Control Numerico Computarizado (cnc).

En un principio el término de automatización se asociaba al ámbito de la fabricación en serie, utilizando máquinas especiales como los Transfer que eran controlados por sistemas de automatismo rígido, lo que hacía que esta fuera limitada. En las máquinas convencionales la automatización estaba vinculada a procesos pocos flexibles, pero con la aparición de los controles numéricos ha surgido una nueva concepción de la automatización y por ende los procesos de fabricación han alcanzado un alto nivel de desarrollo. El control numérico por definición es el control automático de un proceso, ejecutado por un dispositivo que utiliza datos numéricos introducidos antes y/o durante la realización de la operación. Las nuevas tecnologías incorporadas al proceso productivo, especialmente la microelectrónica, la automática, técnicas de control, informática y la tecnología de materiales, permiten nuevos enfoques a la resolución de problemas en la producción.

En particular la aplicación de las técnicas de la informática en los procesos de fabricación industrial nos han permitido alcanzar un alto grado de automatización de

una amplia gama de productos, en la mayoría de sus fases de producción, como es en la ejecución de:  

Operaciones de mecanizado: Torneado, fresado, taladrado, etc. Operaciones complementarias: Alimentación de la máquina, montaje, sujeción

 

y desmontaje de la pieza y herramientas. Control de la calidad. Medición de piezas, reglaje de herramientas. Operaciones de terminación: Pintura, ensamblaje y embalaje.

Haciendo una comparación entre la M.H. convencional y la M.H. con CNC tenemos que en la Primera el operario ha de realizar una serie de tareas tales como:    

Seleccionar y poner la herramienta adecuada. Fijar la pieza al plato o mesa. Seleccionar la velocidad de giro de la pieza. Seleccionar la velocidad de avance de la herramienta en caso que este sea

  

automático o realizarlo manualmente. Posicionar manualmente la herramienta de acuerdo a la medida a obtener. Verificar los resultados. Retirar la herramienta y la pieza una vez finalizada la operación.

A diferencia de la anterior en las máquinas con CNC el operario realiza solamente las siguientes funciones:  

Elabora el programa que da las ordenes y la información necesaria al CNC. Fija la pieza y pone en marcha el programa apretando la tecla de ejecución.

El resto de funciones las realiza propiamente la máquina, los movimientos en vez de realizarlos el operario con las maniguetas, lo hacen los motores, la posición correcta

de la herramienta la informa el captador de posición y las velocidades de corte las controla el controles numéricos comparando la información de sus valores que recibe de los tacómetros con los deseados y modificando las señales enviadas a los motores hasta obtener las velocidades deseadas. En las máquinas con CNC se eliminan los engranajes de las cajas de cambio necesarias para variar las velocidades de corte y de avance ya que el cambio con dos o tres marchas como mucho se realiza de manera continua dentro de un cierto margen, además, generalmente los motores accionan directamente los ejes, con lo cual existe menos vibración y por lo tanto mejores acabados de las piezas. Con la aplicación de la tecnología de los ordenadores a los CNC, se ha ampliado y potenciado las posibilidades de explotación de estos últimos y por tanto una elevada flexibilidad de funcionamiento de las Máquinas Herramientas, así como una integración total de procesos, como es el caso de las Células de Fabricación Flexible, donde los controles numéricos de las máquinas que la componen están comunicadas con un ordenador exterior que controla, supervisa y gestiona toda la célula. Control Numérico significa literalmente mando mediante números, es un sistema que permite gobernar automáticamente las máquinas mediante un programa, previamente introducido en la memoria de este, en el que las operaciones a realizar son descritas según un código alfanumérico, es decir mediante combinaciones de letras, números y símbolos. Ejemplo de programación. %00341 N0010 G0 G71 G90 G94 G97 X45 Z80 F400 S1200 T1.1 M03

N0020 G1 X0 Z90 N0030 X25 Z90 N0040 X30 Z87 Funciones que se pueden controlar a través de un control numérico:     

Las posiciones y los movimientos de los carros y del cabezal. Los valores y sentido de las velocidades de avance y de corte. Los cambios de herramientas y de piezas. Las condiciones de funcionamiento de la máquina (refrigerante, lubricación). Estado de funcionamiento de la máquina (defectos, averías).

Actualmente existe un amplio ámbito de aplicación de la tecnología de Control Numérico, aunque el mayor porcentaje recae sobre el grupo de máquinas de arranque de viruta. En función del número de piezas que componen el lote de producción resulta rentable el tipo de máquina herramienta con controles numéricos C que se utilice, es decir: En series grandes de más de 10000 piezas por lote, se deben utilizar: Las Máquinas Transfer (mecanizan simultáneamente diversas operaciones, tiene como inconveniente su elevado coste de preparación).

En series medias, se utilizan Copiadoras o Máquinas Universales con Control Numérico. Las copiadoras son económicas pero la precisión es limitada y son poco versátiles, mientras que la de controles numéricos C es muy precisa. Casos en que resulta conveniente utilizar una MH controles numéricos:

    

Piezas con formas complicadas. Relación Tiempo de preparación /Tiempo de mecanizado elevado. Necesidad de utilizar varias máquinas para realizar diferentes operaciones. Coste de utillajes y de piezas defectuosas elevado. Excesiva fatiga del operario.

[Tecnología mecánica] Entre las partes principales de las maquinas CNC se encuentran: a) Sistema eléctrico: El sistema eléctrico y electrónico de las máquinas cnc lo constituye el conjunto de elementos y redes que transportan, transforman y controlan el ingreso y aplicación de la energía eléctrica desde las redes públicas hasta la alimentación de los motores que forman parte de la máquina. El cableado ingresa a un tablero de control, el cual contiene breaks que permiten encender o apagar el sistema eléctrico que conduce la energía a un regulador de voltaje, utilizado como protección de la máquina, que a su vez alimenta el sistema eléctrico y electrónico de la máquina. En el armario de la máquina se encuentran las tarjetas encargadas del control del movimiento de los carros en sentido longitudinal y transversal y el sistema eléctrico del control de la misma.

Fig : sistema eléctrico b) Sistema hidráulico: Este sistema está constituido por una unidad hidráulica encargada de suministrar el movimiento a la copa de sujeción del material y al husillo del punto, el cual se realiza con los pedales rojo y amarillo . Los manómetros se encargan de indicar la presión total y la correspondiente para cada uno de los accesorios citados anteriormente. Es necesario revisar con frecuencia el nivel del aceite en el visor que aparece en la parte baja y al encender la máquina, graduar la presión de los manómetros a 30 bares aproximadamente

c) Tablero de control fanuc: Está constituido por un monitor, un teclado alfanumérico de programación y uno de operación de la máquina. El monitor nos muestra los menús, los desplazamientos de los ejes y simulación del proceso de mecanizado, y los mensajes de alerta que se puedan presentar al ejecutar el programa. El teclado de programación nos permite ingresar y editar los códigos y almacenarlos en la memoria. El teclado de operación nos permite la ejecución de los programas en modo automático o manual y bloque a bloque o total, además permite los movimientos de las mordazas de la copa, el husillo del punto, el magazine de herramientas, encendido y apagado del sistema hidráulico y la lubricación.

d) Ejes principales: Los ejes designan las direcciones de los desplazamientos principales de las partes móviles de la máquina como la mesa porta piezas, cabezal, torreta.

Las máquinas CNC están provistas de un número de ejes principales característico que hace factibles los trabajos de mecanizado sobre la pieza. Estos ejes se designan convencionalmente como X, Y y Z. Generalmente las maquinas convencionales tienen de dos a tres ejes de desplazamiento, como los tornos y las fresadoras respectivamente, pero, en trabajos de mecanizado de formas complejas se requieren de más ejes de desplazamiento. La designación y descripción de los ejes de cada tipo de máquinas CNC se encuentra normalizada. La disposición de los carros móviles en las máquinas CNC puede ser muy sofisticada, dando origen a una gran variedad de diseños / modelos tanto en fresadoras como tornos Los recorridos alternativos de la herramienta y de la pieza se originan por la acción combinada de los desplazamientos en cada uno de sus ejes principales. Los sistemas de transmisión producen traslaciones rectilíneas en los ejes principales a partir del giro básico generado por el grupo del motor-reductor. El corazón del movimiento de las MHCN es la transmisión por recirculación de bolas. Consiste en un sinfín acanalado y un acoplamiento al que se fija el conjunto mecánico a desplazar. Cuando el grupo del motor gira, su rotación se transmite al sinfín y el cuerpo del acoplamiento se traslada longitudinalmente a través de este arrastrando consigo a la mesa de trabajo en el sentido oportuno.

e) Magazine de herramientas: En este dispositivo se alojan las herramientas necesarias para la realización de un proceso de mecanizado. El torno de la sala CAD-CAM cuenta con un magazine de seis (6) herramientas y el centro de mecanizado con un magazine de 20 herramientas, que se pueden montar mediante mecanismos de sujeción. Los tipos de herramientas normalmente son cuchillas y brocas utilizadas en las diferentes operaciones. La posición de las herramientas se puede seleccionar de forma manual o mediante programación.

f) Sistema de sujeción: Para la realización de procesos de mecanizado en máquinas CNC, existen sistemas de sujeción de materiales y herramientas tales como: Para la sujeción de herramientas     

Porta cuchillas Barras porta brocas Conos portaherramientas Boquillas Porta boquillas

Para la sujeción de materiales están:

     Puntos

Prensas Copas Bridas Perros de arrastre

Trabajos previos para elaborar un programa de mecanizado Ciclo básico de mecanizado. Antes de empezar a diseñar un programa de mecanizado CNC se tiene que conocer bien el mecanizado que se va a realizar en el torno y las dimensiones y características del material de partida, así como la cantidad de piezas que hay que componen la serie que hay que mecanizar. Con estos conocimientos previos, se establece el sistema de fijación de la pieza en el torno, las condiciones tecnológicas del mecanizado en cuanto a velocidad de corte, avance y número de pasadas. Igualmente se establecen los parámetros geométricos del mecanizado señalando las cotas de llegada y partida de las herramientas, así mismo se selecciona las herramientas que se van a utilizar y las calidades de las mismas.

Velocidad de giro del cabezal: Este dato está en función de las características del material, del grado de mecanizado que se desee y del tipo de herramienta que se utilice. El programa permite adaptar cada momento la velocidad de giro a la velocidad más conveniente. Se representa por la letra (S) y puede expresarse como velocidad de corte o revoluciones por minuto del cabezal. Avance de trabajo: Hay dos tipos de avance para los carros, uno de ellos muy rápido, que es el avance de aproximación o retroceso al punto de partida, y otro que es el avance de trabajo. Este también está en función del tipo de material, calidad de mecanizado y grado de acabado superficial. El programa permite adaptar cada momento el avance que sea más conveniente. Se representa por la letra (F) y puede expresarse en milímetros por revolución o milímetros de avance por minuto. Otro factor importante a determinar es que todo programa debe indicar el lugar de posición que se ha elegido para referenciar la pieza que se llama "cero pieza". A partir del cero pieza se establece toda la geometría del programa de mecanizado. El control numérico es una máquina herramienta que nos ayuda en el mecanizado de piezas en metalmecánica.

Estructura de un programa de torneado La estructura de un programa de torneado está conformado por una serie de secuencias y funciones donde se van programando las tareas que debe realizar la máquina de acuerdo con los parámetros de la pieza y las condiciones tecnológicas de su mecanizado. Número de secuencia N: Se denomina secuencia al conjunto de órdenes no contradictorias que se pueden dar de una sola vez a la máquina. Se identifican por la letra N, y en un torno normal se pueden dar has 9999 órdenes sucesivas. Si el

programa no es muy largo se pueden numerar de 10 en 10, por si es necesario introducir alguna orden complementaria no prevista, así tendremos N10, N20, N30, etc. o podríamos tener, N10, N11, N20, etc. Funciones preparatorias G: Bajo la letra G acompañada de una cifra se agrupan una gran variedad de funciones que permiten al torno realizar las tareas adecuadas y necesarias para su trabajo. Hay cuatro tipos básicos de funciones preparatorias: 

Funciones de movilidad

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Funciones tecnológicas

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Funciones de conversión

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Funciones de mecanizado especiales

Funciones de movilidad Las funciones de movilidad más importantes son las siguientes:  G00. Desplazamiento rápido. Indica el desplazamiento más rápido posible del carro portaherramientas, desde el punto de referencia al punto donde inicia el trabajo cada herramienta. Actúa al inicio del programa, cada vez que se produce un cambio de herramienta, y al final del programa en el retorno al punto de referencia.  G01. Interpolación lineal. Indica que la herramienta se está desplazando al avance de trabajo programado, permitiendo las operaciones clásicas de cilindrado y refrentado así como el mecanizado de conos.

Mecanización con interpolación circular.  G02 Interpolación circular a derechas Se utiliza cuando es necesario mecanizar zonas esféricas o radiales.  G03. Interpolación circular a izquierdas. Se utiliza cuando es necesario mecanizar zonas esféricas vacías, o radios a izquierdas. Hay otras funciones de movilidad G, menos importantes y que están en función del equipo que se instale en la máquina. Funciones tecnológicas: Las funciones tecnológicas son las que se refieren a la forma de programar la velocidad del cabezal y el avance de trabajo. La velocidad de rotación del cabezal se puede programar a las revoluciones por minuto que se desee, para lo cual se antepondrá la función G97, o se puede programar para que gire a una velocidad de corte constante en m/min. En tal caso se indica con la función G96. Igual sucede con el avance de trabajo, si se desea programar el avance en mm/rev, se antepone la función G95 y si se desea trabajar en mm/min se antepone la función G94. Funciones de conversión: La función más importante de este grupo es la que corresponde al traslado de origen para situar el cero pieza que se realiza mediante la

función G59. También existen funciones si el acotado está en pulgadas o en milímetros. Si bien ya tiene preestablecida la que se va a usar normalmente. Otro caso de conversión es si se programa con cotas absolutas o cotas incrementales. Funciones de mecanizados especiales: La más popular de estas funciones es la que corresponde a un ciclo de roscado representada por la función G33. Otras funciones de este tipo son las de refrentado, taladrados, roscado con macho, escariado, etc. Funciones modales: En los programas de CNC, existen funciones que, una vez programadas, permanecen activas hasta que se programa una función contraria, o el programa se termina. Estas funciones son las llamadas funciones modales. En un bloque se pueden programar tantas funciones como se desee, siempre que no sean incompatibles entre ellas. Por ejemplo no se pueden programar en un bloque las funciones G00 y G01. Programación de cotas X-Z: Se entiende por programación de cotas la concreción en el programa de los recorridos que tienen que realizar las herramientas para conformar el perfil de la pieza de acuerdo con el plano de la misma. La programación se puede hacer mediante coordenadas X y Z o coordenadas polares. También mediante la función G adecuada se pueden programar las cotas tanto en milímetros como en pulgadas. Para hacer una programación correcta de las cotas hay que conocer bien los excedentes de material que hay que remover, para determinar el número de pasadas que hay que realizar así como la rugosidad superficial que deben tener los acabados mecanizados, así como la forma de sujetar la pieza en la máquina y la rigidez que tenga. Programación de la herramienta T-D: Los tornos de control numérico tienen un tambor frontal donde pueden ir alojados un número variable de herramientas generalmente de 6 a 20 herramientas diferentes. Las herramientas se programan con

una letra T seguida del número que ocupa en el tambor, por ejemplo T2, la letra T, es la inicial de esta palabra en inglés (tool). Como cada herramienta tiene una longitud diferente y un radio en la punta de corte también diferente es necesario introducir en el programa los valores correctores de cada herramienta, para que el programa pueda desarrollarse con normalidad. Aparte de la longitud de la herramienta existen unas funciones G para introducir una corrección de acuerdo al valor que tenga el radio de la herramienta en la punta de corte. La compensación del radio de la herramienta tiene una gran importancia en el mecanizado, especialmente en piezas que contengan perfiles irregulares. Las placas de herramientas de torno tienen siempre puntas redondeadas, de esta forma son más rígidas. Cuanto menor es el radio de la punta mayor tendencia presenta a astillarse. Factores tecnológicos F-S: Los factores tecnológicos que hay que tener a la hora de elaborar un programa son los siguientes: 

Material de la pieza a mecanizar.

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Tolerancia de cotas y calidad superficial del mecanizado.



Estructura de la pieza a mecanizar.

Estos factores son los que van a determinar entre otras cosas los siguientes elementos. 

Velocidad de corte la velocidad de corte se programa mediante la letra S, inicial de la palabra inglesa (speed) que significa velocidad, y una cifra que puede referirse a un valor constante de velocidad de corte que queremos mantener en todo el mecanizado o a una cifra que corresponde a las revoluciones por minuto del cabezal de acuerdo con la velocidad de corte que se funcione y el diámetro de la pieza que se esté torneando. La elección de un sistema de programa u otro se realiza mediante la función G que corresponda.



Profundidad de pasada este concepto viene determinado por la cantidad de viruta que se tenga que remover y del grado superficial que se tenga que obtener y de la tolerancia de mecanizado del plano.



Avance de trabajo El avance de trabajo de la herramienta se representa por la letra F inicial de la palabra inglesa (Feed) que significa avance, seguida de una cifra que puede referirse al avance de la herramienta expresado en mm/rev o en mm/min. En el torneado lo más común es programar el avance expresado en mm/rev. La elección de un sistema de programa u otro se realiza con la función G que corresponda.



Refrigerante en muchos mecanizados es necesario refrigerar la zona donde está actuando la herramienta, esta función se programa mediante una función auxiliar M.



Fijación de la pieza en el cabezal en las máquinas de control numérico es muy importante asegurarse que la fijación de la pieza sea lo suficientemente rígida como para poder soportar las tensiones del mecanizado, asimismo se debe prever un sistema rápido y seguro de anclaje de la pieza para eliminar tiempos muertos inactivos de la máquina.

Funciones auxiliares M Las funciones auxiliares sirven para establecer el funcionamiento de la máquina. [http://mecanitindustrial1.jimdo.com/partes-de-las-maquinas-cnc/] Básicamente, las fresadoras CNC son muy similares a las convencionales y poseen las mismas partes móviles, es decir, la mesa, el cabezal de corte, el husillo y

los carros de desplazamiento lateral y transversal. Sin embargo, no presentan palancas ni manivelas para accionar estas partes móviles, sino una pantalla inserta en un panel repleto de controles y una caja metálica donde se alojan los componentes eléctricos y electrónicos que regulan el funcionamiento de motores destinados a efectuar el mismo trabajo que hacían las palancas y manivelas de las viejas máquinas. Entre estos componentes se encuentra el CNC, que es una computadora principalmente responsable de los movimientos de la fresadora a través del correspondiente software. La combinación de electrónica y motores o servomotores de accionamiento es capaz de lograr todas las operaciones de fresado posibles. La función primordial del CNC es la de controlar los desplazamientos de la mesa, los carros transversales y longitudinales y/o el husillo a lo largo de sus respectivos ejes mediante datos numéricos. Sin embargo, esto no es todo, porque el control de estos desplazamientos para lograr el resultado final deseado requiere el perfecto ajuste y la correcta sincronización entre distintos dispositivos y sistemas que forman parte de todo proceso CNC. Estos incluyen los ejes principales y complementarios, el sistema de transmisión, los sistemas de sujeción de la pieza y los cambiadores de herramientas, cada uno de los cuales presenta sus modalidades y variables que también deben estipularse adecuadamente. [http://www.demaquinasyherramientas.com/mecanizado/fresadoras-cnc] La decisión sobre cuándo es necesario utilizar máquinas o herramientas de control numérico computarizado, muchas veces se resuelve en base a un análisis de producción y rentabilidad. Sin embargo, en nuestros países subdesarrollados, muchas veces existe un factor inercial que impide a los empresarios realizar el salto tecnológico en la medida que estas personas se motiven a acercarse a estas tecnologías.

Por otro lado, una vez tomado este camino se dará una rápida transferencia tecnológica a nivel de las empresas incrementando el nivel técnico. Fenómenos como éstos no son raros, pues se dan muchas veces en nuestros países al nivel de consumidores. Somos consumidores de productos de alta tecnología y nos adaptamos rápidamente a los cambios que se dan en productos tales como automóviles, equipos de comunicación, computadores, etc. Entonces, cómo se decide la alternativa de usar o no Control Numérico Computarizado en términos de producción: ·

Cuando se tienen altos volúmenes de producción.

·

Cuando la frecuencia de producción de un mismo artículo no es muy alta.

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Cuando el grado de complejidad de los artículos producidos es alto.

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Cuando se realizan cambios en un artículo a fin de darle actualidad o brindar

una variedad de modelos. ·

Cuando es necesario un alto grado de precisión.

Ventajas del CNC Las máquinas y herramientas de Control Numérico Computarizado, brindan algunas ventajas adicionales como: ·

Amplia capacidad de operaciones de trabajo.

·

Seguridad. El control numérico es especialmente recomendable para el trabajo

con productos peligrosos o de alto riesgo. ·

Amplia capacidad de diseño. Las máquinas o herramientas de control numérico

computarizado cuentan con una amplia y abierta capacidad para realizar diseños desde básicos hasta complejos.

·

Disposición de varios lenguajes de programación, aunque es muy común

encontrar diferentes fabricantes de máquinas o herramientas de control numérico computarizado donde cada uno asume un software actual para el desarrollo de las operaciones de la máquina, pero que generalmente suelen ser compatibles entre sus versiones. ·

Control y normalización de sus productos. Por medio del uso de esta

tecnología, se ejerce mayor control en las empresas sobre el uso adecuado de materias primas, puesto que según una producción, se pueden estimar las dimensiones de la materia prima. ·

Precisión. Mayor precisión de la máquina herramienta de control numérico

respecto de las maquinas tradicionales, puesto que la máquina realiza avances programados totalmente asistidos por computador. ·

Un solo operador para varias máquinas. Con el uso de esta tecnología un

operario puede sincronizar varias máquinas para que trabajen al mismo tiempo, ahorrando el uso de mano de obra calificada. ·

Mayor exactitud en sus operaciones. Aunque el margen de error que se maneja

es muy pequeño, la máquina cuenta con un sistema de auto calibraciones periódicas para evitar errores. ·

Mínimas pérdidas de materia prima.

·

Mayor capacidad en cuanto a la programación y puesta en marcha.

·

Competitividad frente a las máquinas tradicionales.

·

Mayor rendimiento y menores costos.

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Amplia representación de mantenimiento y repuestos por parte del fabricante.

El control numérico computarizado se ha planteado un objetivo y es el de incrementar la productividad, precisión, rapidez, menor uso de talento humano, mayor autonomía para el uso de máquinas y herramientas. Su uso ha permitido la mecanización de piezas que antes se podrían considerar como muy complejas, especialmente en la

industria metalmecánica, y procedimientos de exactitud como en la industria militar, que anteriormente no se concebían en un diseño desde los métodos de fabricación tradicional. La tecnología da un gran paso con la implementación del control numérico computarizado, que aporta principios funcionales y operacionales a la robótica, y genera nuevas expectativas que apuntan a la fabricación autónoma del trabajo con productos metal mecánicos, resinas, y polietilenos con mayor uso en las diferentes utilidades en la industria. La competitividad y el acelerado mundo de lo comercial, económico y político, los cuales afectan directamente las sociedades como la nuestra (países en desarrollo) crean una oportunidad creciente para el desarrollo de nuevas tecnologías y mayor producción. Las nuevas políticas mundiales de mercados abiertos y globalización apuntan hacia esta competencia y surge la necesidad inmediata de adecuar nuestras industrias a fin de que puedan ser competentes. Una opción es la introducción de la automatización. Uno de los factores que impiden la adquisición de estos recursos (Máquinas de Herramientas de Control Numérico Computarizado), es la alta inversión contra la amplia capacidad de producción. Algunos de los problemas en la industria que podemos mencionar hoy son: 

Existe cada vez una mayor exigencia en la precisión y normalización.

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Los diseños son cada vez más complejos, diversos y multipropósitos.

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Los altos costos de fabricación hacen necesario minimizar errores.



El tiempo de entrega de los productos tiende a ser cada vez más corto para ser competente en un mercado. [http://datateca.unad.edu.co/contenidos/208009/Contenido%20en %20linea/index.html]

DESVENTAJAS DEL CNC •

Alto costo de la maquinaria.

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Falta de opciones o alternativas en caso de fallas.

•

Es necesario programar en forma correcta la selección de las herramientas de corte y la secuencia de operación para un eficiente funcionamiento.

•

Los costos de mantenimiento aumenta, ya que el sistema de control es más complicado y surge la necesidad de entrenar al personal de servicio y operación.

•

Es necesario mantener un gran volumen de producción a fin de lograr una mayor eficiencia de la capacidad instalada.

[Presentacion power point]