Diseño mecánico de la estructura de un torno CNC de uso didáctico

Abstract

Con el objetivo de mejorar la productividad y la calidad de los productos, muchas empresas optan por incorporar máquinas de control numérico computarizado (CNC), lo que a su vez aumenta la demanda de operarios con conocimientos en estas tecnologías. En este contexto, los módulos didácticos desempeñan un papel fundamental en la formación de los operarios. En el presente trabajo, se plantea el diseño de la estructura de un torno CNC educativo con el propósito de facilitar la enseñanza en este campo. El diseño se inicia mediante la identificación de los tres módulos que componen la estructura de un torno CNC: el cabezal, los carros móviles y la bancada. En primer lugar, se procedió al diseño del cabezal, el cual consta de dos componentes principales: el husillo y el cubo del cabezal. El husillo cumple la función de sostener y girar la pieza a mecanizar, permitiendo que la herramienta de corte retire material y logre la forma deseada. Por otro lado, el cubo del cabezal tiene la responsabilidad de sostener el husillo de manera firme, permitiendo transmitir las fuerzas generadas durante el proceso de mecanizado. Para calcular la potencia necesaria para el husillo, se consideró una operación de cilindrado a una velocidad de 600 RPM. Se optó por utilizar un servomotor que transmita esta potencia a través de una transmisión por faja sincrónica. En segundo lugar, los carros móviles desempeñan la función de mover la herramienta de corte a lo largo de los ejes Z y X, los cuales son paralelos y perpendiculares, respectivamente, al eje de giro de la pieza. Para determinar la potencia requerida para el desplazamiento de los carros, se consideraron tanto el peso de la carga a soportar como la fuerza de corte con dirección opuesta al desplazamiento deseado. Por último, se procedió al diseño de la bancada. Este componente cumple la función de sostener los dos módulos previamente mencionados y soportar las fuerzas generadas durante el proceso de mecanizado. Las fuerzas generadas tanto en el cabezal como en los carros móviles se tuvieron en cuenta para calcular el factor de seguridad del perfil seleccionado. Se realizó un cálculo de la deformación provocada por la flexión y, posteriormente, se llevó a cabo un análisis vibratorio para verificar que la máquina no entre en resonancia durante la operación a una velocidad establecida de 600 RPM.