147

CONCLUSIONES

La presente investigación sirvió para constatar que para realizar un

proyecto de automatización de gran envergadura como el planteado en este

trabajo de grado, es necesario establecer y seguir a cabalidad un plan de

trabajo definido para garantizar el éxito y la factibilidad del proyecto. Durante

la elaboración de este estudio, se cumplieron el objetivo general y los

específicos propuestos, en razón de lo cual se llegó a las siguientes

conclusiones:

Como primer paso: el análisis del sistema de control actual. Se preciso la

necesitad de conocer todo lo referente al funcionamiento de los sistemas de

control numérico por computador (CNC), en este caso se llevo a cabo una

revisión bibliográfica selectiva y documental, la cual dio a conocer que en el

sector industrial existe una gran cantidad de máquinas CNC, de las cuales

fueron seleccionadas el TORNO 5300 y la FRESADORA 5400, ambos

procedentes de la compañía Lab-Volt orientadas al ambiente universitario,

permitiendo conocer y establecer las características principales del diseño

del prototipo, siendo este paso de vital importancia a la hora de establecer

las pautas que regirían el desarrollo del proyecto .

Prosiguiendo con el segundo objetivo donde se determinaron los

requerimientos técnicos necesarios para la automatización del sistema fue

necesario realizar consultas a profesionales y operadores acerca del control

148

de las máquinas CNC y de sus variables, lo cual permitió la selección

adecuada de los elementos y equipos que constituirían el prototipo.

Con respecto al tercer objetivo “Diseñar el diagrama de hardware que

servirá como guía para la elaboración del prototipo”, se planteo el esquema

general del hardware por el cual se determinaron las etapas del proceso en

bloques funcionales, así como la interconexión entre ellos, por medio de un

software para la elaboración de planos y diagramas.

En lo concerniente a la elaboración de la lógica del control para el sistema

CNC, se realizo un ordinograma general donde se obtuvo una visualización

genérica de todas las etapas que engloban la filosofía operacional del

proceso. Luego, se procedió a describir detalladamente cada una de las

etapas planteadas por medio de ordinogramas modulares que sirvieron como

base para codificar el programa por medio del software MPLAB IDE, y a

partir del mismo, la realización de las pruebas del programa elaborado, para

la corrección de fallas.

En el quinto objetivo hace referencia a la adaptación entre el hardware y

el software de control, en la cual se acordaron los mecanismos para la

comunicación entre ambos, para garantizar el flujo constante de información,

mediante simulaciones por computador con la ayuda de el software Visual

Basic 2008 en conjunto con Proteus ISIS, y utilizando como interfaz de

comunicación entre ambos, el entorno de Virtual Serial Port Driver 7.1.

En lo que respecta al sexto objetivo, que hace mención a la construcción

del prototipo en base a los resultados de la simulación, inicialmente se realizó

149

la revisión de las especificaciones de los componentes (hojas de

especificaciones), luego se procedió a la elaboración del hardware con

determinados componentes electrónicos, y a la realización de la estructura

física del prototipo. Finalmente, se procedió a realizar la integración del

hardware con el software, dando inicio a las pruebas del prototipo bajo

condiciones ideales, confirmando que físicamente trabajara de acuerdo con

lo propuesto en al investigación, utilizando equipos de medición, tablas de

registro y equipos de prevención contra fallas y/o accidentes.

Por ultimo, se demostró el funcionamiento total del prototipo, mediante

pruebas del sistema en condiciones reales, para la búsqueda de errores

presentes en condiciones extremas y de esta manera realizar las

correcciones finales del sistema, lo que permitió verificar el modo de

operación del mismo.

150

RECOMENDACIONES

Tomando en cuenta el trabajo realizado y las conclusiones presentadas

es importante mencionar una serie de recomendaciones capaces de

promover un mejor funcionamiento e integración del sistema de control

desarrollado en la tesis y puedan ser usados como base para el desarrollo de

futuras investigaciones:

Aplicar el sistema desarrollado durante la investigación a todas las

necesidades existentes en el laboratorio, realizando los debidos ajustes de

acuerdo a las distintas características que presenten cada una de estas, ya

sea referente al intercambio de la herramienta de trabajo o a la selección del

componente a posicionar durante el proceso.

Para obtener un mejor rendimiento y aprovechar así al máximo la ventaja

de los equipos de medición y control, es recomendable utilizar instrumentos

con la última tecnología disponible.

Realizar un programa de mantenimiento para los elementos de la lógica

del control, necesarios para mantener el sistema en óptimo estado de

funcionamiento y a su máxima eficiencia.

Implementar un sistema de giro por parte de la herramienta de trabajo que

permita al usuario realizar diseños de mayor envergadura.

Llevar a cabo una celda de trabajo en la cual, se acoplen distintos

equipos, como por ejemplo: taladrado de baquelitas, posicionador de piezas,

151

y soldador; para poder aumentar la producción y las dimensiones del

proceso.

Promover el desarrollo de las investigaciones en el ámbito de la

automatización de las máquinas CNC.

152

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. LIBROS Angulo, J. (2000). Microcontroladores PIC: diseño práctico de aplicaciones. PIC 16F87X. McGraw-Hill Baturone, O. (2001) Robótica: manipuladores y robots móviles. Marcombo. Barrientos, A. (1997). Fundamentos de robótica. McGraw-Hill. Bolzern, R y Martinez, J. (2009). Fundamentos de control automático. McGraw-Hill/ Interamericana de España. Boylestad, R. (2003). Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. Pearson Prentice-Hall. Chapman. S. (2005). Maquinas eléctricas. McGraw-Hill. Craig, J. (2006). Robótica. Pearson Prentice-Hall. Creus, A. (2005). Instrumentación industrial. Marcombo. Cruz, F. (2004). Control numérico y programación. Sistemas de fabricación de maquinas automatizadas. Marcombo. Dorf, R y Bishop, R. (2005). Sistema de control moderno. Pearson Prentice-Hall. Fink, D. (1992). Manual práctico de electricidad para ingenieros. McGraw-Hill. Gómez, J. (2006). Mecánica clásica avanzada. Universidad de Antioquia. Groover, P. (1997). Fundamentos de manufactura moderna. Pearson Prentice-Hall. Ogata, K. (2003). Ingeniería de control moderna 4ta edición. Pearson Prentice-Hall. Pallas, R. (1992). Sensores y acondicionadores de señal. Marcombo. Valera, E. (2001). Robótica: manipuladores y robots móviles. Marcombo.

153

Viñas, L. (1998). Circuitos y dispositivos electrónicos. Universidad politécnica de Cataluña. 2. TESIS DE GRADO Calle. A. (2008). Diseño e Implementación de un equipo para la perforación de circuitos impresos por medio de control numérico. Trabajo especial de grado (Electrónica). Universidad Técnica Particular de Loja. Gómez. A. y Zamorano. D. (2008). Visión estereoscópica y estimación de pose para el posicionamiento de un brazo robótico. Trabajo especial de grado (Mecatrónica). Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico. Larrea, M. (2010). Diseño y manufactura asistida por computador (CAD-CAM) en la construcción de pieza con proceso de torneado de control numérico (CNC). Trabajo especial de grado (Electrónica). Escuela Superior Politécnica del Litoral. Méndez O. (2010). Control neural de posicionamiento y traslación para un robot móvil de sistema diferencial. Trabajo especial de grado (Electrónica). Universidad Nacional Experimental del Táchira.

154

ANEXOS

155

ANEXO A VALIDACIÓN DE CUESTIONARIO

Maracaibo, Enero de 2012.

Estimado profesor(a):

Los presentes instrumentos tienen como objeto recabar información

necesaria para la relación de trabajo especial de grado presentado como

requisito para optar al título de Ingeniero en Electrónica. Mención:

Automatización y Control, el cual se titula:

Sistema de Control Numérico por Computador (CNC) para el

posicionamiento de resistencias eléctricas en placas electrónicas.

Usted ha sido seleccionado (a) para formar parte del grupo de expertos,

quienes serán responsables de responder y corregir cada una de las

preguntas determinando la relación con los objetivos de la investigación, y la

unidad de análisis u objetos de estudio.

Agradeciendo antemano su más sincera colaboración.

Br. Molina Daniel

Br. Sánchez José

Br. Santarrosa Carlos

156

ANEXO A (CONT…)

Culminando con el proceso de validación de los instrumentos, proceda a

responder con una “X” las siguientes interrogantes.

1. ¿Existe relación entre el título de la presente investigación y los objetivos propuestos? Sí No

( ) ( )

2. ¿Las preguntas formuladas en el cuestionario responden a las expectativas planteadas desde la teoría?

Sí No

( ) ( )

3. ¿Se observa concordancia entre el cuadro de actividades y los recursos implementados?

Sí No

( ) ( )

4. ¿Las fases metodológicas seleccionadas son vinculantes con los objetivos formulados?

Sí No

( ) ( )

157

ANEXO A (CONT…)

5. ¿Se justifica la investigación?

Sí No

( ) ( )

6. ¿Valida los instrumentos?

Sí No

( ) ( )

158

ANEXO B VALIDACIÓN DE PRUEBAS DE PROTOTIPO

Maracaibo, Enero de 2012.

Estimado profesor(a):

Los presentes instrumentos tienen como objeto recabar información

necesaria para la relación de trabajo especial de grado presentado como

requisito para optar al título de Ingeniero en Electrónica. Mención:

Automatización y Control, el cual se titula:

Sistema de Control Numérico por Computador (CNC) para el

posicionamiento de resistencias eléctricas en placas electrónicas.

Usted ha sido seleccionado (a) para formar parte del grupo de expertos,

quienes serán responsables de responder y corregir cada una de las

preguntas determinando la relación con los objetivos de la investigación, y la

unidad de análisis u objetos de estudio.

Agradeciendo antemano su más sincera colaboración.

Br. Molina Daniel

Br. Sánchez José

Br. Santarrosa Carlos

159

ANEXO B (CONT…)

ITEMES

1. ¿Para la elaboración de la lógica de control del sistema de control numérico por computador, considera correcto que sea elaborado en diagramas de bloques funcionales?

Sí No

( ) ( )

2. ¿Para elaborar la lógica de control numérico por computador (CNC) en ordinogramas de flujo es conveniente usar el software PowerPoint 2007?

Sí No

( ) ( )

3. ¿Para la codificación del programa considera que el software MPLAB IDE es conveniente para el cumplimiento de dicho propósito?

Sí No

( ) ( )

4. ¿Para depurar y corregir errores presentes en el programa, conviene utilizar el software MPLAB IDE como una alternativa?

Sí No

( ) ( )

160

ANEXO B (CONT…)

5. ¿Para evaluar el programa por medio de simulaciones, considera usted apropiado el uso del software MPLAB IDE?

Sí No

( ) ( )

6. ¿Considera usted que el software VIRTUAL SERIAL PORT DRIVER cumple con las características necesarias para la verificación de la comunicación entre el hardware y el software durante la etapa de simulación?

Sí No

( ) ( )

7. ¿A su parecer, es adecuado realizar pruebas para verificar la integración entre el hardware y el software?

Sí No

( ) ( )

8. ¿Para la realización de las pruebas de integración del hardware con el software, es conveniente utilizar equipos de medición y tablas de registros?

Sí No

( ) ( )

161

ANEXO B (CONT…)

10. ¿Para la demostración del funcionamiento total del prototipo considera apropiado que en las pruebas finales?

Sí No

Se realicen evaluaciones de los sistemas de control ( ) ( )

Se busquen errores en un entorno realista ( ) ( )

Se realicen los ajustes y correcciones necesarias ( ) ( )

11. ¿Para la realización de las pruebas finales, le parece correcto el uso de?

Sí No

Equipos de medición electrónicos ( ) ( )

Tablas de registros ( ) ( )

Equipos de protección contra fallas y accidentes ( ) ( )

El hardware y software desarrollados ( ) ( )

162

ANEXO B (CONT…)

Culminando con el proceso de validación de los instrumentos, proceda a

responder con una “X” las siguientes interrogantes.

1. ¿Considera usted que las pruebas seleccionadas están vinculadas con los objetivos propuestos? Sí No

( ) ( )

2. ¿Se cumplen las fases metodológicas con las pruebas seleccionadas y realizadas?

Sí No

( ) ( )

3. ¿Considera usted válidas las pruebas efectuadas al prototipo?

Sí No

( ) ( )

Atentamente: ___________________________

Firma

CI:

163

ANEXO C OBSERVACION

LISTA DE VERIFICACION

Asunto: El presente cuadro tiene como objetivo valorar el estado de aquello

que se somete a control por medio de la observación dirigida a objetos, en

este caso a máquinas CNC.

Área de trabajo: Laboratorio de mecanizado de una universidad.

En pro de la mejor distribución del cuadro se toma en cuenta la siguiente

leyenda:

• Funcionamiento Automático: FA.

• Funcionamiento Manual: FM.

• Ausente: A

• Presente: P

Pre arranque del Sistema.

ITEM ASPECTOS A OBSERVAR

FA FM A P OBSERVACIONES

1 Mecanismo de sujeción de la

pieza

X X Al momento del inicio del proceso el operador de forma manual coloca la

pieza en sus debidos soportes. 2 Herramienta de

trabajo intercambiable

X X El operador dispone de cambiar la herramienta de trabajo según las

necesidades

3

Método de arranque

X

X

La puesta en marcha de las máquinas CNC se efectúa mediante

el pulsado de un botón que se encuentra en el tablero de control.

164

ANEXO C (Cont…)

Fuente: Molina, Sánchez y Santarrosa (2012)

ITEM ASPECTOS A OBSERVAR

FA FM A P OBSERVACIONES

4

Comunicación

entre PC y máquina CNC

X

X

Las máquinas CNC se comunican

con los ordenadores mediante conexión serial.

5 Motores paso a paso

X Existes tres motores paso a paso para el modelo de la fresadora

CNC 5400 y dos para el modelo del torno CNC 5300.

6 Tornillo sin fin X

Existe el tornillo sin fin en los modelos de las máquinas CNC para el desplazamiento de la pieza a lo largo de los ejes

7

Interfaz Hombre-maquina

X

X

X

Las máquinas CNC cuentan con un panel de control que permite

operarlo manualmente. Este panel incluye un visualizador LCD de líneas múltiples que muestra

información continuamente y un teclado de membrana fácil de

usar.

8

Sistema de calibración

X

X

Para calibrar el mecanismo de sujeción de la pieza el operador

dispone de un teclado de membrana situado en el panel de

control.

165

ANEXO D OBSERVACION

LISTA DE VERIFICACION

Asunto: El presente cuadro tienen como objetivo valorar el estado de aquello

que se somete a control por medio de la observación dirigida a objetos, en

este caso a máquinas CNC.

Área de trabajo: Laboratorio de mecanizado de una universidad.

En pro de la mejor distribución del cuadro se toma en cuenta la siguiente

leyenda:

• Funcionamiento Automático: FA.

• Funcionamiento Manual: FM.

• Ausente: A

• Presente: P

Etapa de Procesamiento y Seguridad ITEM ASPECTOS A

OBSERVAR FA FM A P OBSERVACIONES

1

Pantalla

Protectora

X

El operador puede observar el proceso de mecanizado de forma continua a través de una pantalla protectora, la cual a su vez sirve

para salvaguardar la integridad del operador.

2

Remoción de

la pieza mecanizada

X

X

Al momento de finalizar el proceso el operador extrae la pieza de

forma manual con la ayuda de un kit de herramientas.

166

ANEXO D (Cont…)

ITEM ASPECTOS A

OBSERVAR

FA FM A P OBSERVACIONES

3

Apagado

X

X

El operador puede apagar el sistema por medio de un botón

cuando lo desee.

4

Paro de emergencia

X

X

En caso de que suceda un evento que afecte la integridad del equipo, el operador posee la potestad de presionar un botón de emergencia

para detener el proceso.

5

Alarma de emergencia

X

Las máquinas no poseen un sistema de alarma de emergencia

en caso de que el proceso presente un desperfecto o una falla .

Fuente: Molina, Sánchez y Santarrosa (2012)

167

ANEXO E ENTREVISTA ESTRUCTURADA

CUESTIONARIO

Asunto: El presente cuestionario tiene como objetivo el obtener datos

relevantes, para averiguar hechos, fenómenos o situaciones sociales. La idea

del cuestionario es ser una guía y patrón de orden al momento de recabar los

datos por medio de respuestas válidas y fiables, del asunto objeto de la

investigación. Por lo cual fue aplicado a expertos del area de automatización

y control de procesos

Área de trabajo: Laboratorio de mecanizado de una universidad

El siguiente cuestionario se realiza para recaudar información referente a

la máquina FRESADORA CNC 5400 y TORNO CNC 5300 de la compañía

LabVolt.

INSTRUCCIONES

1. Lea cuidadosamente el Cuestionario antes de responder los ítems.

2. Marque con una “X” la opción u opciones correspondientes según sea el

caso.

1. ¿Durante el proceso de mecanizado la máquina FRESADORA CNC

5400 y TORNO CNC 5300 permiten implementar la programación en

línea?

Sí No

( ) ( )

168

ANEXO E (Cont…)

2. Dentro de la arquitectura de la máquina FRESADORA CNC 5400 y del

TORNO CNC 5300. ¿Existe algún tipo de dispositivo de protección

contra sobrecargas?

Sí No

( ) ( )

3. ¿Con que frecuencia se les realiza un mantenimiento a los

dispositivos electromecánicos de la máquina FRESADORA CNC 5400 y

del TORNO CNC 5300?

Sí No

Después de cada mecanizado ( ) ( )

Una vez al día ( ) ( )

Una vez al mes ( ) ( )

Una vez cada trimestre ( ) ( )

Una vez al año ( ) ( )

Más de un año ( ) ( )

Cuando falla ( ) ( )

No sabe ( ) ( )

169

ANEXO E (Cont…)

4. Según su criterio explique. ¿Se les realiza un mantenimiento

preventivo a los dispositivos electromecánicos de la máquina

FRESADORA CNC 5400 y del TORNO CNC 5300?

Sí No

Cambio de componentes ( ) ( )

Reparaciones generales ( ) ( )

Reparación de componentes ( ) ( )

Limpieza periódica ( ) ( )

5. Según su criterio explique. ¿Se realiza un mantenimiento correctivo a

los dispositivos electromecánicos de la máquina FRESADORA CNC

5400 y del TORNO CNC 5300?

Sí No

Reparación del componente ( ) ( )

Cambio del componente ( ) ( )

6. ¿Es necesario el uso de un computador externo para el

funcionamiento de la máquina FRESADORA CNC 5400 y del TORNO

CNC 5300?

Sí No

( ) ( )

170

ANEXO E (Cont…)

7. ¿Cómo está estructurada la conexión entre el computador externo y

la máquina FRESADORA CNC 5400 / TORNO CNC 5300?

Conexión Ethernet Sí No

Conexión Serial ( ) ( )

8. ¿Se pueden acoplar diversos dispositivos CNC con la finalidad de

crear celdas de trabajo automatizadas?

Sí No

( ) ( )

9. ¿Qué tipo de materiales permiten ser mecanizados por la máquina

FRESADORA CNC 5400 / TORNO CNC 5300?

Sí No

Metales ( ) ( )

Plásticos ( ) ( )

Madera ( ) ( )

10. ¿Cuáles son los rangos de apertura de la morsa para la colocación

de la pieza a mecanizar?

Sí No

Abertura 98 mm - Ancho 79 mm ( ) ( )

171

ANEXO E (Cont…)

Sí No

Abertura 118 mm - Ancho 99 mm ( ) ( )

Abertura 138 mm - Ancho 119 mm ( ) ( )

11. Según su criterio. ¿Considera usted adecuado el desarrollo de una

máquina CNC capaz de posicionar resistencias eléctricas en placas

electrónicas?

Sí No

( ) ( )

12. Según su criterio. ¿Considera usted adecuado la implementación de

una máquina CNC con las características antes mencionadas, en los

laboratorios de electrónica de una Universidad?

Sí No

( ) ( )

13. ¿Cuál cree usted que sería el sistema de coordenadas más

adecuado para el desarrollo de una máquina CNC para el

posicionamiento de resistencias eléctricas en placas electrónicas?

Sí No

Coordenadas Cilíndricas ( ) ( )

172

ANEXO E (Cont…)

Sí No

Coordenadas Cartesianas ( ) ( )

Coordenadas Esféricas ( ) ( )

14. ¿Considera usted necesario que el software del prototipo antes

mencionado, cuente con la herramienta de diseño asistido por

computador (CAD), para facilitar al usuario la elaboración de su diseño?

Sí No

( ) ( )

15. Según su experiencia. ¿Qué tipo de lenguaje de programación

considera más adecuado para desarrollar el software del prototipo

mencionado anteriormente?

Sí No

Diagrama de contactos ( ) ( )

Lista de instrucciones ( ) ( )

Diagrama de bloques funcionales ( ) ( )

Lenguaje de texto estructurado ( ) ( )

Gráfico funcional secuencial ( ) ( )

173

ANEXO E (Cont…)

16. ¿Cuál cree usted que es el dispositivo de control más adecuado

para el funcionamiento de la máquina CNC?

Sí No

PLC compacto ( ) ( )

PLC modular ( ) ( )

Nano PLCs (Relé programable) ( ) ( )

Microcontrolador ( ) ( )

Dispositivos PLDs ( ) ( )

17. Según su criterio. ¿Cómo considera usted que debería ser el

sistema de control y supervisión de la máquina CNC?

Sí No

Local ( ) ( )

Remoto ( ) ( )

174

ANEXO F SOFTWARE CNC (VISUAL BASIC 2008)

175

ANEXO F (CONT…)

176

ANEXO F (CONT…)

177

ANEXO G SIMULACION PROCESO CNC (PROTEUS)

178

ANEXO H DATASHEET PIC16F877A

179

ANEXO I EJES LINEALES DEL PROTOTIPO

180

ANEXO J COMUNICACIÓN SERIAL RS232

181

ANEXO J CONEXIÓN PIC16F877A – MAX232 (PROTEUS)

189

Anexo L Cronograma de actividades

PERIODO ENERO 2012 - MARZO 2012

MESES

ENERO FEBRERO MARZO

N° ACTIVIDADES 30 31 32 33 34 35 36 37 38

22

Elaborar el instrumento para la entrevista

estructurada para las fases 1 y 2

X

23 Validar el instrumento X

24 Aplicar la Fase I: Análisis de la situación actual X X

25 Aplicar la Fase II: Definición de las especificaciones

X

26 Aplicar la Fase III:

Esquema general del hardware

X

27 Aplicar la Fase IV: Ordinograma general X

28 Aplicar la Fase V:

Ordinogramas modulares y codificación del programa

X

190

Anexo L (Cont…)

29 Aplicar la Fase VI:

Depuración del software

X X

30 Aplicar la Fase VII: Adaptación entre

hardware y software X X

31 Aplicar la Fase VIII: Implementación del

hardware X

32

Aplicar la Fase IX: Integración del hardware con el

software

X

33 Aplicar la Fase X: Pruebas finales del

prototipo X

34 Validar el prototipo X X X

35 Analizar los resultados de la investigación X

36 Elaborar las

conclusiones de la investigación

X

37 Elaborar las

recomendaciones de la investigación

X

38 Corrección del capítulo IV X

39 Entrega del tomo X