DISEÑO DE UN ROUTER CNC MULTIFUNCIÓN PARA APLICACIONES DE CORTE, FRESADO Y GRABADO EN MDF, MADERA, ACRÍLICO Y PLACAS PCB

CAPITULO I ........................................................................................................................... 1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 1 1.1. ANTECEDENTES ................................................................................................... 2 1.2. SITUACIÓN PROBLEMÁTICA ............................................................................... 3 1.2.1. Formulación del problema ............................................................................... 4 1.3. JUSTIFICACÍON ..................................................................................................... 4 1.3.1. Justificación Tecnológica ................................................................................ 4 1.3.2. Justificación económica .................................................................................. 4 1.4. METODOLOGÍA ..................................................................................................... 5 1.4.1. Métodos ........................................................................................................... 5 1.4.2. Instrumentos .................................................................................................... 5 1.5. OBJETIVOS ............................................................................................................ 6 1.5.1. Objetivo general .............................................................................................. 6 1.5.2. Objetivos específicos....................................................................................... 6 CAPITULO II .......................................................................................................................... 7 DESARROLLO ...................................................................................................................... 7 2.1. MARCO CONTEXTUAL ......................................................................................... 7 2.2. MARCO TEÓRICO ............................................................................................... 11 2.2.1. Máquinas CNC y automatización .................................................................. 11 2.2.2. Componentes básicos de una máquina CNC ............................................... 12 2.2.3. Estructura y sistema de transmisión ............................................................. 13 2.2.4. Unidad de gobierno y sistema de control ...................................................... 14 2.2.5. Actuadores ..................................................................................................... 14 2.2.6. Transductores ................................................................................................ 15 2.2.7. Cabezal principal ........................................................................................... 15 2.2.8. Módulo láser .................................................................................................. 16 2.2.9. Spindle y herramienta de corte para grabado en placas PCB ..................... 17 2.2.10. Descripción de los materiales a trabajar ....................................................... 18 2.3. CONSIDERACIONES DE DISEÑO ..................................................................... 21 2.3.1. Información y datos obtenidos ............................................................................... 21 2.3.2. Análisis de la información ..................................................................................... 23 2.4. DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE DISEÑO ............................................... 24 2.5. ELEMENTOS DE LA MÁQUINA ................................................................................ 25 2.5.1. Estructura de la máquina ......................................................................................... 25 2.5.2. Sistema de transmisión de movimiento ................................................................... 26 vii 2.5.3. Sistema de control y alimentación de la máquina ........................................ 29 2.5.4. Spindle o motor eléctrico ............................................................................... 34 2.5.5. Módulo láser .................................................................................................. 35 2.5.6. Interfaz con el usuario ................................................................................... 36 2.5.7. Cambio de herramienta para mecanizado .................................................... 40 CAPITULO III ....................................................................................................................... 41 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...................................................................... 41 3.1. CONCLUSIONES ................................................................................................. 41 3.2. RECOMENDACIONES ......................................................................................... 42 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 43 ANEXOS .............................................................................................................................. 46 ÍNDICE DE TABLAS O CUADROS Tabla 2-1: Características y propiedades del terciado decorativo o venesta .................... 19 Tabla 2-2: Características del Router CNC 3018 Pro ........................................................ 22 Tabla 2-3: Características del Router láser Creality CR Falcon......................................... 23 Tabla 2-4: Características del aluminio estructural 6063 ................................................... 26 Tabla 2-5: Características del motor NEMA 17 propuesto ................................................. 27 Tabla 2-6: Especificaciones de la tarjeta Arduino UNO R3 ................................................ 32 Tabla 2-7: Especificaciones del driver A4988 ..................................................................... 34 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2-1: Router CNC de corte para madera. .................................................................. 8 Figura 2-2: Router CNC para grabado de pistas en placa PCB ......................................... 9 Figura 2-3: CNC láser.......................................................................................................... 10 Figura 2-4: (A la izquierda) CNC multifuncional SnapMaker A350. (A la derecha) CNC Router 3018 Pro .................................................................................................................. 10 Figura 2-5: Partes principales de una máquina CNC ......................................................... 13 Figura 2-6: Funcionamiento del láser ................................................................................. 16 Figura 2-7: Kit de brocas en V para grabado PCB ............................................................. 17 Figura 2-8: Sistema de tensado de correas propuesto ...................................................... 28 viii Figura 2-9: Proceso de tensado de las correas .................................................................. 28 Figura 2-10: Diagrama de bloques del sistema de control del Router multifuncional........ 30 Figura 2-11: CNC Shield V3 acoplada a una tarjeta Arduino UNO R3 .............................. 33 Figura 2-12: Spindle motor 775 ........................................................................................... 35 Figura 2-13: Módulo láser 10W ........................................................................................... 36 Figura 2-14: Diagrama de conexión de los distintos componentes electrónicos y electromecánicos ................................................................................................................. 38 Figura 2-15: Conexión de los Drivers A4988 a la CNC Shield ........................................... 39

Este trabajo consiste en el desarrollo del diseño de un Router CNC multifunción capaz de efectuar operaciones de corte, grabado láser, fresado, perforado y fresado de pistas para placas PCB, con el objetivo de aportar al desarrollo tecnológico en la ciudad de Sucre con respecto a la adquisición de máquinas CNC de uso general, ya que en nuestro medio puede observarse la dependencia de la población a la importación de este tipo de máquinas desde el interior del país a pesar de la inversión adicional. En ese sentido, este trabajo propone una alternativa a la importación por medio de un diseño que sea económica y técnicamente factible de implementar en la ciudad de Sucre. Para satisfacer este objetivo se recurrió a la revisión de bibliografía relacionada con el fin de extraer lo necesario para efectuar el diseño; a su vez, fue preciso recolectar información acerca de las preferencias de la población sucrense con respecto a las características particulares de las máquinas CNC que adquieren. Es con toda la información que pudo concretarse el diseño CAD del prototipo mediante el software de Diseño Mecánico “AUTODESK INVENTOR”; con las características principales de las máquinas más cotizadas en la ciudad de Sucre, pero con la particularidad de poder realizar la multifunción. Para determinar la posibilidad de una futura implementación se recurrió a un análisis de costos de inversión con el objetivo de determinar si esta opción representa una ventaja económica; arrojando un resultado positivo, ya que es posible construir la máquina por un costo menor al de las contrapartes estudiadas; además, los materiales para la elaboración del Router CNC pueden adquirirse en la ciudad de Sucre, lo cual implica una factibilidad técnica importante al momento de efectuar la futura implementación. Como conclusión general, el diseño propuesto en este trabajo representa una alternativa altamente viable para los usuarios, ya que combina las características de una cortadora CNC láser y un Router CNC, en adición, los costos de materiales y mano de obra representan un ahorro con respecto a otras opciones disponibles en el mercado, sin mencionar que es posible adquirir todos los materiales en la ciudad de Sucre. Sin embargo, aún existen márgene