puede operar o controlar la máquina. Además, la interfaz también puede ofrecer información o monitorización del proceso.

Las máquinas CNC se pueden programar mediante dos métodos fundamentales:

  • Manual: la programación se hace introduciendo la información que se desea en un intérprete de órdenes. Se hace mediante un código alfanumérico, como el de la norma DIN 66024 y 66025.
  • Automática: en este caso se realizan mediante un computador. Una persona habrá introducido una serie de datos para crear la pieza en un software y estos datos se traducen en instrucciones para la máquina CNC en un lenguaje llamado APT. Luego se traduce a un lenguaje máquina (unos y ceros) que será comprensible por el microcontrolador de la máquina CNC para realizar el mecanizado.

Mecanismos de transmisión

La fuerza se puede transformar en movimiento a través de un mecanismo de salida que genere ‘potencia’. Estos mecanismos se pueden clasificar de acuerdo a su construcción o al tipo de movimiento que generan.

  • Polea - Banda:

Son mecanismos que se usan cuando la distancia entre las poleas, conducida y motriz, es demasiado larga; su banda es un elemento flexible que transmite el movimiento por medio de rozamientos, o a través de la sincronía con un elemento llamado sprocket. La banda tiene como función proteger y aislar de las vibraciones a los dos ejes, además es de fácil instalación y es reemplazable.

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  • Palanca:

Es un mecanismo que ayuda aplicar una fuerza a cierta distancia de un elemento que es rígido generando así movimiento.

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  • Sistema de poleas:

Es un sistema formado por un polea que gira generando así un movimiento aplicar fuerza en alguno de los extremos.

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  • Sprocket con cadena:

Mecanismo que transmite movimiento a través del anclaje de eslabones de una cadena y el dentado de un sprocket, para su buen funcionamiento requiere de factores como lubricación, tensado y longitud de cadena correctos.

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  • Tornillo sin fin:

Este mecanismo tiene el funcionamiento de un tornillo que no tiene tuerca, de manera que transmite movimiento a una rueda dentada, una de sus características es que permite la transmisión de potencia entre ejes que se cruzan.

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  • Sistema de engranajes:

Es un sistema que puede transmitir movimiento mediante un dentado externo, se tiene un engrane motriz y otro conducido, requieren lubricantes para mantener bajo el ruido y evitar desgastes.

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Aproximación al Pantógrafo

Pantógrafo, historia y origen

Un pantógrafo es un mecanismo articulado basado en las propiedades de los paralelógramos, este instrumento dispone de varillas conectadas de tal manera que se pueden mover respecto de un punto fijo. Se ideó originalmente para reproducir de forma manual dibujos originales a distinta escala.

Su teoría se describe en los principios de Descartes sobre los paralelogramos y fué ideado en 1603 por el sacerdote germano Christopher Schneier, quien tiene apliaciones en diversos campos de la mecánica.

El principio de este aparato de dibujo es usar una imagen guia a efectos de ampliarla. Consta de un pivote y un cruce de varillas de madera o metal. Consiste en un paralelógramo articulado que sirve para dibujar una figura que puede ser deformada a distintas escalas. A diferente escaña se varía la distancia entre los puntos de articulación, conservando siempre la condición de paralelismo entre las varillas.

https://www.microsiervos.com/archivo/arte-y-diseno/maquinas-para-dibujar-historia-dispositivos-mecanicos-opticos.html


Acercamiento al sensor

En un principio pensamos agregar el siguiente sensor, para esto realizamos la siguiente investigación.

Sensor de proximidad: SHARP GP2Y0A21YK0F

Permite obtener la distancia entre el sensor y algún objeto dentro del rango de 10cm a 80cm. Integra tres dispositivos: Un diodo emisor de infrarrojos (IRED), un detector sensitivo de posición (PSD) y un circuito procesador de señales. El dispositivo entrega una salida en voltaje correspondiente a la distancia de detección. También se puede utilizar como un sensor de proximidad con la ayuda de un comparador o mediante software.

Con su rápido tiempo de respuesta, y bajo consumo de corriente, este sensor es una buena opción para la detección de objetos sin contacto. De fácil uso y programación con las placas de Arduino y microcontroladores.

Cuenta con un LED integrado que ilumina la lente para la retroalimentación visual cuando se detecta movimiento.

Para obtener la distancia en cm. se recomienda tomar como guía la gráfica voltaje vs. distancia incluido en el datasheet. Para hacer las lecturas en cm se puede usar las siguientes fórmulas: distancia(cm) = 27.86 * [lectura en Voltios]^-1.15 distancia(cm) = 12343.85 * [lectura de un ADC de 10 bits]^-1.15 distancia(cm) = 4 * 12343.85 * [lectura de un ADC de 8 bits]^-1.15

Especificaciones técnicas

  • Distancia de medición: 10cm a 80cm
  • Salida: Voltaje Analógico (1V-3.3V)
  • Voltaje de alimentación: 4.5V-5.5V DC
  • Consumo de corriente: 30mA
  • Conexión: Conector JST PH de 3 pines (Cable con conector incluido)
  • Dimensiones: 29.5*13*13.5 mm

Pines de conexión 1: Vo (Voltaje de salida) 2: GND (Tierra 0V) 3: VCC (+5VDC)

Tutoriales de uso

https://naylampmechatronics.com/blog/55_tutorial-sensor-de-distancia-sharp.html https://www.youtube.com/watch?v=GKa_gkkK8SA

Uso propio en pantógrafo

En nuestro caso este sensor será utilizado para accionar el lápiz que se encuentra en el pantógrafo.

El sensor deberá leer la distancia a la cual se encontrará el lápiz respecto a la zona de dibujo y accionará la biela-manivela que entonces este lápiz baje y se disponga a dibujar.